Denís Paredes Roibás / José M.ª Gavira Vallejo
Muchos metales son buenos catalizadores. Al catalizar una reacción exotérmica el calor se transfiere al metal y puede producir atractivos efectos, como en el caso de este experimento.
El experimento
El experimento requiere óxido de cromo(III), Cr2O3, pero sale mejor si en vez de emplearse un óxido de cromo comercial se utiliza el producido obtenido mediante la descomposición térmica de dicromato de amonio, (NH4)2Cr2O7. Simplemente habría que aplicar el fuego de una cerilla a una pequeña cantidad de este último producto químico amontonada. Esto generará un “volcán” cuyas cenizas de Cr2O3 tendrán una actividad catalítica muy apropiada para este experimento.
Todo consiste en calentar al rojo vivo ese óxido de cromo(III) finamente pulverizado (puede hacerse en una cuchara de combustión) y echarlo poco a poco en el interior de un recipiente que contenga amoniaco gaseoso. Este recipiente puede ser de cualquier tamaño.
La forma más sencilla de tener amoniaco gaseoso en un recipiente es verter dentro de él unos pocos mililitros de amoníaco concentrado, cerrar el reciente y agitarlo. De este modo el amoniaco gaseoso se desprenderá del líquido. Otro modo es usar un vaso de precipitados grande y bien seco y cubrirlo con una tapa con una pequeña abertura para que el gas amoniaco que se va desprendiendo de la disolución concentrada desplace al aire contenido inicialmente en el vaso.
Dejar que este proceso suceda durante unos minutos para que se acumule el gas amoniaco en una concentración adecuada. Finalmente, extraer el líquido sobrante con una pipeta. Todo esto debería hacerse en campana extractora porque los vapores amoniacales son tóxicos e irritantes, pero la campana no debería aspirar con mucha fuerza para evitar perder todo el amoniaco que se va produciendo.
Como el catalizador está en forma de polvo muy fino ofrecerá una gran área superficial de catálisis. Al calentarlo y dejarlo caer poco a poco en el interior del recipiente lleno de gas amoniaco se producirá una espectacular lluvia incandescente que recordará el vuelo de decenas de luciérnagas. Las partículas del catalizador quedarán suspendidas brillando en rojo y amarillo, y algunas permanecerán calientes durante un minuto. Se irá formando una nube blanca y condensación en las paredes del recipiente durante la oxidación del amoníaco debido a los diversos productos de la reacción.
Explicación
La oxidación del amoniaco catalizada por óxido de cromo(III) produce principalmente agua y monóxido de nitrógeno. El mecanismo es bastante complicado, pero se puede resumir como sigue.
La mayor parte del amoníaco se oxida a nitrógeno.
4 NH3 + 2 O2 → 2 N2 + 6 H2O
En principio, parte del amoníaco puede oxidarse aún más, formando óxido de nitrógeno(II) y, en última instancia, nitrato de amonio:
4 NH3 + 5 O2 → 4 NO + 6 H2O
4 NO + 4 NH3 + 3 O2 + 2 H2O → 4 NH4NO3
No obstante, en las condiciones del experimento se produce muy poco NH4NO3. Quizá sea porque se dé una reacción alternativa entre el NH3 y el NO también catalizada por el óxido de cromo(III):
4 NO + 2 NH3 → 2 N2 + N2O + 3 H2O
El proceso global genera mucho calor y un efecto muy llamativo que recuerda a las luciérnagas volando. Se trata de partículas de óxido de cromo incandescentes. La nube blanca que se irá creando es de vapor de agua.
La oxidación de amoníaco es un proceso industrial importante para obtener ácido nítrico y sucede a través de un mecanismo similar, pero utilizando un catalizador de rodio-platino.
Seguridad
El experimento debe realizarse en campana extractora porque se desprenderá amoniaco y otros gases. Se deben usar guantes y gafas protectoras. Hay que tener cuidado con el polvo incandescente de óxido de cromo que pueda salir del recipiente.
El óxido de cromo(III) es irritante para la piel y los ojos y especialmente para el tracto respiratorio si se inhalan.
Referencias
- A. Guy. Chromium(III) oxide-catalysed oxidation of ammonia. Education in Chemistry, 2009. https://eic.rsc.org/exhibition-chemistry/chromiumiii-oxide-catalysed-oxidation-of-ammonia/2020042.article.
- V. A. Volkovich y T. R. Griffiths. Catalytic Oxidation of Ammonia: A Sparkling Experiment. J. Chem. Educ. 77(2) 2000.
Este experimento pertenece al libro:
Denís Paredes Roibás, José M.ª Gavira Vallejo: 125 experimentos de química insólita para la Enseñanza de Física y Química. Triplenlace.com, 2025. https://triplenlace.com/aula-libros/125eqi/ .
