La “fuente de amoniaco” ilustra una gran variedad de conceptos químicos

El amoniaco tiene una solubilidad en agua altísima (unos 700 litros a 20 oC y p = 1 atm en 1 litro de agua). Este experimento sirve para demostrarlo, y además ilustra las leyes de los gases, una síntesis inorgánica, algunos fenómenos termodinámicos y, hecho convenientemente, una reacción ácido-base.


Precauciones

  • La síntesis del amoniaco debería realizarse en una campana extractora#ff0000; font-size: small;”>. El amoniaco es tóxico. Los demás productos que se usan son tóxicos o corrosivos.
  • Fijar bien el matraz de amoniaco al soporte. Además, asegurar el tapón porque se va a llenar de agua y, al estar invertido el matraz, el agua podrá empujar el tapón y derramarse.

Materiales y procedimiento

Se necesita:

  • Matraz de 1 o 2 L completamente seco
  • Dos tapones de goma, uno normal y otro perforado para que pase a través de él un tubo (y, opcionalmente, una jeringa)
  • Jeringa de plástico, de 10 cm3
  • Vaso grande que pueda contener más agua que el matraz
  • Soporte, abrazadera, etc… (para mantener el matraz en el aire, invertido)
  • Cloruro de amonio, 5 g
  • Hidróxido de calcio, 5 g
  • Fenolftaleína o indicador universal
  • Óxido de calcio
  • Tubo de ebullición tapado por un tubo de secado
  • Tapones, tubos…
  • Mechero Bunsen
  1. fuente amoniaco 2Lo primero es sintetizar el amoniaco. Para ello se necesita un dispositivo experimental semejante al que se ve en la imagen, siendo piezas muy importantes el tubo de ebullición y el tubo de secado conectado a él. (El tubo de ebullición puede ser un matraz de borosilicato de fondo redondo; debe estar muy seco).
  2. Se monta un dispositivo con tubos para recoger el amoniaco como se muestra en la figura (al amoniaco es menos denso que el aire y tenderá a subir).
  3. Se llena a medias un tubo de secado con óxido de calcio y se llena hasta la mitad el tubo de ebullición con una mezcla sólida de hidróxido de calcio y cloruro de amonio (comenzarán a reaccionar inmediatamente al mezclarse y desprenderán amoníaco).
  4. Calentar suavemente el contenido del tubo de ebullición durante unos minutos. Se desprenderá amoniaco y vapor de agua, pero este último quedará recogido por el el óxido de calcio en el tubo de secado. Se puede verificar si el matraz está lleno de amoníaco sosteniendo un papel indicador universal ligeramente humedecido cerca de la boca del matraz invertido; en caso de duda, continuar llenando el matraz un poco más.
  5. Tapar el matraz con el tapón de goma no perforado (bien seco).
  6. Insertar en el orificio del tapón de goma perforado un tubo de vidrio (debe encajar firmemente).
  7. fuente de amoniaco 3Pinchar el tapón con una jeringa (o bien insertarla en un segundo orificio practicado en el tapón). (También existe la opción de no usar jeringa, como se describe más adelante).
  8. Llenar el vaso grande con suficiente agua como para ocupar, eventualmente, todo el matraz que contiene al amoniaco, que es donde se producirá la fuente.
  9. Añadir fenolftaleína o indicador universal al agua anterior (también servirán otros indicadores ácido-base).
  10. Llenar la jeringa hasta la mitad con agua, secarla bien exteriormente e insertarla en el tapón agujereado o bien clavar la aguja en él.
  11. Retirar el tapón del matraz lleno de amoniaco y colocar rápidamente el tapón agujereado en el que se ha insertado el tubo que formará el chorro y la jeringa. Dicho tubo debe estar introducido en el vaso grande que contiene agua.
  12. Todo lo que hay que hacer para iniciar la fuente es añadir el agua de la jeringa al matraz del NH3. Otra opción, si no se emplea la jeringa, es enfriar el matraz de amoniaco con nitrógeno líquido (o quizá con esponjas mojadas en agua helada) para disminuir la presión en el interior e iniciar la succión de agua.

A medida que el gas se disuelve en el agua que va entrando en el matraz, se forma un vacío parcial dentro del matraz, con lo que disminuirá la presión interior. La presión exterior, que será más grande, empujará el agua del vaso grande hacia arriba, a través del tubo, saliendo un chorro dentro del matraz de amoniaco. El amoniaco se seguirá disolviendo.  La fuente continuará durante algunos minutos, dependiendo del tamaño del matraz y del ancho del chorro. Cuando se detenga quedará un volumen sin ocupar por el agua; este volumen corresponderá al aire que quedó cuando se trató de llenar el matraz con el amoniaco.


Variantes

  • Se puede añadir al vaso grande con suficiente agua para llenar el matraz 10 mL de ácido sulfúrico 1 M y 10 mL de disolución de fenolftaleína, indicador universal u otro indicador ácido-base adecuado por cada litro de agua. El agua del vaso grande tendrá el color del indicador en su forma ácida, pero el agua que sale del chorro tendrá el color del indicador en su forma básica. (También se puede probar añadiendo muy poco ácido, para ver posibles diferencias a las que se les pueda dar alguna explicación química).
  • Se puede añadir un compuesto fluorescente al agua para ver la fuente en la oscuridad con la iluminación de una lámpara UV.
  • fuente amoniacoOtra opción es poner abajo dos recipientes que contengan sendas disoluciones de tal manera que la mezcla de ellas produzca quimioluminiscencia. La disolución A se prepara disolviendo 4 g carbonato sódico en 500 mL de agua destilada, añadiendo 0.2 g de luminol y agitando hasta disolver. Después se añaden 24 g de bicarbonato sódico, 0.5 g de carbonato de amonio y 0.4 g de sulfato de cobre (II), agitando hasta disolver. La disolución B se prepararía diluyendo 50 mL de agua oxigenada al 3% en un litro de agua destilada. El aparato se monta como se muestra en la figura. La fuente será quimioluminiscente debido a la reacción entre las disoluciones A y B. Se verá mejor con las luces de la habitación apagadas.
  • En vez de amoniaco se puede usar cloruro de hidrógeno gaseoso.
  • Y asimismo se puede emplear vapor de agua; en este caso el chorro se provoca enfriando este vapor para licuarlo y reducir así la presión en el matraz. (Se puede enfriar con esponjas mojadas en agua helada o, más rápida y eficazmente, vertiendo sobre le matraz superior nitrógeno líquido).

Bibliografía

Imagen de cabecera: Adrian Guy en Education in Chemistry.

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