En estos tiempos tan fríos uno anda desesperado buscando cualquier cosa que nos ayude a estar calentitos. Por su tamaño, precio y simpleza muchos optan por los calentadores de mano, unas bolsitas de plástico que llevan en su interior un líquido transparente y un disco metálico que al doblarlo genera calor. ¿Dónde está el truco?
Seguramente has disuelto alguna vez azúcar en agua. Y te habrás dado cuenta que si sigues añadiendo azúcar llega un punto en el que no se disuelve más. Tendremos entonces lo que se conoce como una disolución saturada de azúcar.
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| El azúcar es el nombre común de la sacarosa, un disacárido formado por la unión de glucosa y fructosa. |
Disolución de la sacarosa en agua desde un punto de vista molecular.
Entre las variables que afectan a la solubilidad de una sustancia en un determinado disolvente se encuentra la temperatura. Al calentar una disolución saturada de sacarosa se favorece, por un lado, que las moléculas de sacarosa abandonen con facilidad la superficie de los cristales de azúcar; y por otro, el movimiento de las moléculas, repartiéndose rápidamente por el recipiente que contiene la disolución. En definitiva, al calentar la disolución saturada aumenta la solubilidad de la sacarosa y los cristales desaparecen. Esto ocurre frecuentemente con muchas otras sustancias, no así con la sal común o cloruro de sodio (NaCl, color rosa en la gráfica), al que la temperatura casi no afecta, en comparación con la sacarosa (gris claro), que es muy soluble en agua.
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| Efecto de la temperatura en la solubilidad en agua de diferentes sustancias (Fuente: https://www.liceoagb.es/quimigen/diso3.html). |
Posteriormente, si se deja enfriar la disolución, la sacarosa extra disuelta gracias al calor proporcionado sigue disuelta, pero de forma inestable, no se encuentra cómoda. Hablamos, en este caso, de una disolución sobresaturada.
Basta con una perturbación externa, ya sea añadiendo un poco más de sacarosa, quitando un poco de líquido o, simplemente, agitando la disolución para que dicha inestabilidad se haga patente y la disolución vuelva a su estado más estable, es decir, a como estaba antes de aplicarle calor, con granos de azúcar sin disolver. La cantidad de sacarosa “sobredisuelta” por el aumento de temperatura vuelve a su forma original y aparecen de nuevo los cristales de azúcar. Este proceso, conocido como cristalización, es una reacción exotérmica, ya que va acompañada de una emisión de calor, aquel que mantenía disueltas a las moléculas de sacarosa.
Este es el fundamento de los famosos calentadores de mano que se pueden comprar en cualquier tienda, solo que, en vez de una disolución sobresaturada de sacarosa, que es una sustancia muy soluble (haría falta mucha cantidad para sobresaturar una disolución), se utiliza una de acetato de sodio (CH3COONa, color rojo en la gráfica) en una pequeña bolsa de plástico. Todo depende de que la disolución sobresaturada permanezca intacta hasta que el usuario la "active" deliberadamente.
Para alterar el estado inestabilidad de la sobresaturación, la bolsa lleva en su interior un pequeño disco metálico flexible también con acetato de sodio, de modo que al doblarlo ligeramente se libera el compuesto al medio y se pone en marcha la cristalización. Las nuevas moléculas de acetato de sodio liberadas actúan como una semilla a partir del cual empiezan a crecer los cristales, volviéndose la disolución opaca. En cuestión de segundos, todo el acetato de sodio sobredisuelto cristaliza y la temperatura se eleva a más de 50 ºC. ¡Listo para calentar nuestras manos!
Pero los calentadores de mano no son de un solo uso: si se sumergen en agua hirviendo (100 ºC), todo el acetato de sodio vuelva a disolverse debido al aumento de la temperatura y la disolución se torna otra vez transparente. Cuando se quieran volver a usar no hay más que doblar de nuevo el disco del interior.
FUENTES:
- Jackson, D. A., & Dicks, A. P. (2012). The five senses of Christmas chemistry. Journal of Chemical Education, 89(10), 1267-1273.
- http://io9.com/how-do-chemical-handwarmers-work-1670218718
- http://www.stevespanglerscience.com/lab/experiments/instant-hot-ice/
- http://www.wired.com/2014/12/whats-inside-hot-hands/
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