1. Según la información proporcionada (texto y video) se puede inferir que en un inicio la bolsa está a temperatura ambiente y que se enfría después de manipularse, apretarse y agitarse. Por lo tanto, se conluye que estas acciones son esenciales para su enfriamiento, lo que sugiere que la bolsa tiene compartimentos con diferentes sustancias que, tras romperse por la manipulación de la bolsa, permite la mezcla de los compuestos. El alumnado debe concluir que el descenso de la temperatura debe ser causa de un un proceso endotérmico.
Las bolsas de frío instantáneo están compuestas por un envase lleno de agua (compartimento interior) y otro con una sustancia sólida hidrosoluble (compartimento exterior), de forma que estos dos componentes no se pueden mezclar. Cuando alguien quiere usar la bolsa, debe retorcerla y apretarla para romper la bolsa interior de agua y mezclarla con el sólido. La disolución de la sustancia sólida en agua es un proceso endotérmico, en el que se produce la absorción de energía (en forma de calor). Esto da como resultado una disminución de la temperatura de la compresa y del entorno circundante, ya que el sistema no está aislado. Así, tras la ruptura del compartimento interior, que contiene agua, la bolsa debe agitarse para una mezcla más rápida. El compuesto más común utilizado en las bolsas frías es el nitrato de amonio, un sólido cristalino que, cuando se disuelve en agua, se disocia en iones de amonio e iones de nitrato. En este proceso se produce la transferencia de energía del agua, lo que provoca una disminución de su temperatura. Este proceso de disolución es un proceso endotérmico de modo que, según el principio de Le Châtelier, el aumento de temperatura del sistema favorece la disolución: el equilibrio entre el soluto sólido y disuelto evoluciona para contrarrestar esta perturbación (aumento de temperatura), lo que resulta en un aumento de la solubilidad de los solutos. Como alternativa al nitrato de amonio, las bolsas frías pueden contener urea o cloruro de amonio.
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2. Aunque es posible realizar experimentalmente esta actividad con nitrato de amonio, se recomienda el uso de urea debido a la toxicidad del nitrato de amonio. El alumnado podrá disolver urea en agua (p. ej., 100 g de urea en 100 ml de agua desionizada) y, midiendo la temperatura inicial y la temperatura final, verificarán que se trata de un proceso endotérmico. Además, pueden investigar el aumento de la solubilidad de este soluto con el aumento de la temperatura: esta actividad se puede realizar mediante la preparación de soluciones saturadas y la consiguiente disolución, como resultado del aumento de la temperatura. Observando los valores de solubilidad de este soluto en agua, a diferentes temperaturas, se puede comprobar que la solubilidad aumenta con el aumento de temperatura, lo que refuerza la finalización de su disolución en agua, por tratarse de un proceso endotérmico.
3. El alumnado debe registrar datos sobre la temperatura inicial del agua y la temperatura final de la solución de urea en agua. En el caso del estudio de la solubilidad de la urea en agua, deberán registrar la cantidad de soluto añadida (hasta la saturación) y la temperatura final de la disolución (temperaturas sugeridas: 20 ºC, 40 ºC y 60 ºC).
4. La cantidad de energía en forma de calor invertida en el proceso de disolución se puede calcular usando la ecuación: q = c m (T2 -T1)
Dónde:
q = energía transferida (como calor) (J)
c = caĺor específico del agua (J/(kg K))
T1 = temperatura inicial (K)
T2 = temperatura final (K)
Esta ecuación permite calcular la energía que se transfiere del agua a la urea, para cambiar la temperatura de la solución de una T1 inicial a una T2 final.
5. Macroscópicamente, el alumnado observa que la disolución de urea en agua es un proceso que resulta en una disminución de la temperatura de la solución. Cuando exploren la variación de la solubilidad con la temperatura, los y las estudiantes observarán, a nivel macroscópico, que a partir de soluciones saturadas, con soluto no disuelto, que este "desaparece", es decir, que se disuelve a medida que aumenta la temperatura. A mayor temperatura, mayor cantidad de soluto se disolverá.
A nivel submicroscópico el alumnado será capaz de realizar la representación de la disolución de la urea que, al ser una sustancia molecular y no iónica, no se disocia en iones. En cambio, se producen interacciones intermoleculares (enlaces de hidrógeno) entre las moléculas de urea y las moléculas de agua. Por tanto, el alumnado deberá representar este tipo de interacciones.
La representación simbólica será: (NH2)2CO (s) (NH2)2CO (aq)
6. Estas bolsas de hielo instantáneo funcionan disolviendo un compuesto, generalmente nitrato de amonio, en agua. Este es un proceso endotérmico, por lo que se realiza con una disminución de la temperatura.
7. También existen bolsas calientes. Las bolsas calientes instantáneas están compuestas por un soluto (p. ej., cloruro de calcio o sulfato de magnesio) que se disuelve en agua en un proceso exotérmico, provocando un aumento de la temperatura del entorno en sistemas no aislados. En estos casos, la liberación de energía, en forma de calor, provocada por la disociación de las sustancias, en el agua, hace que aumente su temperatura.
Enlace sugerido: https://sciencing.com/chemicals-used-heat-packs-7441567.html
