Una forma muy llamativa de ilustrar la conversión de energía química en energía mecánica es construyendo un “cohete” con una botella y usando como combustible alcohol (etanol). Resultará sorprendente ver cómo la botella sale proyectada usando una cantidad de etanol my pequeña; de hecho, bastará el etanol gaseoso que quepa en la botella a presión atmosférica.
Conviene preparar una “rampa” para lanzar el cohete. Esta puede ser un canalón como los que se colocan bajo los tejados para recoger el agua de lluvia. La botella, tapada pero con un agujero en el fondo, se llenará de etanol gaseoso, se colocará en el canalón y se hará que salga disparada aplicando una llama cerca del agujero.
Precauciones
- Téngase en cuenta que se va a lanzar un objeto con una energía cinética relativamente alta, por lo que el lanzamiento debe hacerse en una zona libre de personas, animales u objetos frágiles.
- Además, se va a provocar la inflamación de alcohol y van a salir hacia atrás gases muy calientes, por lo que la aplicación de la llama debe hacerse desde cierta distancia con ayuda de una vara o similar.
- La persona que realice el experimento debe protegerse con gafas de seguridad (también el público si está demasiado cerca). Otra opción es usar pantallas de seguridad. (Realmente no es que el riesgo sea muy elevado si se toman las más elementales medidas de prudencia, pero estas precauciones ayudan a crear una educación en la seguridad).
- Ni que decir tiene, no debe emplearse una botella de vidrio ni tampoco una de plástico dañada (puede haberse agrietado o derretido en parte en experimentos anteriores).
Materiales
Los materiales que se necesitan son:
- Una botella de refresco de litro o litro y medio completamente seca. Conviene que sea de tereftalato de polietileno (son las normales y tienen grabado el ‘1’ de reciclaje).
- Un canalón (o similar) de aproximadamente 1 m.
- Etanol.
- Una vara o pértiga de aproximadamente 1 m (para prender fuego a distancia, por seguridad). Puede ser el palo de una escoba.
Procedimiento
- Se dispone el canalón formando una rampa con un ángulo de aproximadamente 20o apuntando hacia una zona que esté despejada en unos 20 metros. Los posibles espectadores deben estar situados al menos 3 metros detrás del punto desde el que se lanzará la botella.
- Tras asegurarse de que la botella esté completamente seca, hacer en su fondo un agujero de unos 5 mm.
- Quitar el tapón a la botella, cubrir el agujero de la base con un dedo y por la boca verter unos 6 cm3 de etanol.
- Volver a colocar el tapón y agitar bien la botella durante aproximadamente medio minuto para facilitar la vaporización del etanol.
- Verter todo el etanol líquido de la botella en un vaso. (Es decir: no debe quedar etanol líquido en la botella pero esta estará llena de etanol en fase de vapor).
- Colocar la botella en la rampa con la base situada en la parte inferior de la rampa.
- Acercar la llama de una cerilla que se habrá unido a la vara de 1 metro. La botella saldrá disparada.
Explicación
La reacción de combustión completa del etanol es:
C2H5OH + 3 O2 ⟶ 2 CO2 + 3 H2O
Todos los reactivos y productos son gaseosos, pero en los productos hay 1 mol de gases más que en los reactivos. Esto tenderá a aumentar el volumen de los gases contenidos dentro de la botella, aumento que se verá intensificado porque, al ser la reacción muy exotérmica (ΔH = –1367 kJ mol–1), aumentará mucho la temperatura y eso dilatará los gases. Como consecuencia, la presión interior aumentará mucho y para aliviarla saldrán gases al exterior. Por el principio de acción y reacción la salida de los gases hacia atrás impulsará a la botella hacia adelante (como sucede en los aviones a reacción).
El etanol se quemará completamente con una llama azul aquí y no dejará hollín (carbón) en la botella. Una vez terminado el experimento podrá verse un poco de líquido en su interior. Se trata, lógicamente, del agua (H2O) producida, que se condensa al enfriarse (se puede demostrar que es agua tocándola con papel de cloruro de cobalto(II) anhidro, el cual al hidratarse se coloreará).
El experimento se puede realizar también con propanol, que tiene un calor de combustión más alto que el etanol. El metanol debería eviatarse por su toxicidad.
