Química - 2º B.D.

A fines del siglo pasado, aproximadamente en la década de los ochenta, algunos autos más costosos incluían, además de los cinturones, un nuevo sistema de seguridad: los airbags. Este sistema fue registrado por primera vez el 23 de octubre de 1971 por la firma Mercedes-Benz y recién en 1981 fue incorporado en un auto. Un airbag es una bolsa que se infla rápidamente cuando ocurre un accidente. En la actualidad vehículos menos exclusivos también han incluido estos dispositivos, por lo menos dos: para conductor y acompañante. Se conocen autos hasta con doce airbags logrando así una gran burbuja en el interior del vehículo que protege a los pasajeros. Se colocan en general en el centro del volante, en los laterales de los asientos delanteros, en el techo y bajo el volante. 

El sistema de inflado se realiza al liberarse un gran volumen de dinitrógeno gaseoso que se produce al descomponerse una sustancia llamada azida de sodio. Esta sustancia es un sólido de color blanco, muy tóxico pero estable a temperatura ambiente. Un detector de impacto, a través de un sensor de movimiento brusco del vehículo, controla el sistema eléctrico. Se produce una descarga que provoca el aumento de temperatura a más de 275 ºC. Esta temperatura es suficiente para descomponer la azida de sodio, formándose dinitrógeno gaseoso y sodio metálico. La presión del gas liberado es suficiente para inflar el airbag en 20 centésimas de segundo. La bolsa permanece unas décimas de segundo inflada y luego el gas dinitrógeno va saliendo por pequeños orificios permitiendo la movilidad del pasajero. 

El airbag contiene también nitrato de potasio y dióxido de silicio. El objetivo de ambos compuestos es remover el sodio metálico formado en la descomposición, ya que es altamente reactivo y potencialmente explosivo, al convertirlo en un material seguro. Primeramente el sodio reacciona con el nitrato de potasio para formar óxido de potasio, óxido de sodio y más dinitrógeno gaseoso. El dinitrógeno generado en la segunda reacción también colabora en el inflado del airbag. Los óxidos metálicos reaccionan con el dióxido de silicio produciendo silicato doble de sodio y potasio, un compuesto estable e inofensivo. 

El uso del airbag no sustituye al cinturón de seguridad; es un complemento para disminuir las lesiones en caso de accidente.

Observa el siguiente video:

 

 

• Saravia, G., Segurola, B., Franco, M. y Nassi, M. (2010). Todo se transforma. Química 3er. año C.B. Editorial Contexto.
• Anijovich, R. (2004). Las consignas de trabajo. En Anijovich, R., Malbergier, M., Sigal, C. (Ed.) Una introducción a la enseñanza para la diversidad (pp. 52-62). Buenos Aires: Fondo de Cultura Económica. https://documents.tips/documents/anijovich-las-consignas.html
  
• The Chemistry of Airbags C 11-2-09. https://nanopdf.com/download/the-chemistry-of-airbags-c11-2-09_pdf
• Fundación MAPFRE (29 de marzo de 2017). Qué es y cómo funciona el airbag – Fundación MAPFRE [Archivo de Video]. Youtube. https://youtu.be/4auzVEkO7tc
• Muñeco de prueba de choque en una bolsa de aire para automóvil. Autor: @brgfx. Licencia: Free for personal and commercial purpose with attribution.

1. ¿Qué función cumple el airbag?
2. ¿Qué mecanismo provoca que la bolsa se infle? 
3. Escribe tres ecuaciones que representen las tres reacciones citadas en el texto.
4. ¿Por qué se dice que la azida de sodio se descompone? 
5. Tomando en cuenta la información del video: 

• ¿Con qué se compara el tiempo que tarda en inflarse el airbag?
  
• ¿Cómo se puede saber a qué distancia se debe situar el conductor del vehículo del airbag?
  
• ¿Cuál es el porcentaje citado de reducción de lesiones mortales para conductores y pasajeros frontales?
  
• ¿Por qué podemos decir que no sustituye el uso del cinturón de seguridad?
  

6. Busca las fichas de datos de seguridad de todas las sustancias citadas en el texto e indica qué pictogramas se debe incluir en un recipiente que contenga a cada uno de ellas así como los principales peligros que presenta en cada caso.

7. Sabiendo que un airbag típico contiene 50,0 g de azida de sodio, en el impacto la bolsa se despliega y se infla en aproximadamente 20 centésimas de segundo a un volumen de 60,0 L, los 32,3 g de gas dinitrógeno formado ejercen una presión en la misma de 46,7 atm y se encuentran a una temperatura de 20,0 °C. Indica las variables de estado del gas en el momento que se infla completamente la bolsa (antes de que el gas escape por los orificios de la misma).

8. Imagina que te han solicitado que estudies la reacción entre el hidrógenocarbonato de sodio con el vinagre (solución de ácido etanoico) como posible reacción de reemplazo de las bolsas de aire de los automóviles. Tu tarea es determinar la proporción correcta de hidrógenocarbonato de sodio y vinagre que no deje una cantidad apreciable de ninguno de los reactivos, pero que infle completamente la bolsa (sin que la misma reviente). La bolsa inflada es análoga a las bolsas de aire de los automóviles.

Junto a tu equipo deberán diseñar su propio procedimiento. Para que sea sencillo, deberán encontrar la cantidad de hidrógenocarbonato de sodio necesaria para reaccionar con 25 mL de vinagre para que la bolsa tipo Ziploc (mediana) se infle, sin que quede una cantidad apreciable de ninguno de los reactivos. Pueden ir aumentando la masa de hidrógenocarbonato de sodio de 0,5 en 0,5 g durante la actividad. 

Preguntas guía: 

• ¿Cuál es el gas que se produce cuando se combinan el hidrógenocarbonato de sodio y el ácido etanoico presente en el vinagre? Planteen una ecuación igualada que represente el cambio ocurrido.
• ¿Cómo determinarían el volumen aproximado de la bolsa Ziploc antes de comenzar el experimento?
• ¿Cómo se podrían introducir ambos reactivos dentro de la bolsa sin perder gas? Si necesitan otros materiales para tu procedimiento, consulten con el/la docente del curso. 
• Escriban su plan, incluyendo todos los cálculos antes de comenzar el experimento. Pueden hacer algunas pruebas preliminares, pero también deben escribirlas. 
• Una vez que hayan determinado la proporción correcta de reactivos que llenan completamente la bolsa sin reventar, consulten a su docente. 
• Deberán entregar un informe que incluya el procedimiento que han seguido, las modificaciones que realizaron después de la primera prueba y los resultados alcanzados.
• ¿Creen que este cambio químico puede sustituir al mecanismo actual de los airbags? ¿Cómo lo explican?

9. ¿Qué ideas nuevas te aportó esta actividad en su conjunto?

10. ¿Qué le aconsejarías a un compañero que tuviera que resolverla?