El rincón de la Ciencia nº 20 (Febrero-2003)
Calentador químico para biberones  (RC-53a)


M. A. Gómez


En el mercado pueden encontrarse unos dispositivos muy simples para calentar biberones. Se trata de una pequeña bolsa de plástico que se coloca alrededor del biberón. En su interior lleva un líquido transparente y un pequeño círculo metálico. Cuando se ejerce una ligera presión sobre el círculo, el líquido del interior de la bolsa comienza a solidificarse muy rápidamente y, a la vez, se desprende gran cantidad de calor que persiste durante un cierto tiempo. El dispositivo se complementa con una bolsa aislante para conservar el calor durante más tiempo. Para regenerar el sistema basta con calentarlo en agua hirviendo durante unos 10 o 15 minutos y dejarlo enfriar. De esta forma el dispositivo está otra vez dispuesto para ser utilizado. biberon.jpg (18082 bytes)

Este sistema de calentamiento puede encontrarse también en el mercado en distintas formas y presentaciones fundamentalmente en tiendas de artículos deportivos (por ejemplo, como calientamanos para los esquiadores o compresas para aplicar sobre una lesión) bajo denominaciones como por ejemplo, "Magic Heat".calent.jpg (20929 bytes)

Pero, ¿cómo funciona este dispositivo? ¿en qué se basa? Por supuesto, la respuesta no está en la magia, como parece pretender la leyenda comercial "magic heat", sino en la química.

¿Cómo funciona?

En primer lugar, veamos qué contiene la bolsa de plástico. Simplemente es una disolución de acetato de sodio en agua. Pero, con una concentración muy elevada; se trata de una disolución sobresaturada. Es decir, una disolución en la que se ha disuelto más soluto del que teóricamente es capaz de disolver el disolvente a temperatura ambiente.

La explicación más sencilla sobre su funcionamiento se basa precisamente en su concentración. Al tratarse de una disolución sobresaturada el sistema está en un equilibrio metaestable, es decir en una situación que se puede alterar muy fácilmente. Cuando sufre cualquier perturbación, en este caso una flexión del disco metálico, se produce una cristalización muy rápida.

El dispositivo se prepara mezclando acetato de sodio con agua a temperatura ambiente. Se utilizan cantidades que están por encima del límite de solubilidad. Pero al calentar al "baño maría" alcanzamos aproximadamente la temperatura de 100 ºC lo que permite que se disuelva (la solubilidad del acetato de sodio ahora es mayor). Cuando dejamos enfriar el líquido llega a temperatura ambiente sin producirse la cristalización; pero ahora la disolución está sobresaturada, por lo que el sistema está en un equilibrio metaestable, es decir en una situación que se puede alterar muy fácilmente por cualquier pequeña perturbación (por ejemplo, la flexión del disco metálico que lleva en su interior). Esto provoca una cristalización rápìda en la que se desprende toda la energía que previamente hemos comunicado al sistema para conseguir la disolución, por eso se calienta.

Otra forma de explicarlo, es a partir de las propiedades de la mezcla obtenida. Esa mezcla se comporta como una sustancia cuyo punto de fusión es de 58 ºC. Cuando calentamos por encima de esa temperatura se hace líquida. Cuando la temperatura desciende por debajo de la temperatura de transición (cambio de estado) no solidifica, como deberíamos esperar, sino que permanece líquida. Ahora estamos en presencia de un líquido sobreenfriado. De hecho puede introducirse en el congelador de un frigorífico y permanecer en estado líquido. Sin embargo, un líquido sobreenfriado se encuentra en un estado de equilibrio metaestable, lo que implica que una perturbación puede provocar el cambio de estado. Al flexionar el disco metálico que va en el interior del dispositivo, se produce una sobrepresión sobre una zona del líquido, lo que provoca que alguna de las moléculas presentes se ordenen (lo que sirve de núcleo de cristalización) y comiencen a cristalizar. Inmediatamente se extiende la cristalización por todo el sistema. La energía que se desprende es la que corresponde al cambio de estado (calor latente de cambio de estado, entalpía de cristalización), que en el caso del acetato de sodio es bastante elevada. Además la mezcla tiene una capacidad calorífica específica alta, lo que hace que se mantenga durante bastante tiempo caliente.

¿Cómo preparar la mezcla?

El dispositivo es muy sencillo de preparar en un tubo de ensayo, basta con mezclar 20 partes de acetato de sodio trihidratado (la forma en que se encuentra comercialmente de forma habitual) con 3 partes de agua (en masa) y calentar al baño maría hasta completar la disolución. Se deja enfriar hasta temperatura ambiente. El contacto con una espátula de acero, con un minúsculo cristal de acetato o simplemente con una varilla de vidrio, incluso con el aire, basta para provocar la cristalización. Es muy importante que al calentar se disuelva todo el acetato, en caso de que queden cristales aislados sin llegar a disolverse, al descender de temperatura pueden servir de germen para una cristalización progresiva indeseada.

Pueden encontrarse más información en Wood, A. (1995) A simple latent heat demonstration. School Science Review, nº 76

Puedes encontrar más información sobre este fenómeno en: ¿Que es un líquido sobreenfriado?