Magia o química

tas buscaban la piedra filosofal en contacto con la cual las cosas se convertían en oro. También buscaban una infusión de la piedra filosofal, el elixir de la vida eterna... No lo consiguieron pero descubrieron nuevas sustancias y  nuevas reacciones químicas.

En esta sesión de Magia o química realizaremos algunas reacciones químicas sorprendentes que parecen magia aunque todas tengan una explicación. También comentaremos algunas para que las hagáis

¿QUÉ ES UNA REACCIÓN QUÍMICA?

Una reacción química es un proceso en el que varias sustancias, los reaccionantes, se transforman en otras sustancias completamente diferentes, los productos.

Reaccionantes à Productos

Se sabe que una reacción tiene lugar porque una o más de estas cosas ocurre:

Cambia el color – Diferentes combinaciones de moléculas reflejan la luz de manera diferente. Un cambio de color indica un cambio en las moléculas.

Se desprende o cede energía – En todas las reacciones químicas, la energía de los reaccionantes y la energía de los productos no siempre es la misma.  Algunas veces se produce un aumento de la temperatura y en otros cosas una disminución.

Se produce un gas – Cuando se produce un gas en una disolución líquida, pueden verse burbujas que incluso pueden explotar.

Se forma un precipitado – Los precipitados son productos ºinsolubles que se forman en  una disolución líquida. El producto insoluble se hunde y luego la disolución  se vuelve turbia.  

 

Experimento 1: VISTO Y NO VISTO

 

El poliestireno expandido es un material de embalaje se encoge y burbujea cuando se coloca en propanona (acetona) que puede disolver una cantidad impresionante de este material

 

Material

Un vaso de precipitados grande, una gran cantidad de poliestireno expandido en forma de perlas de embalaje, 50 cm3 de propanona (acetona)

 

Procedimiento

 

  • Se vierten 50 cm3 de propanona en el vaso de precipitados y se van añadiendo las perlas a puñado. Las perlas burbujearan y se encogerán y se formará una capa de gel pegajoso por debajo de la propanona.

 

Explicación

 

Las perlas de poliestireno se fabrican a partir de gránulos de poliestireno que incorporan un agente que aumenta su volumen, una sustancia que cuando se calienta desprende un gas.  El poliestireno expandido en realidad no se disuelve en propanona; solamente se ablanda y permite que el aire se escape hundiéndose en la espuma.

 

Experimento 2: LA BOTELLA AZUL

Un  recipiente medio lleno de líquido incoloro se agita y se vuelve azul. Cuando se deja en reposo, el color azul se desvanece. El ciclo puede repetirse varias veces. Pueden producirse otros colores sustituyendo otros indicadores a partir de azul de metileno que se utiliza habitualmente.

Preparación.

Dos matraces Erlenmeyer de un litro medio llenos con agua del grifo.  Se disuelven 2.5 g de glucosa en uno de los matraces (matraz A), y 5 g de glucosa en el otro (matraz B).

Demonstración

Momentos antes de la demostración se disuelven 2.5 g de hidróxido de sodio (NaOH) en el matraz A y 5 g en el matraz B.  Durante la presentación se añaden a cada matraz aproximadamente 1 ml de disolución del 0.1% de azul de metileno se tapan y agitan para disolver el indicador. Los recipientes se colocan a un lado y el color azul de las disoluciones desaparece gradualmente a medida que la glucosa se oxida por el oxígeno disuelto.  También se muestra aquí el efecto de la concentración en la velocidad de la reacción. Debe señalarse que el matraz con dos veces la concentración utiliza el oxígeno disuelto en la mitad del tiempo que el otro. Debe observarse que, cuando se hace incoloro, una zona azul permanece próxima a la superficie. Esta es debida a la difusión del oxígeno del espacio con aire dentro de los matraces. Después de que las disoluciones se hagan incoloras el color azul puede restaurarse agitando los matraces. Este experimento puede repetirse varias veces durante el show.

Discusión

Este experimento se basa en el hecho de que los indicadores son de oxidación reducción en lugar de ácido – base. El indicador tiene un color en el estado oxidado e incoloro en el estado reducido. Cuando se agita el matraz, el oxígeno en el aire por encima de la disolución se disuelve y reacciona con el indicador. A medida que se deja a la disolución reposar, el indicador es reducido gradualmente por la glucosa en la disolución a su estado incoloro. Volviendo a agitar se repiten las reacciones.

Reacciones:

gas oxígeno + agitación ===> oxígeno disuelto en la solución
oxígeno + azul de metileno (incoloro) ===> color azul
glucosa + KOH ===> ion glucosido
ion glucosido + azul de metileno (color azul) ===> incoloro

Otra receta permite producir otros colores


Materiales:

tres matraces de 1 litro con tapones de goma
KOH sólido
glucosa sólida.

Lo siguiente debe prepararse de 10 a 15 minutos antes de utilizarse.

KOH: Preparar la disolución de KOH disolviendo 50 g en 2 litros de agua o 25 g en un litro de agua. Un litro de disolución de KOH es suficiente para tres recipients o tres intentos

Botella azul:
Disolver 3 g de glucosa en 300 mL de KOH. A continuación añadir de 5 a 10 gotas de indicador azul de metileno (lo bastante para obtener un precioso color azul oscuro). Permite que repose de 3 a 5 minutos hasta quue se convierta en incolora.

Botella roja:
Disuelve 10 g de glucosa en 300 mL de disolución de KOH. A continuación añadir de 5 a 10 gotas de indicador de  resazurina  hasta que la disolución azul aparece azul rojizo, que a su vez se convierte en roja fluorescente en menos de 2 minutos, e incoloro en otro minuto o así.

La botella azul (alternativa)

Materiales

300 ml de agua destilada, 8 gramos de KOH, 10 g de dextrosa, 6 a 8 gotas de azul de metileno

Procedimiento Se echan 300 ml de agua destilada en un matraz de 500 ml y se añaden 8 g de KOH. Agitar el matraz para disolver el KOH. Cuando el KOH se ha disuelto, añadir 10 g de dextrosa al recipiente y permitir que el azúcar se disuelva completamente. Añadir de 6 a 8 gotas de indicador azul de metileno, agitarlo. Dejar el recipiente reposar hasta que la disolución se convierta en incolora. Dar al recipiente una o dos sacudidas. El color azul reaparecerá y lentamente se desvanecerá.

ÁCIDOS, BASES...

Los ácidos se conocen desde hace mucho. Cualquier cosa que es agria es ácida. El primer ácido intencionalmente producido es el vinagre que está producido por la acción de las bacterias. Es el producto de desecho del metabolismo de las bacterias. Cuando las bacterias crecen en una bebida alcohólica en presencia del oxígeno se producen ácido acético, que es el componente ácido del vinagre. 

En la vida diaria tratamos con muchos compuestos a los que los químicos clasifican como ácidos. Por ejemplo el zumo de naranja y el de limón contienen ácido cítrico. Estos jugos y otros, también contienen ácido ascórbico, una sustancia conocida comúnmente como Vitamina C. Las ensaladas se aliñan a menudo con vinagre, que contiene ácido acético diluido. El ácido bórico es una sustancia con la que algunas veces nos lavamos los ojos.

Desde la antigüedad, el vinagre fue el único ácido del que se disponía fácilmente. Pero a medida que los metales fueron necesitándose fue necesario separarlos de los minerales que los contenían. Para este propósito se buscaron ácidos diferentes para separar los metales. Por ejemplo se obtuvo ácido sulfúrico en los laboratorios de los alquimistas calentando un mineral, el vitriolo verde, FeSO4(H2O)7.

Hoy en día, en laboratorio de química, se encuentran, junto al ácido sulfúrico, otros ácidos como el clorhídrico, y el nítrico. Se llaman ácidos minerales porque pueden prepararse a partir de minerales. Los ácidos minerales son generalmente más fuertes que los caseros (como el ácido acético o el cítrico) y deben manipularse con cuidado porque pueden quemar la piel y la ropa.

Los hombres primitivos también descubrieron que las cenizas de madera pueden utilizarse para limpiar. Las componentes de las cenizas de la madera son carbonato de potasio (potasa) y carbonato de sodio (sosa). Desde un punto de vista químico las dos componentes son muy similares. Tan similares que a pesar de que las cenizas se han utilizado durante milenios la diferencia entre los carbonatos de sodio y potasio sólo se diferenció en el siglo IX. La Potasa fue la primera base elaborada por el hombre.

El hidróxido de amonio, o agua de amoniaco, es muy irritante para la nariz y los ojos, es una base. Se utiliza a menudo en casa para limpiar porque las bases generalmente disuelven la grasa. La leche de magnesia (hidróxido de magnesio), que se utiliza como antiácido, es una base; la lejía (hidróxido de sodio), que se utiliza en la manufactura del jabón, es otro ejemplo familiar de base.

Las Bases tienen sabor amargo. También tienen tacto jabonoso. Si frotas una gota o dos de amoniaco casero entre los dedos, tienes una sensación jabonosa de una base. El jabón mojado es jabonoso por la presencia de una base

Escala de pH .


La fortaleza de un ácido o una base en disolución se mide en una escala llamada de pH. Se extiende de 0 a 14 con el punto medio (pH 7) neutro (ni ácido ni básico).

Cualquier número pH mayor que 7 se considera una base y cualquier número pH menor que 7 se considera un ácido. 0 corresponde al ácido más fuerte y 14 a la base más fuerte.

Indicadores

Un indicador es un tipo especial del compuesto que cambia de color cuando cambia el pH de una disolución, diciéndonos el pH de la disolución. Estos indicadores son ácidos orgánicos débiles o bases que tienen la propiedad de cambiar el color de una disolución cuando la concentración de iones hidrógeno alcanza un valor definido. Un indicador ácido puede representar por la ecuación  HIn =  H+ + In-

El anión, In-, representa un complejo grupo orgánico que ha cambiado su estructura debido a la pérdida de un ión hidrógeno. La pérdida de iones hidrógeno es acompañada por un cambio de color. Como una reacción de indicador es una reacción de equilibrio, la adición de iones hidrógenos forzaría la reacción de arriba hacia la izquierda y se traduciría en un color que indicaría una disolución ácida. La adición de iones hidróxido haría que la reacción fuera hacia la derecha y resultaría un color asociado a una disolución básica.

Experimento 3: CONVERTIR EL AGUA EN VINO

Materiales

Vasos de vino (2), garrafa de vino o semejante, solución de indicador fenolftaleina, ácido sulfúrico diluido, disolución diluida de hidróxido de sodio

Procedimiento

  • Llenar la garrafa con disolución de hidróxido de sodio. Esta es el agua.
  • Añadir unas gotas de fenolftaleina a uno de los vasos de vino.
  • Añadir algo del contenido de la garrafa al vaso de vino. Revolver la disolución para desarrollar un color violeta. Este es el vino tinto.
  • Echar ácido sulfúrico diluido a un segundo vaso de vino.

Echar la disolución del primer vaso de vino en el segundo. El color desaparece. El vino rojo se ha transformado en agua.

Experimento 4: LIMPIALO CON EL ALIENTO

Materiales

De 1 a 5 ml de hidróxido sódico 0,25M, timolftaleina al 0,1% agitadores de vidrio, un cuentagotas, 2 trapos blancos.

 

Procedimiento

  • Colocar en un recipiente 50 ml de timolftaleina al 0,1 %.
  • Preparar una disolución 0,25 M de hidróxido sódico disolviendo 1g de hidróxido de sodio en 100 ml de agua.
  • Añadir gota a gota la disolución de hidróxido de sodio 0,25M a la disolución con indicador hasta que adquiera el color azúl. Esta es la tinta. El tiempo que tarda en desaparecer el color depende de la cantidad de hidróxido de sodio que hay en la tinta. Si se desvanece rápidamente añadir unas gotas de disolución de hidróxido sódico a la tinta y si dura demasiado añadir una disolución ácida diluida (vinagre, por ejemplo).(Esta tinta se puede llevar ya preparada)
  • Con el cuentagotas echa una pequeña cantidad de tinta sobre el trapo. Sopla sobre la porción coloreada y la mancha desaparecerá.

 

Explicación

 

La timolftaleina es un indicador ácido-base soluble en alcohol. Es incoloro cuando el pH es menor que 9,4 y azúl si el pH es mayor que 10,6. Al añadirle la disolución de hidróxido sódico el pH de la timolftaleina aumenta y se produce color azul. Cuando la disolución se expone al aire el dióxido de carbono reacciona con el hidróxido de sodio.

 

2NaOH (aq) + CO2(g) à Na2CO3(aq) + H2O (l)

 

Al reaccionar con el dióxido de carbono baja el pH y el indicador pasa de la forma coloreada a la que no lo es. El dióxido de carbono se emite al respirar.

 

LA VELOCIDAD DE LAS REACCIONES

Algunas reacciones parecen instantáneas, por ejemplo, cuando se combinan dos sales solubles en las reacciones de precipitación, el sólido aparece inmediatamente. Otras reacciones tienen lugar en pocos segundos, por ejemplo cuando se quemaba una pequeña longitud de cinta de magnesio y algunas reacciones transcurren durante mucho tiempo como la oxidación del hierro.

Para alterar la velocidad de reacción puede cambiarse o el número o la energía de las colisiones y esto se puede conseguir:

a) Cambiando la concentración

b) Cambiando la temperatura

c) Cambiando la presión (sólo si la reacción tiene lugar entre gases)

d) El tamaño de las partículas

En una reacción que tenga lugar entre un sólido y un líquido o un sólido y un gas,  la reacción tiene lugar en la superficie del sólido. Las partículas del líquido o el gas colisionan constantemente con la superficie del sólido.

REACCIONES DE PRECIPITACIÓN

Experimento 5 . Lluvia de oro

En esta reacción llamada "lluvia de oro" se forma un precipitado mezclando disoluciones que contienen plomo (II) e iones yoduro.

Pb(NO3)2 + 2 KI ---> PbI2 + 2KNO3

Procedimiento

  • Se preparan por anticipadas dos reacciones al 0,3% de yoduro potásico y nitrato de plomo. Las soluciones deben hacerse con agua destilada. Estas disoluciones son incoloras.
  • Se mezclan volúmenes aproximadamente iguales de KI y Pb(NO3)2 y se forma un precipitado amarillo.

Los aniones presentes en el agua (por ejemplo sulfato, carbonato, cloruro) formaran sales insolubles de plomo y la disolución se enturbia.

CATALIZADORES

Las velocidades de algunas reacciones pueden alterarse añadiendo otras sustancias químicas a las sustancias que reaccionan. Estas sustancias pueden alterar la velocidad pero no se consumen en ella y luego aparecen inalteradas.

Experimento 6. UN GENIO EN UNA BOTELLA

Cuando se quita un tapón de una botella opaca, emana una vigorosa nube de vapor blanco de la botella Esta acción se produce por la descomposición catalítica del 30% de peróxido de hidrógeno por el dióxido de manganeso.

Procedimiento

Cubre un matraz de 2 litros para convertirlo en opaco. Coloca 100 ml de H2O2 al 30% en el matraz. Coloca una cucharada de mesa en un pañuelo sw papel o servilleta . Ata el papel en forma de bolsa con un hilo negro. Cuidadosamente suspende la bolsa del cuello del recipiente y sujétalo con el corcho.

Cuando el corcho se quita, la bolsa de MnO2 caerá en el agua oxigenada H2O2 haciendo que se descomponga casi instantáneamente. Un surtidor de vapor (el genio) saldrá del  cuello de la botella rápidamente.

El ozono generado en esta reacción ofrece algún riesgo de explosión.

Los enzimas son catalizadores que tienen que ver con las células vivas. En el interior de las células ocurren muchas reacciones químicas que sin los enzimas ocurrirían tan lentamente que las células morirían...

Experimento 7. RELOJ DE YODO

En esta reacción se pone en evidencia la importancia de la concentración en la velocidad de una reacción. Los contenidos de una serie de recipientes se mezclan y cada mezcla cambiará de incolora a azul en diferentes tiempos. Se ponen segmentos de la obertura de Guillermo Tell de Rossini se ejecutan cuando se mezclan sustancias químicas y las mezclas cambian de color. El propósito es hacer que el recipiente final cambia de color al final de la música.

Materiales

1,4 g - 2,0 g de yodato potásico (KIO3), 1,4 - 2,0 g de bisulfito de sodio NaHSO3, 10 ml de almidón líquido

Procedimiento

Preparar dos disoluciones A y B en dos erlenmeyer de 500 ml, de acuerdo con las siguientes instrucciones:

  • Disolución A: disolver 2,0 g de yodato potásico en 250 ml de agua
  • Disolución B: disolver 10 ml de almidón líquido y 2,0 g de bisulfito de sodio en 250 ml de agua

(la disolución de bisulfito debe prepararse dentro de las 24 horas antes de su uso)

Diluir las disoluciones A y B de acuerdo con la tabla que se coloca a continuación para preparar cinco matraces erlenmeyer de 125 ml (etiquetados 1A - 5A) conteniendo KIO3 y cinco erlenmeyer (1B - 5B) conteniendo NaHSO3/almidón.

Disolución A

Matraz

Disolución A (ml)

50

40

30

25

20

H2O (ml)

0

10

20

25

30

 

Disolución B

Matraz

1B

2B

3B

4B

5B

Disolución A (ml)

50

40

30

25

20

H2O (ml)

0

10

20

25

30

 

Simultáneamente verter la disolución en los matraces etiquetados con A en los etiquetados con B, 1A con 1B, 2A con 2B, y así sucesivamente.

Experimento 8. REACCIONES OSCILANTES

 

Tres disoluciones incoloras se mezclan. El color de la mezcla resultante oscilará desde el ámbar al azul durante aproximadamente 5 minutos. La reacción acaba como una mezcla azul – negro con olor de yodo.

Materiales

Se preparan tres disoluciones como sigue:

SOLUCIÓN A

Vierte 400 ml de agua destilada en un matraz de 2 litros. Con guantes vierte 410 ml de peróxido de hidrógeno al 30% en agua. Diluir la disolución hasta un litro con agua destilada.

SOLUCIÓN B

Colocar 43 gramos de yodato de potasio y aproximadamente 800 l de agua destilada en un segundo matraz de dos litros. Añadir 4,3 ml de ácido sulfúrico concentrado a esta mezcla. Calienta y remueve la mezcla hasta que el yodato de potasio se disuelva. Diluir la disolución hasta un litro, con agua destilada.

SOLUCIÓN C

Disuelve 16 g de ácido malónico y 3.4 gramos de sulfato de manganeso hidratado en aproximadamente 500 ml de agua destilada en el tercer matraz de 2 litros. En el matraz de 100 ml calentar 50 ml de agua destilada hasta la ebullición. En un matraz separado mezclar 3g de almidón soluble con aproximadamente 10 ml de agua y remover la mezcla hasta formar una pasta. Echar el almidón en el agua hirviendo y continuar calentando y removiendo la mezcla hasta que el almidón se halla disuelto (1 a 2 minutos). Vierte esta disolución de almidón en la disolución de ácido malónico y sulfato de manganeso y diluir la mezcla con agua destilada hasta un litro.

Procedimiento

Colocar un matraz de 1,5 litros sobre un agitador magnético y colocar la barrita agitadora en el matraz. Verter 500 ml de disolución A y 500 ml de disolución B en el matraz y ajustar la velocidad de agitación hasta producir un gran vortex en la mezcla. A continuación verter 500 ml de disolución C en el matraz. La disolución que inicialmente era incolora se convertirá en ámbar casi inmediatamente. A continuación se transformará rápidamente en azul oscuro. El azul oscuro se desvanecerá a incoloro y el ciclo se repetirá varias veces en un período que inicialmente durará 15 segundos pero que luego se irá alargando. Después de unos minutos la disolución se quedará de color azul oscuro.