Denís Paredes Roibás / José M.ª Gavira Vallejo
Las humaredas naturales se producen normalmente por incendios. El humo es una suspensión de partículas sólidas o líquidas en el aire con una buena proporción también de vapor de agua (que puede contener gotas minúsculas de agua líquida) más otros gases producidos en la combustión. Nuestros ojos ven el humo porque estas partículas producen fenómenos de dispersión de la luz.
En un sentido más amplio podemos considerar otros “humos” que no se forman por combustiones o pirólisis, como el vapor de los géiseres, la niebla, el humo de las fumigaciones (suspensión de pequeñas gotas de líquido en el aire) o los vapores producidos por fenómenos físicos como la sublimación de hielo o, más patentemente, la del hielo seco (CO2 sólido) o por reacciones químicas que no son propiamente combustiones, ya sea con fines estéticos, de comunicación, militares (como las cortinas de humo), etc.
Este experimento consiste en generar una gran humareda consistente en un aerosol de pequeñas gotas de agua en vapor de agua y oxígeno producido al tratar peróxido de hidrógeno concentrado con yoduro de sodio u óxido de manganeso(IV). El experimento sirve para ejemplificar conceptos como las reacciones de descomposición, las reacciones exotérmicas, la catálisis o la dependencia de la velocidad de la una reacción con la energía de activación y la temperatura, dada por la ecuación de Arrhenius.
El experimento
Se envuelve yoduro de sodio o dióxido de manganeso (aprox. 0,5 g) en un trozo de papel de filtro o papel de seda, como si fuera una bolsita de té. Puede graparse el papel para que no se derrame el contenido. Se vierten cuidadosamente 50 mL de disolución de peróxido de hidrógeno al 30 % (también denominado como de 110 vol.) en un recipiente y en él se deja caer el paquete de reactivo sólido. Muy pronto se verá aparecer una gran cantidad de vapor, aunque el efecto no será muy duradero. Hay que tener cuidado porque la temperatura del líquido subirá muchísimo.
El experimento se puede hacer de tal modo que se simule la salida del genio de la lámpara maravillosa. El efecto se apreciará mejor sobre fondo oscuro y con iluminación estudiada.
Explicación
La reacción que tiene lugar es simplemente la de descomposición del peróxido de hidrógeno en agua y oxígeno:
2 H2O2 → 2 H2O + O2 (+ calor)
Esta reacción es muy lenta si no se emplea un catalizador. Su energía de activación, Ea, es de unos 75 kJ mol–1. La función del yoduro de sodio o el óxido de manganeso es precisamente bajar esta energía hasta unos 58 kJ mol–1. Podría pensarse que esa disminución de energía no es muy significativa de cara al aumento de la velocidad, pero en realidad sí lo es porque debe tenerse en cuenta que la dependencia entre la constante de velocidad y la energía de activación es exponencial, según predice la ecuación de Arrhenius:
Si se hacen cálculos se puede llegar a la conclusión de que el mencionado cambio de Ea podría suponer una multiplicación de la velocidad por un factor del orden de 103.
Por otra parte, aunque una las características de los catalizadores es que no se consumen en las reacciones en las que participan, y de hecho el yoduro no se consumirá en la de descomposición del H2O2, en este caso el yoduro experimentará reacciones secundarias que darán lugar a yodo (I2), lo que quedará patente por la formación de un líquido rojizo al final de la reacción. El color se debe a la formación de ion triyoduro (I3–), especie que se genera en disoluciones acuosas cuando se hallan juntos iones yoduro (I–) y moléculas de yodo (I2).
Precauciones
El matraz no se debe tapar, ya que la acumulación de gas podría romperlo. El agua oxigenada al 30 % es un fuerte agente oxidante que debe manipularse con cuidado (téngase en cuenta que el agua oxigenada sanitaria es de solo el 3 %).
La reacción es muy exotérmica, por lo que el medio de reacción puede alcanzar temperaturas muy altas. Además, pueden proyectarse gotas de agua oxigenada concentrada y caliente. Por eso, toda persona debería estar a suficiente distancia cuando se inicie la reacción. Usar protección para los ojos y guantes.
Referencia
- D. Fleming. The genie in the bottle. Education in Chemistry, 2018. https://eic.rsc.org/exhibition-chemistry/the-genie-in-the-bottle/3009156.article.
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/ .
