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El "peso" del humo

   
       
 

 

Estamos situados en Brooklyng, verano de 1990. Un grupo de personas frecuenta un estanco de un barrio de esa zona de Nueva York. El estanco está regentado por Auggie Wren, confidente de todos ellos y especialmente del escritor Paul Benjamín que regularmente acude al estanco por tabaco.

Una mañana entra Paul en el estanco para comprar sus cigarrillos. En el estanco se encuentran varios clientes habituales “dando compañía” a Auggie.

Paul:- Hola Auggie. ¿Como va todo?.

Auggie:- Hombre hola. Que alegría. ¿Que deseas?.

Paul:- Dame dos cajitas de Schimmelpennincks y... de paso dame un mechero.

 Mientras Auggie sirve los cigarrillos que Paul ha pedido le comenta:

Auggie: -Los chicos y yo manteníamos una discusión filosófica sobre las mujeres y el tabaco.

Paul: -Si, bueno, supongo que todo proviene de la reina Isabel.

Auggie: -¿La reina de Inglaterra?

Paul: -Si, pero no Isabel II,  Isabel I… ¿Has oído hablar de sir Walter Raleigh?

Uno de los clientes se interesa por la conversación:

Cliente 1: -Si claro, el tipo que tiró su capa sobre un charco.

Cliente 2: -Yo, yo antes fumaba cigarrillos Raleigh. Llevaban un cupón de regalo en cada paquete.

Paul: -Pues, Walter Raleigh  fue la persona que introdujo el tabaco en Inglaterra…. y se convirtió en el favorito de la reina. Él la llamaba reina Betsy…. Fumar se puso de moda en la corte inglesa y… seguro que la buena de Betsy compartió más de un cigarro con sir Walter. Una vez hizo una apuesta con ella: dijo que podía determinar el peso del humo.

Cliente 2: -¿Se refiere a pesar el humo?

Paul: -Exactamente, pesar el humo.

Cliente 1: -Eso no se puede hacer, es como pesar el aire.

Paul: -Reconozco que es extraño, es casi como pesar el alma de alguien, pero, sir Walter era un tipo hábil. Primero tomó un cigarro entero y lo puso en una balanza y lo pesó. Luego lo encendió, se fumó el cigarro cuidando que las cenizas cayeran en el platillo de la balanza. Cuando lo terminó puso la colilla en la balanza junto con las cenizas. Después pesó lo que había allí. Acto seguido restó esa cifra del peso obtenido previamente del cigarro entero. La diferencia…… era el peso del humo.

 

                Este fragmento describe una escena de la película Smoke, de 1994, dirigida conjuntamente por Wayne Wang y Paul Auster. Como vemos en la escena, interpretada por  Harvey Keitel (Auggie) y William Hurt (Paul), se explica cómo medir el “peso del humo” según una anécdota histórica que, por otra parte, parece cierta. Pues bien, fue la revisión de esta película y concretamente de la escena descrita el motivo de que aplicara el mismo método a varias marcas habituales de cigarrillos y de recoger los resultados obtenidos en este opúsculo, aunque sin la pretensión de obtener conclusiones relevantes mas allá de aquellas que resultan obvias. El caso es que a ciencia cierta estas medidas ya se habrán realizado más de una vez y se habrán publicado en algún momento. Seguramente será posible su consulta aunque no sin dificultad para el común de los mortales. Siendo este mi caso, ¿qué dificultad hay en que un común de los mortales haga las medidas?.

Queda pues establecida la justificación de este escrito, pero…, las cosas no son tan sencillas como parecen.

   
 

Incluyendo el papel, un cigarrillo puede considerarse como materia vegetal que sufrirá combustión en el momento de ser encendido. El proceso de combustión de esta materia vegetal libera la energía de la biomasa contenida en la misma, que se corresponderá con la energía que dicha materia vegetal tomó del Sol en su formación a través del proceso de fotosíntesis. Es decir, la combustión de la materia vegetal se puede considerar como un proceso inverso al de fotosíntesis en el que se liberan a la atmósfera dióxido de carbono (CO2) y agua.

 

Fotosíntesis:

CO2 + 2H2O      ([CH2O] + H2O) + O2

 

 

Combustión:

[CH2O] + O2       CO2 + H2O

 

 

En el proceso general de fotosíntesis escrito arriba, la fórmula [CH2O] representa la combinación molecular básica de un azúcar. Es la materia orgánica formada gracias a la energía solar, el dióxido de carbono atmosférico y el agua. Durante el proceso de la combustión vemos que el humo debe contener, con seguridad, el carbono procedente de la materia orgánica el cual se desprende en forma de dióxido de carbono; también debe contener el hidrógeno y el oxígeno de dicha materia, aunque en este último caso hay también presente en el humo oxígeno procedente de la atmósfera (O2 en la reacción de combustión). Este oxígeno atmosférico es, evidentemente, ajeno al cigarrillo aunque  forma parte del humo.

Pero, además, las reacciones que tienen lugar no son tan sencillas. En el humo de un cigarrillo se cree que pueden existir más de 4000 sustancias diferentes[1]. El humo es un aerosol, término que incluye tanto a las partículas como al gas que las contiene. Las sustancias que forman la parte gaseosa del humo rondan las 500, entre ellas el monóxido de carbono, el  dióxido de carbono, el vapor de agua y el óxido nitroso; pero también amoniaco, nitrosaminas volátiles, metano, benceno, etc. En cuanto a las partículas que forman parte del humo, cuyo tamaño oscila entre la milésima y la diezmilésima parte de un milímetro, podemos encontrar nicotina y alquitrán. Este último término engloba una gran cantidad de sustancias, desde metales hasta hidrocarburos aromáticos policíclicos[2]. Finalmente, el residuo no volatilizado por combustión, es decir, la ceniza del tabaco, debe contener entre otras sustancias carbonatos de sodio y de potasio ya que son las sustancias típicas que se pueden encontrar en la ceniza de cualquier material vegetal.

                Se puede concluir entonces que lo que realmente hacía Sir Walter Raleigh era medir la cantidad de materia contenida en un cigarrillo “que se volatiliza” en forma de humo en la combustión. Raleigh no podía medir el peso del humo ya que en la composición del mismo interviene, por lo menos, el oxígeno del aire sin el cual sería imposible la combustión. No obstante, no debemos olvidar que Raleigh vivió[3] entre los años 1554 y 1618, una época en que las ideas sobre la combustión estaban más relacionadas con la presencia de un componente ígneo  en la materia vegetal que se desprende al quemarla. Estas ideas cristalizarían en la teoría del flogisto de finales del siglo XVII.

               

 

 

 Antes de pasar a la realización de medidas aún es necesario hacer dos aclaraciones. En primer lugar, dentro de un contexto educativo, es necesario comentar que es la masa lo que se mide, no el peso. La utilización indistinta de los dos términos (dentro de la que me incluyo) seguramente se remonta muchos siglos atrás, pero debemos tener en cuenta que el peso es la fuerza de atracción que nuestro planeta ejerce sobre los cuerpos materiales y, como fuerza que es, se mide en Newton (N). Con una balanza realmente se determina la cantidad de materia que tiene un cuerpo, es decir su masa en kilogramos. En segundo lugar mencionar que las pretensiones de estas medidas no van más allá de conocer un dato concreto: la cantidad de materia que se volatiliza por combustión en forma de humo en un cigarrillo. Esta circunstancia libera al autor de ser excesivamente meticuloso no ya en las medidas que realiza, sino en el número de medidas que debe realizar para que las imprecisiones y los errores relativos obtenidos sean admisibles desde el punto de vista científico.

Una diferencia entre el método descrito en la película y el utilizado aquí es que los cigarrillos no se colocaron directamente sobre el platillo de la balanza, sino que se utilizó una pequeña cápsula de porcelana de masa conocida como recipiente para el cigarro entero y para las cenizas obtenidas en la combustión del mismo (así como la colilla correspondiente). Cada cigarrillo se dejó consumir totalmente, no quedando fibra alguna de tabaco ni de papel al terminar la combustión. Esta circunstancia es importante ya que durante la combustión del cigarro se depositan en la porción aún no quemada una parte de los productos ya volatilizados y transformados en el momento de la combustión. Tienen aspecto de aceites condensados que impregnan el papel aún no quemado de manera que sólo una combustión completa de todo el cigarrillo asegura que al final todos los productos se volatilicen. Otra diferencia con el método descrito en la película es que no me he fumado todos los cigarrillos utilizados en la experiencia, me he limitado a encenderlos.

Las masas se midieron con una balanza Cent-0-Gram de Ohaus. Este instrumento tiene una sensibilidad de 0’01 g. Se realizaron tres medidas[4] (tres cigarrillos) para cada marca analizada. En la tabla 1 aparecen los resultados obtenidos en dichas medidas.

 

 Tabla 1. Datos experimentales

 

Masas en gramos

 

Marca

Cigarrillo

m1

Residuo de la combustión

 (cenizas y colilla)

m2

Materia volatilizada en la combustión

m3 = m1 – m2

%  de materia  volatilizada en la combustión(1)

m3 ·100/m1

Camel

0’89

0’29

0’60

67

0’89

0’28

0’61

69

0’87

0’28

0’59

68

Marlboro

0’92

0’30

0.62

67

0’94

0’30

0’64

68

0’83

0’25

0’58

70

Fortuna

0.96

0’31

0’65

68

0’90

0’29

0’61

68

0’97

0’31

0’66

68

Winston

0’90

0’33

0’57

63

0’89

0’31

0’58

65

0’85

0’28

0’57

67

Ducados (negro)

0’91

0’33

0’58

64

0’89

0’32

0’57

64

0’90

0’32

0’58

64

Ducados

(rubio)

0’85

0’28

0’57

67

0’89

0’30

0’59

66

0’85

0’31

0’54

64

 (1) La incertidumbre en el resultado depende de la operación matemática realizada. En estas medidas la cifra correspondiente a la unidad es la cifra la incierta. La incertidumbre es de ± 2 unidades porcentuales. Para su estimación, teniendo en cuenta la sensibilidad de la balanza, se han sumado los errores relativos (en tanto por uno) de las masas m3 y m1;  la suma obtenida se ha multiplicado por el valor porcentual de masa de combustible obtenido en cada medida.

 

De los medidas realizadas llama la atención la uniformidad que hay en las masas de los cigarrillos. El valor medio de dichas masas es de 0’89 ± 0’04 g  (4’5 % de error relativo).

En la tabla 2 se recogen los resultados obtenidos: valores medios de porcentaje de masa de materia volatilizada respecto de la masa del cigarrillo para las diferentes marcas estudiadas. Se recogen también las incertidumbres de dichos resultados. En todos los casos dichas incertidumbres no son las desviaciones estándar de los mismos ya que éstas son inferiores a las dos unidades porcentuales de incertidumbre que tienen todas los porcentajes recogidos en la tabla 1. Estas dos unidades porcentuales son la incertidumbre mínima en los resultados. También se recogen los errores relativos correspondientes, calculados a partir de dicha incertidumbre mínima. Finalmente, por marcas, se recoge también el porcentaje de desviación de los resultados reflejados en la tabla 1.

 

 Tabla 2. Resultados (contando con el filtro)

Marca

% de materia volatilizada en la combustión

Error relativo

(%)

Dispersión(1)

(%)

Camel(2)

68 ± 2

2’9

2’9

Marlboro

68 ± 2

2’9

4’4

Fortuna

68 ± 2

2’9

0

Winston

65 ± 2

3’1

6’2

Ducados (negro)

64 ± 2

3’1

0

Ducados (rubio)

66 ± 2

3’0

4’5

 (1) La dispersión resulta de restar la mayor y la menor de las medidas realizadas para cada marca. El porcentaje de dispersión mostrado resulta de multiplicar por cien la dispersión y dividir el resultado por el valor medio de las medidas para cada marca. En general, si el porcentaje de dispersión es inferior al 5% es suficiente realizar tres medidas. En caso contrario se realizarían entre 6 y 10 medidas. Si el porcentaje de dispersión fuera superior al 8% deberíamos realizar 15 medidas.

 

Los resultados obtenidos indican que alrededor de 2/3 partes de la masa de un cigarrillo completo (67 %) se volatilizan en forma de humo durante la combustión del mismo. Por otra parte, en la tabla 3 se recogen cómo quedarían los resultados finales si no se tuviera en cuenta el filtro del cigarrillo. La masa media de un filtro es de 0’16 g.

 

Tabla 3. Resultados (sin contar con el filtro)

Marca

% de materia volatilizada en la combustión

Camel(2)

83

Marlboro

84

Fortuna

81

Winston

79

Ducados (negro)

78

Ducados (rubio)

81

 

 
 
 

[1] Tabaquismo. Composición del tabaco.  Consulta realizada el 2 de enero de 2008 en el  sitio Saludalia.com http://www.saludalia.com/saludaliaNuevo/index.jsp   con la siguiente dirección:

http://www.saludalia.com/Saludalia/web_saludalia/web_club/doc/tabaco/doc/i_documentos.htm   

 

[2] Para más información sobre la composición del humo del tabaco se puede consultar, por ejemplo, el texto Manual de Tabaquismo, de la Fundación Española del Pulmón (SEPAR), Ed. Elsevier  España,  año 2002.

 

[3] http://es.wikipedia.org/wiki/Walter_Raleigh , consultado en Wikipedia (http://es.wikipedia.org/wiki/Portada) el 2 de enero de 2008.

 

[4] Los criterios estadísticos seguidos en el procesado de los datos experimentales se basan en el trabajo La medida, de José Villasuso Gato, consultado el 2 de enero de 2008  en Internet en la siguiente dirección: http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicaInteractiva/medidas/medidas_indice.htm

Este trabajo forma parte de la página del mismo autor dedicada a Recursos de la Física: http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/index.htm