¿Podremos comprobar el efecto invernadero?

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Un poco de introducción.

¿Qué es eso del efecto invernadero?
El efecto invernadero que se produce en nuestro planeta es un efecto natural gracias al cual La Tierra posee una temperatura óptima para nuestra vida.

Básicamente se debe a que en la atmósfera existen unos gases que "retienen" el calor que la Tierra expulsa hacia el exterior.

Ahora lo explicamos un poco más. La Tierra recibe del Sol radiaciones en forma de luz y calor, parte de esas radiaciones atraviesan la atmósfera y llegan a la superficie terrestre.

Algunas de esas radiaciones son reflejadas, es decir que rebotan, pero lo hacen en forma de radiaciones correspondientes al calor (radiaciones infrarrojas) y resulta que en esa misma atmósfera hay unos gases entre los que están el vapor de agua y el dióxido de carbono (CO₂) entre otros que son capaces de retener parte de esas radiaciones que refleja la superficie terrestre. Al retener esas radiaciones, la temperatura de la atmósfera aumenta.

Pues bien, desde que se empezó a formar la atmósfera (es decir, mucho antes de que el ser humano estuviera en la Tierra) eso ha estado ocurriendo y es bueno pues es una de las razones de que nuestro planeta tenga una temperatura óptima para la vida.

¿Cuál es el problema entonces?

El problema es que desde que se utilizan los combustibles fósiles (carbón y petróleo) la cantidad de dióxido de carbono ha aumentado muchísimo en la atmósfera y al haber más dióxido de carbono se retienen más radiaciones infrarrojas reflejadas y aumenta más la temperatura. Como consecuencia se está produciendo un aumento global, es decir, en todo el planeta, de la temperatura media y eso implica que haya un cambio climático.

En clase hemos visto el documental "Una verdad incómoda" que nos ha ayudado a ver ejemplos de lo que está sucediendo.

El experimento.

Pues bien, como indicamos en el título de la entrada... ¿Podremos comprobar el efecto invernadero?, ¿Seremos capaces de crear una atmósfera con más dióxido de carbono y comprobar si en esa atmósfera se produce más subida de temperatura que en otra atmósfera igual pero que no tenga un aumento de dióxido de carbono?

¿Seremos capaces?

Manos a la obra. Bueno no, pensemos primero.

¿Cómo podemos crear nosotros una atmósfera? En el laboratorio hay matraces que pueden hacer las veces de atmósfera. En este que aparece a continuación podríamos meter un tubo por el que meter dióxido de carbono.

En el termómetro podríamos ver si la temperatura aumenta o no. Pero el mecanismo de meter el dióxido de carbono así parece un poco complicado ¿No habrá algo mas sencillo?

¿Y si generamos el dióxido de carbono ya dentro del matraz? ¿Hay alguna reacción química que genere dióxido de carbono de forma "sencilla"?

Pues resulta que sí y que está al alcance de la mano y es muy barata. Se trata de las bebidas gaseosas. ¿Habéis oído hablar de los sobres de gaseosas "El tigre"?

Estas cajas contienen pares de sobres y cada par tiene un sobre con ácido cítrico y otro sobre con bicarbonato de sodio. Cuando ambos sobres se vierten en el agua producen una gaseosa, es decir una bebida con burbujas y resulta que esas burbujas son dióxido de carbono (CO₂), por lo tanto si ponemos agua en dos matraces de los que solo a uno le añadiremos el contenido del sobre y los tapamos como se ve en la fotografía con una tapón que permita poner un termómetro habremos conseguido tener dos atmósferas: en una no se genera más dióxido de carbono que el existente en el estado inicial y en la otra, como consecuencia de la reacción química se irá generando dióxido de carbono y podremos ver si es suficiente como para que haya cambio en el incremento de la temperatura entre los dos matraces.

Nosotros hemos cogido 2 matraces de 1 litro de capacidad cada uno.

Os mostramos las fotografías del experimento y después seguimos explicando un poco más. 

Montaje

Detalle del matraz con el contenido de los sobres en el interior

Matraz sólo con agua	Matraz con gaseosa "El tigre" generando dióxido de carbono CO2
01; 10:45 h.	02; 10:45 h.
03; 10:53 h.	04;10:53 h.
05; 11:00 h.	06; 11:00 h.
07; 11:11 h.	08; 11:11 h.
09 11:15 h.	10; 11:15 h.

y un vídeo del burbujeo produciendo dióxido de carbono.

Como se puede ver en las fotografías de la segunda tabla, en la media hora en que mantuvimos el experimento, se aprecia como sube más la temperatura en el matraz en el que se produce el dióxido de carbono.

La explicación.

A partir de aquí ofrecemos una explicación más detallada del experimento para quien quiera profundizar.

No somos expertos ni en física ni en química y hay factores que no tenemos en cuenta como la solubilidad del dióxido de carbono, sin contar con que los medios con los que contamos no son precisamente exactos pero confiamos en que sirvan para hacer un acercamiento más detallado al mecanismo estudiado así como para reflejar que lo que aquí mostramos es solo un modelo pero que la realidad es mucho más compleja y por tanto hacer los cálculos correspondientes es mucho más complicado.

(A) La reacción que se da entre el ácido cítrico y el bicarbonato de sodio es la siguiente (detallamos más los compuestos que nos interesan para nuestro experimento):

	C6H8O7	+	3NaHCO3	→	Na3C6H5O7	+	3CO2	+	3H2O
Compuestos	Ác. cítrico		Bicarbonato de sodio				Dióxido de carbono
Pesos moleculares totales	192		252				132

(B) Como según la ecuación en la reacción se producen 3 moles de dióxido de carbono, calculamos cuánto volumen suponen.

Evidentemente si nuestro matraz es de 1 litro, parece que necesitaremos menos cantidad de reactivos.

(C) Averiguamos cuántos gramos de CO2 supondrían una concentración de 600 ppm (partes por millón). Actualmente la concentración está por encima de las 400 ppm. Tenemos en cuenta que en nuestro matraz de 1 litro hemos puesto 100 ml de agua para disolver los reactivos y por lo tanto nos queda 0,9 litros de aire que es igual 0,0009 m³.

(D) de herramientasingenieria.com obtenemos que 450 ppm CO₂ equivalen a 809 mg CO₂/m³.

(E) de abcienciadewordpress.com, 20/07/2008 obtenemos que

Como vemos este dato de 533,2 ppm CO₂ difiere del que habíamos hallado en (D).

(F) En cualquier caso, sigamos la fuente citada en (D) o la citada en (E) y aún asumiendo errores en los citados cálculos, podemos decir que si realizamos una reacción en la que obtengamos 1 g de CO2/m³ de aire supondrá más de 450-600 ppm de CO₂.

Según (E) 

Según (D) 659ppm CO₂ = 1185 mg CO2/m³ para una presión atmosférica de 1013 mb (1 atm) y 25ºC (298K)

Por tanto, según ambas fuentes obteniendo 1 g CO₂ nos deberíamos estar asegurando más de 600 ppm CO₂.

(G) De la reacción inicial hacemos los cálculos para llegar a obtener 1 g CO₂.

132 g CO2	se obtienen con	192 g ác. Cítrico
1g	se obtendría con	X=1,5 g ác. cítrico

192 g ác. cítrico	reaccionan con	252 g bicarbonato de sodio
1,5 g ác. Cítrico	reacionarán con	X= 1,97~2 g bicarbonato de sodio

Así que de cada sobre de gaseosa “El tigre” tomamos la cantidad correspondiente de ácido cítrico y bicarbonato de sodio y los echamos a los 100 ml de agua del matraz de 1 litro de capacidad que simula la atmósfera enriquecida en CO₂.

(H) Nuestra reacción será 1,5 g ác. Cítrico + 2 g bicarbonato de sodio → 1g CO₂

Según

Este cálculo es importante ya que el matraz estará tapado con un corcho y si generamos mucho dióxido de carbono se generará mucha presión interna hará que el tapón salte por los aires. De hecho aunque en un ensayo el tapón soportó la presión, durante el experimento no fue así y se destapó un momento, aunque rápidamente lo tapamos, algo de gas se perdió. No obstante se siguió generando CO₂ y presión interna pues tras el experimento, al destapar el matraz se escuchó el típico sonido de descorchar una bebida a presión.

El matraz era de 1 litro pero le habíamos añadido 0,1 l de agua por lo que habíamos dejado 0,9 litros de aire. Además vemos que se generarán 0,55 litros de CO₂ por lo tanto el tapón tendrá que soportar una presión mayor que la inicial.

Según (D) 0,55 l CO₂/1,45 l totales = 0,38·100=38% CO₂ → 380.000 ¡¡¡!!! (algún error debemos estar cometiendo).

Se aceptan comentarios constructivos.

P.D. gracias a @2qblog por sus primeros apuntes sobre la idea de este experimento.

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