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Ciencia Nuestra de cada Día

La Naturaleza nos sorprende cada instante con multitud de fenómenos que despiertan nuestra curiosidad. La Ciencia Nuestra de Cada Día es un espacio en el que Ángel Rodríguez Lozano nos incita a mirar a nuestro alrededor y descubrir fenómenos cotidianos que tienen explicación a la luz de la ciencia.

¿Por qué arde la madera y por qué el agua apaga el fuego?

Fuego bajo la luna

Todos nos hemos preguntado alguna vez cómo es posible que la madera, la gasolina, o cualquier otro combustible, que en condiciones normales son cuerpos estables y pueden ser manipulados sin peligro, se inflamen en llamas desprendiendo calor y quedando reducidos a cenizas. Para encontrar una explicación debemos descender hasta los componentes más íntimos de la materia y comprender la naturaleza del calor.

Los cuerpos que nos rodean están hechos con unas pocas clases de átomos diferentes. La madera es materia orgánica y, como tal, está formada fundamentalmente por carbono, hidrógeno y oxígeno. Un ejemplo: la mitad de un tronco seco de encina es carbono, algo más del 43 por ciento, oxígeno, y el 6 por ciento, hidrógeno, el resto, menos del uno por ciento, son otros átomos como el nitrógeno, el fósforo, etc.

Los átomos se pueden unir entre sí de muchas maneras formando millones de moléculas distintas. Ése es el juego de la naturaleza, con unas pocas clases de ladrillos, construye infinidad de edificios diferentes. Algunas moléculas son muy simples, están compuestas por muy pocos átomos, el agua, por ejemplo, sólo tiene un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno. Otras moléculas son muy complejas, pueden estar formadas por miles y miles de átomos organizados de maneras muy diversas. A este último grupo pertenecen las moléculas orgánicas, ricas en carbono. En la madera, concretamente, las moléculas que más abundan son: la celulosa y la lignina, dos compuestos formados por un enorme número de átomos.

Reunir tantos átomos y organizarlos en grandes tiras de celulosa o en bloques de lignina requiere energía. La planta extrae esa energía del Sol y con ella va tejiendo molécula a molécula los componentes químicos que le permiten aumentar de masa, crecer y multiplicarse. Dicho de otra manera, las moléculas orgánicas son diminutos almacenes de energía.

El calor es, en realidad, movimiento de átomos y de moléculas. La atmósfera es una mezcla de gases formados por moléculas muy pequeñas que se mueven a velocidades considerables, chocando unas con otras. Si calentamos el aire, las moléculas se mueven más rápido y chocan con mayor frecuencia. Básicamente esto es el calor: movimiento.

Ya tenemos los ingredientes necesarios para quemar la madera. Hemos dicho que las moléculas orgánicas que componen la madera son estables a temperatura ambiente y almacenan una cantidad de energía. Para extraer la energía almacenada debemos conseguir que las moléculas se rompan en pedazos y se combinen con el oxígeno del aire. El resultado final será un conjunto de moléculas nuevas, más pequeñas y con menos energía almacenada, producto de una reorganización de los átomos. La energía sobrante se libera en forma de luz y calor.

Para romper en pedazos una molécula de celulosa o de lignina debemos golpearla, es decir, tenemos que aplicarle una pequeña cantidad de energía inicial. Imagínense ustedes que estamos en la cima de una montaña y tenemos una bola de hierro en lo más alto, metida en una pequeña depresión del terreno. Si queremos que ruede montaña abajo, primero tenemos que sacar la bola del hoyo y para eso necesitamos suministrarle una pequeña cantidad de energía. Una vez fuera de la depresión, la bola rodará montaña abajo liberando una cantidad de energía mucho mayor de la que le hemos suministrado inicialmente.

Eso es lo que hacemos al prender la madera para hacer fuego. Suministramos una energía inicial, llamada energía de activación, que puede ser en forma de calor, arrimando una llama, con una chispa eléctrica, concentrando luz solar o por rozamiento, como hacían el fuego nuestros antepasados.

Si acercamos una llama a la madera, estamos suministrando a las moléculas del aire la velocidad suficiente como para chocar con las moléculas de la madera y romperlas en pedazos que, después, se puedan combinar con el oxígeno. Una vez que la madera ha prendido, ella misma, al arder, genera más calor y ese calor sirve de iniciación para que otras partes comiencen a arder. Así se propaga el fuego, como una reacción en cadena que va consumiendo poco a poco el tronco combustible.

¿Y qué sucede al echarle agua? El agua al ponerse en contacto con el fuego se calienta bruscamente y se evapora. Todos lo hemos comprobado alguna vez, para que el agua entre en ebullición hay que suministrarle calor. Así pues, al evaporarse, el agua roba el calor a la madera que está ardiendo y baja su temperatura. Si echamos suficiente agua, la temperatura baja tanto que las moléculas del aire y de los productos de la combustión no logran alcanzar la velocidad suficiente como para romper las moléculas de la madera. Entonces la reacción en cadena se interrumpe y la madera se apaga.

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