Reacciones químicas en vórtices

Pedro Herrador Delso »

Cuando se realizan determinadas reacciones químicas en fase líquida, si ponemos una barra de agitación magnética podremos observar que la masa líquida se mueve de forma parecida a un tornado. Este método posee la propiedad de que se puede ralentizar o congelar muchas reacciones o procesos que producen efectos visibles pero que son muy rápidos. Se puede aplicar a reacciones ácido-base, de precipitación, de complejación, fluorescentes,  quimioluminiscentes…  Permite observar que que los reactivos se combinan paulatinamente desde la parte alta del vórtice a la parte baja. El método es especialmente adecuado si se trata de reacciones en las que hay indicadores ácido-base. Es recomendable realizar estos experimentos en un tubo largo (por ejemplo una probeta de 1 L) y es fundamental la agitación magnética (con una barra de agitación de unos 3 cm con centro en el fondo). Se debe empezar a baja velocidad para ir incrementándose paulatinamente. El líquido formará un tornado que se podrá observar mejor si se coloca detrás una pantalla blanca.

Materiales
  • Probeta de 1 L
  • Agitador magnético
  • Barra de agitación magnética
  • Lámpara ultravioleta
  • Indicadores ácido-base (rojo de metilo, fenolftaleína, azul de bromotimol, rojo de fenol, indicador universal)
  • Fluoresceína
  • Dimetilglioxima
  • HCl 1 M
  • NaOH 1,0 M
  • H2O2 del 30%
  • Colorantes alimentarios
  • Disolución de cobre/luminol: Se prepara disolviendo 4,0 de carbonato de sodio en 500 ml de agua destilada, se agregan 0,2 g de luminol y se agita para disolver; después de agregan bicarbonato de sodio (24,0 g), 0,5 g de carbonato de amonio y 0,4 g de sulfato de cobre (II). Se agita hasta que todo el sólido se disuelve, finalmente se diluye hasta 1 L con agua yoduro de potasio y cloruro de mercurio (II).

Ácido-base

Para realizar una reacción ácido-base en tornado 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 dispersa y forma un vórtice a lo largo de toda la longitud de la probeta. Se añaden unas gotas de HCl aproximadamente 1 M para que la disolución se torne de color amarillo brillante. Luego se agrega NaOH aproximadamente 1 M gota a gota en el vórtice. La disolución se volverá roja poco a poco. Entonces se puede añadir más HCl. El ciclo puede repetirse muchas veces. El color se desvanecerá siempre que el reactivo añadido sea el limitante de la reacción y se mantendrá cuando esté en exceso. Si el reactivo se añade lentamente cuando 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 la concentración ácido-base sean iguales se verán colores intermedios que rápidamente cambiarán a medida que se produzca la difusión de los reactivos.

La adición de los reactivos al vórtice produce una concentración local relativamente alta en la parte superior del mismo pero poco a poco va disminuyendo por difusión. La ventaja es que la reacción que está ocurriendo es visiblemente de forma inicial en la parte alta pero no en el resto de la disolución, lo que permite apreciar mejor el cambio. También se pueden usar indicadores como rojo de metilo, fenolftaleína, azul de bromotimol, indicador universal…

Luminiscencia

Se prepara una disolución de cobre/luminol a partir de luminol, sulfato de cobre, carbonato de sodio y carbonato de amonio y se revuelve hasta que se forma el vórtice. Se oscurece la habitación y se agrega H2O2 al 30% gota a gota en el vórtice.

Lo mismo se puede hacer añadiendo gota a gota fluoresceína a agua agitada, en la oscuridad, usando una lámpara ultravioleta para iluminar la probeta.

Colorantes

Se agrega una gota de colorante alimentario líquido de color azul al vórtice de agua, seguido inmediatamente por una gota de colorante amarillo. Se puede repetir con otros colores. Se comprobará que los colores secundarios se forman cuando se mezclan los fundamentales.

Precipitación

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

Complejación

Se crea un vórtice en una disolución de yoduro de potasio. Después se va agregando cloruro de mercurio (II) en el centro de este vórtice. Se formará un precipitado de yoduro de mercurio (II) rómbico de color amarillo que experimentará 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 tetrayoduromercuriato de potasio que es incoloro y soluble. Las reacciones son:

HgCl+ KI →  HgI2 + KCl


  • HgI+  2KI  →  K2[HgI4]

Referencias:

https://quimins.wordpress.com/2018/10/26/tornados-qumicos/

Curso de Formación del Profesorado Química Insólita