Muchas reacciones químicas resultan más pedagógicas si se realizan dentro de vórtices de agitación

Si al realizar ciertas reacciones químicas en fase líquida añadimos una barra de agitación magnética, podremos ver que la masa líquida forma un vórtice, es decir, se parece a un tornado. Las reacciones propuestas se pueden llevar a cabo en una probeta de 1 L con una barra de agitación de unos 3 cm en el fondo y colocada sobre un agitador magnético.

El método tiene la ventaja de poder “ralentizar” o “congelar” en cierto modo muchas reacciones o procesos que producen efectos visibles y son relativamente rápidos, ya que podrá verse que han sucedido en la parte alta del vórtice mientras aún nos e ha producido la reacción en la parte baja.


Precauciones

  • Desechar los productos usados adecuadamente. Tener especial cuidado con las sales de mercurio.

Materiales y procedimiento

Se proponen distintas reacciones para comprobar las ventaja de realizarlas en vórtices, pero se puede probar con otras. Para estas se necesita:

  • Probeta de 1 litro, aunque también vale otro recipiente alto y no muy ancho
  • Agitador magnético
  • Barra de agitación magnética de 3 cm
  • Lámpara UV
  • Indicadores ácido base (rojo de metilo, fenolftaleína, azul de bromotimol, rojo de fenol, indicador universal…)
  • Fluoresceína
  • Dimetilglioxima
  • HCl 1 M
  • NaOH 1,0M
  • H2O2 del 30%
  • Colorantes alimentarios
  • Disolución de cobre / luminol (se prepara disolviendo 4.0 g de carbonato de sodio en 500 ml de agua destilada, agregando 0.2 g de luminol y agitando para disolver; después se agregan bicarbonato de sodio (24.0 g), 0.5 g de carbonato de amonio y 0.4 g de sulfato de cobre (II) con agitación hasta que todo el sólido se disuelve; finalmente se diluye hasta 1 L con agua.
  • Yoduro de potasio
  • Cloruro de mercurio (II)

Para obtener un buen “tornado”, el agitador debe estar en el centro de la probeta y la velocidad de agitación debe incrementarse lentamente. Si se coloca detrás una hoja de cartón blanco, se verá mejor.

Reacciones ácido-base

Se llena de agua la bureta y se pone en funcionamiento el agitador. Se agregan unas gotas del indicador rojo de fenol  y se mantiene la agitación hasta que el color se disperse y se forme un vórtice a lo largo de toda la longitud de la probeta. Ahora se añaden unas gotas de HCl aprox. 1 M para que la solución se torne de color amarillo brillante. Luego se agrega NaOH 1 M gota a gota en el vórtice. La disolución se volverá roja. Después se puede añadir más HCl. El ciclo puede repetirse muchas veces. También se pueden usar otros indicadores, como rojo de metilo, fenolftaleína, azul de bromotimol, indicador universal, etc. El mejor efecto se observa  cuando el vórtice es más oscuro que la disolución circundante.

El color se desvanecerá siempre que el reactivo añadido al vórtice sea el limitante de la reacción, y se mantendrá cuando esté en exceso. Si el reactivo se añade lentamente cuando se está cerca del punto final de la valoración ácido base, esto se podrá observar por la aparición de un color intermedio. En general, en los puntos de la disolución en los que las concentraciones de ácido y base sean iguales se verán colores intermedios que rápidamente cambiará a medida que se produzca la difusión de los reactivos. La adición de reactivos al vórtice produce una concentración local relativamente alta en la parte superior del mismo, pero poco a poco va disminuyendo por difusión

Fluorescencia

Se pone agua en la probeta y se agita hasta que se forme el vórtice. Entonces se enciende una lámpara ultravioleta al lado de la probeta y se apagan las demás luces de la habitación. A continuación se agrega fluoresceína gota a gota al vórtice. Se observará un fenómeno de difusión.

Quimioluminiscencia

Se prepara una disolución de cobre / luminol como se describe más arriba y se agita circularmente hasta que se forme el vórtice. Se oscurece la habitación y se agregue peróxido de hidrógeno al 30% gota a gota en el vórtice.

Colorantes de alimentos

Se agrega una gota de colorante alimentario líquido de color azul al vórtice de agua, seguido inmediatamente por una gota de colorante amarillo. Cambiando el agua, repetir con otros colores. El experimento ilustra cómo se combinan los colores para dar nuevos colores.

Precipitación

Se añaden unas pocas gotas de disolución de dimetilglioxima (DMG) al 1% en etanol a una solución diluida de níquel acuoso. Se observará la formación de un precipitado rojo de Ni(DMG)2 en la parte superior del vórtice. Si se detiene el agitador, el producto insoluble será claramente visible flotando en la parte superior de la probeta.

Complejación

Con el agitador magnético se crea un vórtice en una disolución de yoduro de potasio. Después se va agregando cloruro de mercurio (II) se agrega al centro de este vórtice. Esto forma un precipitado insoluble de yoduro de mercurio (II) rómbico, de color amarillo, que experimenta rápidamente una transformación en yoduro de mercurio (II) tetragonal, de color naranja. Pero a medida que el yoduro de mercurio se separa del vórtice, se encuentra con una mayor concentración de yoduro de potasio y forma tetrayodomercuriato de potasio, que es incoloro y soluble.


Bibliografía

Imagen de caberera: Sciende Photo Library.

 

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