Denís Paredes Roibás / José M.ª Gavira Vallejo
Normalmente consideramos que el principio de Le Châtelier se aplica solo en el ámbito de la química. Pero no es así; en este experimento se demostrará que este principio también se puede cumplir en procesos que afectan a materiales de forma más física que química, si bien la estructura interna (química) del material también tiene mucho que decir al respecto.
El experimento
Para hacer el experimento se necesita una tira elástica de caucho. Conviene empezar midiendo cualitativamente la temperatura de la tira; para eso, basta ponérsela en la frente (sin estirarla). Después, estirarla hasta tres veces su longitud y volverla a poner en la frente. Se observará que se ha calentado. (También se puede comprobar con un termómetro). Dejar que se comprima lentamente y volver a medir su temperatura. Esto se puede realizar varias veces hasta que se tenga la seguridad del efecto del estirado sobre la temperatura. Por supuesto, también se puede medir la temperatura con un termómetro.
Después se monta el dispositivo experimental de la figura y se procede como sigue.
Cortar un trozo de la tira de 10 cm de largo por 0,5 cm de ancho y atar un extremo a un soporte y el otro a una pesa de unos 150 g (puede usarse un anillo para unir la tira a la pesa, como se ve en la imagen). Ajustar la altura del soporte para que el peso se apoye en una balanza de modo que la masa registrada sea de unos 20 g. Anotar el peso cuando se haya estabilizado. Después, colocar una bombilla incandescente de alta intensidad lo más cerca posible de la tira de goma sin tocarla. Encender la bombilla y registrar cualquier cambio de masa durante aproximadamente 45 segundos.
Fundamentos
El caucho natural es un hidrocarburo polimérico que surge de la unión de n moléculas de 2-metilbutadieno (isopreno). Concretamente, es el cis-1,4-poliisopreno. Los cauchos sintéticos son polímeros lineales con estructuras análogas.
Se trata de un elastómero, nombre debido a sus remarcables propiedades elásticas. Su elasticidad la debe a estar formado por cadenas que están enlazadas entre sí por enlaces covalentes, los cuales, después de una deformación producida por una tensión aplicada, hacen que las cadenas vuelvan a sus posiciones originales. Esto supone que pueden alargarse mucho para luego comprimirse, si bien una excesiva tensión puede provocar una deformación permanente. Entre las formas comprimida y estirada existe, pues, un equilibrio:
Tal como está dibujado el proceso (es decir, evolucionando desde la forma comprimida –izquierda– a la forma estirada) aumentan las interacciones moleculares, pues resultan favorecidas por la mejor alineación de las cadenas. Por lo tanto, el proceso libera calor, ya que la formación de uniones químicas es exotérmica (ΔH < 0). Dicho de otro modo, en el proceso esquematizado podríamos decir que “sale calor como producto”. Por lo tanto, por el principio de Le Châtelier, la aplicación de calor desplazaría el equilibrio hacia la izquierda. Es decir, al aumentar la temperatura se favorecería la forma comprimida.
El efecto puede resultar paradójico, ya que cabría esperar que la temperatura ablandara el material y lo hiciera menos resistente a la tracción.
Bibliografía
- W. Hirsch. Rubber Bands, Free Energy, and Le Châtelier’s Principle. J. Chem. Educ., 2002, 79, 200A. DOI: 10.1021/ed079p200.
Imagen de cabecera: Knex.com.
Este experimento pertenece al libro:
Denís Paredes Roibás, José M.ª Gavira Vallejo: 125 experimentos de química insólita para la Enseñanza de Física y Química. Triplenlace.com, 2025. https://triplenlace.com/aula-libros/125eqi/ .
