Superconducció i Electròlisi a l’aula de Batxillerat

Aquest matí, 23 de febrer de 2011, l’equip de divulgació científica Reacciona… expolota! hem estat a l’INS Ridaura de Castell d’Aro i hem fet dues sessions d’experiments de ciència recreativa i espectacular per als estudiants de 1r i 2n curs de Batxillerat. Hem pogut explicar conceptes de recerca química, física i tècnica tan actuals, i amb tant de futur, com són els processos electrolítics per a la generació d’H₂, que s’usarà com a combustible, o la recerca en superconductors d’alta temperatura.

Reacció termita

Reacció aluminotèrmica que allibera gran quantitat d’energia en forma de llum i augment de temperatura. Segons la reacció següent i l’assoliment d’entre 2000 ºC i 3000 ºC de temperatura, el Fe, producte de reacció, és líquid, el qual pot ésser útil per a soldar peces metàl·liques com els nostres 4 claus zincats (aquesta reacció s’ha usat durant molt de temps per a soldar els rails de les vies de tren).

Fe₂O₃ + 2 Al –> Al₂O₃ + 2 Fe

Situem la mescla Fe₂O₃/Al (3:1) sobre un tou de sorra per aïllar la taula i una bengala ens fa de metxa.

En aquesta seqüència podem apreciar com la metxa (bengala) enfonsada a la mescla Fe₂O₃/Al, proporciona prou energia per a iniciar la reacció termita.

Després de refredar el producte incandescent de reacció, observem que hem aconseguit soldar els 4 claus zincats.

Electròlisi i el cotxe que funciona amb aigua

Després de muntar una cel·la electrolítica i demostrar el caràcter explosiu de la mescla gasosa, H₂/O₂ (2:1), que se n’obté  hem presentat el nostre cotxe que, amb la seva cel·la electrolítica, en primer lloc reprodueix el mat el mateix procés d’electròlisi per a obtenir els gasos que hem comentat i, després d’acumular-los en els dipòsits, té lloc l’electròlisi inversa per a produir aigua i energia elèctrica que fa moure el motor, i aquest l’eix de que uneix les rodes davanteres del cotxe.

Superconducció

Després d’explicar la teoria de la superconducció, presentar el superconductor YBCO (YBa₂Cu₃O₇) i les seves limitacions per a us quotidià per a conduir electricitat (1: és una ceràmica, per tant no es pot filar, i 2: tot i ésser un superconductor d’ “alta temperatura”, requereix estar refrigerat amb nitrogen líquid per a presentar l’estat de superconducció) hem procedit a mostrar-ne la propietat més sorprenent. L’efecte de levitació d’un imant sobre aquesta ceràmica superconductora.

Josep Duran afegint nitrogen líquid a la placa de petri que ens farà de recipient per a refrigerar la ceràmica superconductora.

Imant cúbic levitant sobre el superconductor YBCO refrigerat en nitrogen líquid. (Observem pètals grocs provinents de l’anterior demostració, en la que hem congelat una flor en pocs segons, submergint-la en nitrogen líquid).

Catàlisi

Per acabar, voldria mostrar una foto d’una de les reaccions químiques estrella de les nostres sessions. La desproporció catalitzada del peròxid d’hidrogen.

2 H₂O₂ –> 2H₂O + O₂ (afegint sabó a l’aigua oxigenada -en aquest cas 50 %- i KI com a catalitzador de la reacció, el gran despreniment d’oxigen per unitat de temps infla el sabó creant aquesta gran quantitat d’escuma).