Se trata de un artículo de uso cotidiano. Las hay de varias clases, formas, tamaños y voltajes. Pero… ¿de qué están hechas las pilas?

Las pilas ordinarias constan de un depósito de cinc, recubierto exteriormente de plástico, que contiene en su centro una barra de grafito. El propio recipiente es el polo negativo o ánodo. El espacio entre las paredes del depósito y la barra de grafito lo ocupa una pasta húmeda que contiene dióxido de manganeso (MnO₂), cloruro de cinc (ZnCl₂) y cloruro de amonio (NH₄Cl). El polo positivo o cátodo lo forma la propia barra de grafito en contacto con el dióxido de manganeso y el cloruro de amonio.

El amoniaco forma complejos con el cinc y del intercambio de electrones se obtiene un voltaje de 1,5 voltios. Este voltaje se mantiene hasta que la cantidad de reactivos se agota.

Las pilas alcalinas no tienen cloruro de amonio. Su electrolito es un hidróxido de un metal alcalino, KOH (hidróxido de potasio) o NaOH (hidróxido de sodio). El cátodo es de acero en contacto con el dióxido de manganeso y el ánodo es la cubierta de cinc. Ambos están colocados dentro de un depósito hermético de acero. En sus reacciones no se produce ningún gas, al contrario que en las otras pilas no alcalinas, en las que el amoniaco puede formar una película gaseosa aislante alrededor del grafito. Por ello son más duraderas y potentes.

Las pilas de mercurio se fabrican como pilas botón. En ellas un recipiente de acero actúa como polo positivo. El ánodo es de cinc y está situado en el centro y está rodeado de cincanato potásico (K₂ZnO₂), óxido de mercurio (HgO) y grafito. Son pilas de larga duración.

Todos estos metales pesados son muy contaminantes, y especialmente tóxicos para el sistema nervioso. Por eso las pilas deben reciclarse y nunca tirarse a la basura.

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Las barras de luz química son esas que se doblan, se agitan y producen una luz fluorescente durante horas, sin necesidad de combustión o pilas. Muy útiles para señalización de emergencia, maniobras, lectura de mapas, iluminación submarina, acampadas, pesca nocturna… incluso para el ocio: pulseras y collares que brillan en la oscuridad, cubitos y bolas para decorar nuestras bebidas nocturnas y decoración para fiestas.

Pero, ¿cómo funcionan?

Independientemente de su tamaño o forma todas se basan en el mismo principio: la quimioluminiscencia.

El DRAE nos informa que luminiscencia es la “propiedad de despedir luz sin elevación de temperatura y visible casi solo en la oscuridad, como la que se observa en las luciérnagas, los peces abisales, en las maderas y en los pescados putrefactos, en minerales de uranio y en varios sulfuros metálicos”.

Entonces, la quimioluminiscencia es la luminiscencia producto de una reacción química.

En una reacción química se recombinan los átomos de dos o más sustancias para formar un nuevo compuesto. Según la naturaleza de los reactantes la reacción puede emitir energía. Tal es el caso que nos ocupa.

En la barras de luz coexisten dos compuestos químicos que al juntarse reaccionan. Uno de los compuestos, el peróxido de hidrógeno —al que se llama activador— está contenido en una cápsula de cristal pequeña y frágil. Y esta cápsula se encuentra dentro de la barra de polietileno propiamente dicha que contiene un éster de fenil oxalato y un tinte fluorescente que es el que da el color según el producto químico que contenga.

Al doblar la barra y romper la cápsula las dos sustancias se mezclan. Y lo hacen con mayor rapidez al agitarla. Como resultado se obtienen unos compuestos producto (no importa cuáles) y una emisión de energía (que es lo que nos interesa). Esa energía excita los átomos del tinte fluorescente (sus electrones suben a un nivel energético mayor más alejado del núcleo), para luego volver a recuperar su estado de equilibrio (descendiendo a un nivel energético menor más cercano al núcleo y más estable) proceso que logran desprendiéndose de la energía sobrante en forma de fotones, es decir, produciendo luz sin calor (luz fría).

Nota sabionda: Dependiendo de los compuestos utilizados y su cantidad, la reacción química puede alumbrar durante minutos o durante varias horas. Si se calienta la barra, la energía adicional acelerará la reacción y brillará más intensamente aunque por menos tiempo. Por el contrario, si se enfría, la reacción se ralentizará y proporcionará una luz más amortiguada aunque durante más tiempo. De hecho, si se mantiene la barra en el congelador se puede preservar para el siguiente día. La reacción no se interrumpirá, pero se ralentizará considerablemente.

Nota sabionda: El 9,10-difenilantraceno proporciona un color azul, el 9,10-bis(feniletinil)antraceno proporciona el color verde y el 5,6,11,12-tetrafenil naftaleno proporciona el color rojo.

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Entrada elaborada a partir de la información ofrecida aquí, aquí, aquí y en otros sitios más.

En esta entrada se trató acerca de la temperatura más baja que se puede alcanzar: el cero absoluto. Ahora, el buen curioso se pregunta: ¿Y la más alta?

La energía interna es la energía que una sustancia contiene en su interior debido al hecho de que sus átomos y moléculas están en movimiento. Y la temperatura es un concepto inventado por el hombre para asignar un número a esa energía, de manera que podamos comparar o establecer aumentos o disminuciones.

Entonces una mayor temperatura se corresponderá a una mayor velocidad de vibración, de desplazamiento y de choque de los átomos y moléculas que forman la sustancia. Y si existe límite a la temperatura que se puede alcanzar vendrá determinado por un máximo de velocidad.

¿Existe ese límite de velocidad para el desplazamiento de las partículas atómicas? Veamos antes qué sucede al calentar un sólido añadiéndole energía calorífica.

En primer lugar se operará un cambio de estado y el sólido se fundirá en un líquido, situación en la que las moléculas gozarán de más libertad de movimiento y podrán seguir aumentando su velocidad. Después se operará un nuevo cambio de estado físico y el líquido se evaporará convirtiéndose en vapor o gas, en una condición en la que sus átomos y moléculas se moverán rápida y libremente en todas direcciones.

Si la sustancia está compuesta de moléculas, tarde o temprano éstas se desharán en fragmentos más pequeños o en átomos como resultado de las violentas colisiones y la elevada velocidad. Incluso los átomos se romperán a una temperatura lo suficientemente alta, con los electrones arrancados de sus órbitas y los núcleos atómicos disgregados, dando como resultado un hirviente y fluido infierno de electrones libres y fragmentos atómicos cargados, que conocemos con el nombre de plasma y que muchos califican de cuarto estado de la materia.

¿Podemos seguir calentándolo? Sí, pero hasta un límite. Hasta que esas partículas alcancen la máxima velocidad posible en el Universo: la velocidad de la luz en el vacío. Una velocidad fijada en 1.080 millones de Km/h (300.000 Km por segundo).

La Teoría de la Relatividad de Einstein nos explica que cualquier objeto, un electron por ejemplo, puede aproximarse a la velocidad de la luz pero no alcanzarla. También que conforme una partícula se mueve más rápidamente se vuelve más pesada. Así que ha de existir un límite antes de que las partículas de un plasma alcancen la velocidad de la luz y un peso infinito. Consideraciones teóricas sitúan esa temperatura en 14×10^31 grados.

No se puntualiza si Fahrenheit o Celsius, pero a esos niveles… ¡qué más da!

Nota sabionda: Este estado de agregación fue identificado por primera vez por Sir William Crookes en 1879, y fue denominado plasma por Irving Langmuir.

Nota sabionda: El estado de plasma es más corriente de lo que parece. De hecho, la mayor parte de la materia del Universo visible se encuentra en estado de plasma. La materia de las estrellas y las nebulosas, por ejemplo, se encuentra en ese estado merced a las elevadas temperaturas.

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Eso es así: se posan en el tendido eléctrico y la corriente de miles de voltios no les afecta. no se electrocutan. Pero… ¿por qué?

Para entender el fenómeno debemos entender el comportamiento del flujo de electrones que conforma la corriente eléctrica.

La corriente circula entre dos puntos entre los que existe una diferencia de potencial y la intensidad con que lo hace depende de esa diferencia de potencial y de la resistencia que ofrezca el camino.

Los hilos de cobre o de otro metal son mucho mejores conductores que el cuerpo humano o el cuerpo de las aves, así que si la corriente de electrones puede escoger el camino, elegirá siempre el que le ofrezca menor resistencia. Esa es la razón de que los aparatos eléctricos dispongan de un cable para hacer tierra: si se produce una sobretensión o una descarga fortuita, el flujo de electrones elegirá antes el cable que el cuerpo humano.

En el caso que nos ocupa, los puntos en los que están apoyadas las patitas de los pájaros están tan próximos que la diferencia de potencial entre ellos es ínfima. Y por otro lado la resistencia a la conducción del cuerpo del pájaro es muchísimo mayor que la que ofrece ese minúsculo trozo de cable.

Por lo tanto la corriente eléctrica circulará por el cable y apenas una minúscula parte derivará por el cuerpo del pájaro, que no notará ningún efecto.

Otra cosa sería que hiciera contacto con otro cable de alta tensión o que rozara el cable de sujección del poste a tierra. En tal caso se electrocutaría.

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Eso, ¿por qué la blanquea tan blanco? ¿por qué elimina las manchas? Es decir… ¿cómo sabe la lejía que debe eliminar las manchas y dejarlo todo muy blanquito?

Al parecer sabe distinguir el blanco de los colores, pues se “come” el color si por accidente nos salpica una prenda. Y es capaz de blanquear todas las manchas con independencia de su composición química.

En realidad la lejía no sabe nada del color blanco, aunque sí del resto de colores y es que la lejía ataca a los compuestos químicos coloreados. Y a éstos los distingue en base a la situación de los electrones de sus coloreadas moléculas.

Veamos cómo.

La luz solar contiene todos los colores y es precisamente la coincidencia de todos ellos lo que a nuestra visión particular la presenta sin ningún color. Por ello la llamamos luz blanca.

Cuando la luz incide sobre una prenda puede ser que todos los colores de la luz blanca se reflejen por igual. Entonces decimos que es blanca puesto que sólo podemos juzgarlo por la luz que envía a nuestos ojos.

Si la prenda está manchada quiere decir que lo está de una sustancia que no es de color blanco. Ello supone que absorbe o retiene algunas de las frecuencias correspondientes a unos colores y refleja el resto. Esa tonalidad reflejada llegará a nuestros ojos y podremos decir que la mancha es de tal o cual color.

Cuando una sustancia absorbe energía luminosa, en realidad son los electrones presentes en sus moléculas los que realizan tal absorción. Y cuando esto sucede, los electrones se excitan hasta alcanzar un nivel de energía superior en las moléculas.

Así, en la ropa o cualquier otra sustancia de color blanco, los electrones de sus moléculas ya se encuentran al máximo nivel energético y por ello no absorben más energía y repelen todas la frecuencias de la luz solar. Y en las ropas coloreadas, manchas o cualquier otra sustancia de color, los electrones de sus moléculas tienen una energía particularmente baja y, por tanto, son susceptibles de capturar energía y de mostrar el color correspondiente a la frecuencia energética rechazada.

Y así es como funciona la lejía o hipoclorito de sodio, “tragándose” —o hablando con más propiedad oxidando— esos electrones de baja energía, de manera que ya no están disponibles para absorber energía. Provocando con ello que todo el espectro luminoso sea rebotado y que la prenda se muestre blanca a nuestros ojos.

Nota sabionda: Las lejías líquidas no son otra cosa que una solución al 5,25% de hipoclorito de sodio (NaClO) en agua.

Nota sabionda: Pero éste no es el único agente oxidante. El perborato de sodio conforma las lejías en polvo, que son más suave y no atacan a la mayoría de los tintes. Y el peróxido de hidrógeno o agua oxigenada se utiliza para decolorar la melanina del cabello.

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¡Qué bonitos! ¡Y qué colores! Y un buen curioso, además de disfrutar del espectáculo, se pregunta: ¿cómo se consiguen esos colores?

Los fabricantes agregan a las mezclas explosivas determinados compuestos químicos que emiten luces de colores cuando sufren la acción del calor.

Cuando los átomos del compuesto absorben el calor producido por la explosión de la pólvora, aumentan su velocidad. Los electrones, que se mueven ahora mucho más rápidamente por la energía recibida, intentan recuperar su estado energético original, que recibe el nombre de estado fundamental o de mínima energía.

La manera más sencilla que tiene el electrón de deshacerse de ese sobrante energético es por medio de un destello luminoso. Y cuando un número elevado de electrones se desprende del sobrante al unísono observamos un destello muy brillante.

Distintos átomos y distintas moléculas emitirán en diferentes longitudes de onda, y aunque la mayoría corresponden a la parte no visible del espectro luminoso (infrarroja, ultravioleta…), otros emiten luz de distintos y brillantes colores que nuestros ojos pueden percibir.

El estroncio es el elemento empleado para el color rojo de un carmesí pálido, el calcio para el rojo amarillento y el litio para el carmín.

El sodio produce un tono amarillo puro y brillante.

Con el bario se obtiene un tono verde amarillento, con el cobre un verde esmeralda, con el telurio un verde hierba, con el talio un verde azulado y con en cinc un verde blanquecino.

Con el cobre se producen destellos celestes y con el arsénico, plomo o selenio, azules pálidos.

Con el cesio se logra la luz púrpura, con el potasio el magenta y con el rubidio el violeta.

Durante una tormenta con componente eléctrico son abundantes los rayos, que son unas poderosas descargas eléctricas que se producen entre dos puntos con diferente potencial, sea entre nube y nube o entre nube y tierra.

Esta diferencia de voltaje se debe sobre todo a las diferentes velocidades de ionización de los componentes de los gases que forman dichas nubes, y la propia ionización de estos componentes se debe al efecto de la luz solar y a la diferencia de temperaturas entre los distintos estratos de la nube.

Este comportamiento explosivo de la súbita descarga eléctrica, crea un tubo de vacío parcial a lo largo de la trayectoria de menor resistencia seguida por los electrones. El aire situado en el interior del tubo se calienta y alcanza temperaturas de 25.000 a 30.000º C y se expande rápidamente en unas pocas millonésimas de segundo produciendo una gran presión en el canal que puede ser mayor de 100 atmósferas; pero al mezclarse con el aire frío del entorno baja bruscamente de temperatura y se contrae, lo que da como resultado una perturbación sonora característica: el trueno, que hace vibrar el tubo como la piel de un tambor, resonando y retumbando. Comportándose más como una onda de choque que como una onda de sonido típica.

Pues… como diría una actriz frente a una escena de destape: porque lo exige el guión.

Así es, Jerry Siegel y Joe Shuster, sus creadores, establecieron que podía ver a través de cualquier cosa, excepto del plomo. Quizás les era útil para ocultar a un enemigo a los ojos del héroe o para establecer cortapisas a un ser prácticamente omnipotente. O quizás creyeron que, efectivamente los rayos X no podían atravesar el plomo.

Quizás se lo preguntaron ellos, y si no nos lo preguntamos nosotros, los curiosos recalcitrantes: ¿por qué se protegen los operadores de rayos X tras una pared de plomo cuando hacen una radiografía? ¿por qué abandona la habitación el dentista cuando hace una radiografía de un diente? ¿por qué usan delantales de plomo los operarios de rayos X? Y al paciente ¿por qué lo dejan desprotegido? ¿traspasa o no traspasa? ¿se puede atravesar el plomo?

Los rayos X son sólo una clase de radiación electromagnética, con una frecuencia de vibración más elevada que la luz visible, pero menor que los rayos gamma emitidos por sustancias radioactivas. Dado su alto nivel energético atraviesan la carne como si nada, pero los huesos bloquean su paso lo suficiente como para aparecer como una sombra tenue en la placa fotográfica. Y eso porque se utiliza un haz reducido a un nivel relativamente inofensivo. Si el haz fuese más amplio atravesaría el plomo. De hecho ningún material de ningún grosor podría detener completamente los rayos X. Superman podría ver a través de cualquier material. Claro que, para eso, debería ser un personaje real.

Lo dañino de los rayos X y los gamma es que son radiaciones ionizantes, es decir, que al pasar a través de los átomos de carne y hueso arrancan electrones y, por ello dejan iones a su paso. Esto podría alterar la química de nuestro cuerpo de forma desfavorable e impredecible. Por ello hay que protegerse de las radiaciones. En el caso de los rayos X no importa mucho si nos hacemos una radiografía parcial cada nosecuantos años, pero sí es importante si trabajamos con ellos y realizamos multitud de radiografías a diario. Por ello se protegen los operarios y no los pacientes.

 Y para protegerse usan el plomo como podrían usar cualquier material que tuviera un elevado número de electrones por átomo, pues cada vez que un haz de rayos desplaza un electrón pierde energía en el proceso. Entonces cuanto más electrones situemos frente al haz antes se detendrá.

El oro (79 electrones por átomo) y el platino (78 electrones por átomo) irían bien, pero son muy caros. En cambio el plomo (82 electones por átomo) es mucho más asequible. De ahí su utilización .

Nota sabionda: Estos rayos fueron descubiertos en 1895 por Wilhelm Conrad Roetgen y los llamó X al no poder explicar la naturaleza de su radiación. Y el planeta de Superman se llama Kryptón del griego cripto, ‘enigmático, desconocido’.