Bajo el capó: La química de los autos - Cynthia Chubbuck

Para ver la lección completa: http://ed.ted.com/lessons/under-the-hood-the-chemistry-of-cars-cynthia-chubbuck

Actualmente hay más de mil millones de autos en el mundo, llevando a las personas del punto A al punto B. Pero los autos no son solo un medio de transporte; también enseñan una excelente lección de química. Cynthia Chubbuck navega en la intrincada química hecha en los motores de nuestros autos que los mantiene ni demasiado calientes o ni demasiado fríos.

Lección por Cynthia Chubbuck, animación por FOX Animation Domination High-Def.

Actualmente hay más de mil millones
de autos en el mundo,

llevando a la gente
a donde necesita ir,

pero los autos no son solo
un medio de transporte,

también son una lección de química
a la espera de ser enseñada.

El proceso de prender su auto
comienza en los cilindros del motor,

donde un chorrito de gasolina
del inyector de combustible

y una bocanada de aire
de la válvula de admisión

se mezclan antes de ser
encendido por una chispa,

formando gases que se expanden
y empujan el pistón.

Pero la combustión es una reacción
exotérmica, es decir que libera calor.

Mucho.

Y si bien gran parte de este calor
se escapa a través del tubo de escape,

el calor que permanece en el bloque del motor
necesita ser absorbido, transportado, y disipado

para proteger los componentes metálicos
de la deformación o incluso la fusión.

Aquí es donde el sistema
de refrigeración entra en juego.

Un líquido se hace
circular a través del motor,

pero ¿qué tipo de líquido puede
absorber todo ese calor?

El agua puede parecer ser
la primera opción obvia.

Después de todo,
su calor específico,

la cantidad de energía necesaria
para elevar la temperatura

de una cantidad determinada
en un grado Celsius,

es mayor que la de cualquier
otra sustancia común.

Y tenemos una gran cantidad
de energía calórica para absorber.

Pero el uso de agua puede
meternos en serios problemas.

Por un lado, su punto de congelación
es de cero grados Celsius.

Dado que el agua
se expande al congelarse,

una fría noche de invierno podría significar
un radiador roto y un bloque del motor dañado,

una perspectiva escalofriante.

Y teniendo en cuenta lo caliente
que puede llegar a estar el motor del auto

el punto de ebullición
relativamente bajo de 100°C

puede conducir a una situación
de evaporación total.

Así, en lugar de agua,
se utiliza una solución,

una mezcla homogénea que consiste
en un soluto y un solvente.

Algunas propiedades de la solución serán
diferentes dependiendo de las proporciones.

Se denominan propiedades coligativas,
y quiso la suerte que tengan

un menor punto de congelación
y un mayor punto de ebullición.

Las soluciones tienen un punto de congelación
menor y uno de ebullición mayor

que el solvente puro, y cuanto más soluto
esté presente, mayor la diferencia.

¿Y por qué cambian
estas propiedades?

En primer lugar, tenemos que entender
que la temperatura es una medida

de la energía cinética
media de las partículas.

Cuanto más frío el líquido,
menos de esta energía habrá,

y más lentamente
se moverán las moléculas.

Cuando un líquido se congela,
las moléculas se lentifican

lo suficiente como para que las fuerzas
de atracción que actúan sobre cada una,

lo organicen en
una estructura cristalina.

Pero la presencia de partículas de soluto
se interpone en el camino de estas atracciones,

obligando a la solución a que esté más enfría
para que ocurra esta disposición.

En cuanto al punto de ebullición,
cuando un líquido hierve,

produce burbujas llenas del vapor,

pero para que se forme una burbuja,
la presión de vapor debe ser tan fuerte

como la atmósfera que empuja constantemente
hacia abajo sobre la superficie del líquido.

A medida que se calienta el líquido,
la presión de vapor aumenta,

y cuando se hace igual
a la presión atmosférica,

las burbujas se forman
y se produce la ebullición.

La presión de vapor de una solución
es menor que la de disolvente puro,

por lo que debe ser calentado
a una temperatura aún más alta

antes de que pueda coincidir
con la fuerza de la atmósfera.

Como bono adicional,
la presión en el radiador

se mantiene por encima
de la presión atmosférica,

elevando el punto de ebullición
otros 25 grados Celsius.

La solución de uso general para
el sistema de refrigeración de un auto

es una mezcla 50/50
de etilenglicol y agua,

que se congela a -37°C
y hierve a 106°C

A la mayor proporción
recomendada de 70 a 30,

el punto de congelación
es incluso inferior a -55°C,

y el punto de ebullición
se eleva a 113°C.

Como puedes ver,
al añadir más etilenglicol,

se obtiene mayor protección,
así, ¿por qué no ir aún más alto?

Bueno, resulta que puedes tener
demasiado de una buena cosa

porque en mayores proporciones,

el punto de congelación
realmente empieza a volver a subir.

Las propiedades de la solución se dirigen
hacia las propiedades del etilenglicol,

que se congela a -12,9°C,

una temperatura mayor que
la que logramos con la solución.

La solución fluye a través del motor,
absorbiendo calor por el camino.

Cuando llega al radiador,
es refrigerado por un ventilador,

así como por el aire que corre a través
de la parte delantera del auto

antes de volver al compartimiento
del motor caliente.

Así, un refrigerante
eficaz y seguro del motor

debe tener un alto calor específico,
un punto de congelación bajo,

y un punto de ebullición alto.

Pero en lugar de buscar por todo el mundo
el líquido ideal para resolver nuestro problema,

podemos crear nuestra propia solución.