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Globos de hielo

Science Snack
Globos de hielo
Diviértete con un globo de agua congelada y explora la belleza de la ciencia.
Globos de hielo
Diviértete con un globo de agua congelada y explora la belleza de la ciencia.

Haz un experimento con un globo de agua congelada y aprende sobre la química del agua, los cambios de fase y la densidad.


Temas: Química, Estados de la materia

Palabras clave: hielo, densidad, transición de fase, globo, video, español

Video demostrativo
Globos de hielo
Herramientas y materiales
  • Globos esféricos de 9 pulgadas (20 cm) (12 pulgadas [30 cm] también sirven)
  • Grifo de agua (o alguna otra forma de llenar los globos)
  • Acceso a un congelador
  • Recipiente de plástico lo suficientemente grande y profundo para que flote un globo de hielo: 12x12x9 pulgadas (30x30x22 cm) o más grande
  • Tijeras
  • Bandeja de plástico como las que se encuentran en una cafetería (para contener el agua de la fusión)
  • Sal
  • Colorante de alimentos
Montaje del experimento
  1. Inserta el cuello del globo en un grifo y llénalo cuidadosamente con agua del grifo. Hazlo lentamente para evitar que entre mucho aire al globo. Cuando el globo tenga al menos 5 pulgadas (25 cm) de diámetro, retíralo del grifo, saca el aire de la parte superior y átalo.
  2. Llena con agua la cantidad de globos que necesites. Luego colócalos en el congelador y déjalos congelar durante al menos dos días.
  3. Cuando todo esté listo, llena un recipiente de plástico con suficiente agua para que flote un globo de hielo. No lo llenes hasta el borde; deja espacio para que el agua suba cuando añadas el globo.
Haz y observa

Corta el cuello y despega el globo del hielo.

Coloca el globo de hielo en la bandeja estilo cafetería y simplemente comienza a observarlo de cerca. ¿Qué observas? Hay algunas cosas que puedes buscar: hielo transparente cerca de la superficie del globo, burbujas en el interior (algunas alargadas, algunas formando cadenas), el centro opaco y formación de escarcha que luego desaparece de la superficie del globo de hielo (haz clic para agrandar la foto a continuación).

Espolvorea una pequeña cantidad de sal sobre el globo, aproximadamente media cucharadita (de 2 a 3 ml). Luego espera y observa. Observa cómo se forma agua líquida alrededor de la sal, creando patrones serpenteantes a medida que baja por el globo. Pon unas gotas de colorante para alimentos en la sal para que los patrones de flujo sean más notorios (consulta las fotos a continuación).

Finalmente, enjuaga la sal y el colorante de alimentos y coloca el globo de hielo en la cubeta de agua. Observa cómo flota. ¿Qué proporción del globo está por encima del nivel del agua y qué proporción está por debajo?

¿Qué está sucediendo?

Hay mucho para aprender de un globo de agua congelado, comenzando por los patrones de burbujas, o la falta de estos, en el hielo.

El agua en un globo de hielo se congela desde afuera hacia adentro. A medida que el agua se congela, crea cristales puros de agua, que son transparentes. Mientras tanto, las impurezas, como el aire o los minerales, quedan en el líquido, donde se concentran hasta que salen de la solución como burbujas. Una burbuja puede alimentar una burbuja circundante, lo que crea una cadena radial de burbujas. Dado que las burbujas dispersan la luz de todas las longitudes de onda, proyectan en el globo de hielo un centro blanco y opaco (consulta la foto a continuación).  

Cuando el globo sale del congelador, a menudo está a una temperatura de 0 °F (-18 °C), mucho más fría que el punto de congelación de 32 °F (0 °C). A estas temperaturas bajas, el vapor de agua en el aire puede congelarse en el globo y crea una capa de escarcha. Cuando la superficie del globo se calienta hasta el punto de congelación, aparece una película visible de agua en la superficie y la escarcha desaparece.

La sal en el globo hará que el hielo se derrita, incluso a temperaturas por debajo del punto de congelación. En cualquier combinación de hielo/agua, existe un ida y vuelta continuo en el que algunas moléculas de agua líquida se congelan mientras que parte del agua en estado sólido (hielo) se derrite. Los iones de sodio y cloro de la sal se interponen en la formación de cristales de hielo, lo que convierte el ida y vuelta en una única dirección en la que más hielo se derrite y luego se congela.

A medida que el agua líquida salada baja por el globo, comienza a formar flujos serpenteantes, tal como lo hacen los ríos (consulta la foto a continuación). Al igual que los ríos, los meandros cambian con el tiempo, ya que responden a los cambios sutiles en el flujo y la forma del canal.

La mayoría de las sustancias se encoge cuando se enfría, pero el agua es una excepción notable, dado que se congela en estructuras cristalinas hexagonales que ocupan aproximadamente un diez por ciento más de espacio que el agua líquida. Este aumento del volumen se traduce en una densidad más baja, lo que hace que el hielo flote. Un globo de hielo sólido que se coloca en el agua es empujado hacia arriba por una fuerza de empuje igual al peso del volumen del agua desplazada por el globo de hielo (este es el principio de Arquímedes); el 10 % del globo de hielo queda por encima de la superficie y el 90 % por debajo.

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Prueba agregando azúcar al globo de hielo. ¿En qué se diferencia el resultado con agregar sal?

Consejos de aprendizaje

Si no dispones de un grifo de agua, también puedes llenar el globo de hielo con una botella de dos litros. Solo estira la boca del globo sobre la parte superior de la botella y apriétala para que entre el agua al globo.