Denís Paredes Roibás / José M.ª Gavira Vallejo
El azúcar refinada de mesa la vemos blanquísima, pero no hay que olvidar que se trata de sacarosa, sustancia formada por moléculas que contienen mucho carbono (C12H22O11). Por lo tanto, si de algún modo quitamos al azúcar los átomos de H y O que tiene, debería quedarnos solo carbón y la veríamos negra.
El experimento
Basta verter ácido sulfúrico concentrado sobre azúcar de mesa (sacarosa) seca o ligeramente humedecida contenida, idealmente, en un recipiente cilíndrico de boca no muy ancha (por ejemplo, un vaso de precipitados de boca estrecha o una probeta). Se agita la mezcla durante 10 o 20 segundos y se deja que el resto suceda solo.
La mezcla comenzará a ponerse amarillenta debido a los primeros compuestos semicarbonizados que se irán formando, tornándose cada vez más oscura hasta ser prácticamente negra. Después comenzará a elevarse una columna sólida humeante. Básicamente, esta columna es una mezcla de compuestos orgánicos carbonáceos.
Explicación
El azúcar es transparente
En primer lugar conviene matizar el título de este experimento. La sacarosa o azúcar de mesa (C12H22O11) no es blanca, sino transparente. Así la veríamos si la cristalizáramos. Prueba de ello es que los vidrios que los héroes de las películas rompen al arrojarse contra una ventana suelen estar hechos de azúcar.
En general, un cuerpo es transparente e incoloro cuando sus moléculas no absorben ninguna radiación visible, sino que la transmiten (si un cuerpo absorbiera algún color del espectro visible, tendría el color complementario, ya que este color sería el que reflejaría o transmitiría el cuerpo).
Si vemos blanca el azúcar de mesa es por la misma razón que vemos blanco el vidrio de una botella transparente e incolora cuando lo pulverizamos, o cuando pulverizamos hielo. Es porque se crean microfragmentos irregulares y de variadas formas que no solo no absorben radiación, sino que la dispersan en todas direcciones.
Supongamos una lámina en la que hay pintado un dibujo de colores. Sobre él colocamos un vidrio transparente. Los rayos de la luz ambiente atravesarán el vidrio, alcanzarán el dibujo, se reflejarán y llegarán a nuestro ojo. Veremos el dibujo tal como es, con sus formas y colores.
Ahora retiramos el vidrio y cubrimos el dibujo con granos de azúcar (o azúcar en polvo). Los rayos de luz llegarán a la superficie de los granos y saldrán reflejados en todas direcciones, dependiendo de la orientación de cada grano. Algunos rayos penetrarán en el interior de los granos más superficiales, pero experimentarán fenómenos varios de dispersión dentro de los granos y eventualmente podrán salir de ellos, pero de forma también difusa. Por lo tanto, no podremos ver el dibujo, sino solo la luz banca que incidió sobre el azúcar, ya que el azúcar, por las propiedades electrónicas de sus moléculas, no absorbe ninguna radiación visible. Por supuesto, si la luz blanca ambiente la cambiamos por luz roja, el azúcar la veremos roja. Pero si en vez de granos de azúcar tuviésemos una lámina de azúcar perfectamente cristalizada, lo que veríamos sería el dibujo que está bajo ella.
El poder deshidratante del ácido sulfúrico
Es sabido que el sulfúrico es muy corrosivo y que puede hacer mucho daño si entra en contacto con la piel. Esto se debe a que, además de ser un ácido muy fuerte (en el sentido de que se disocia generando una alta concentración de protones, que son una especie muy reactiva), es muy oxidante y muy deshidratante. Una prueba de ello es que si se añade sulfúrico sobre sulfato de cobre pentahidratado, que es de color azul debido a la interacción electrónica del agua con el cobre, esta sal se volverá incolora porque se convertirá en sulfato de cobre deshidratado.
El experimento que nos ocupa demuestra de forma espectacular el poder deshidratante del ácido sulfúrico.
Como se puede apreciar en la figura, la sacarosa posee muchos grupos OH y H (por simplicidad, estos últimos se han omitido en el dibujo). Eso supone que “en potencia” la sacarosa posee mucha agua (H–OH). Concretamente, como la fórmula de la sacarosa es C12H22O11, se podrían extraer de cada molécula de sacarosa hasta 11 moléculas de H2O.
Pues bien, el ácido sulfúrico es capaz de “extraer” ese agua de la molécula de sacarosa, con lo que al final quedaría solo un “esqueleto” de átomos de carbono. La reacción podría simplificarse de este modo:
C12H22O11 ⟶ 12 C + 11 H2O
Como se ve, en la ecuación no aparece el ácido sulfúrico ni entre los productos ni entre los reactivos, lo que supondría considerar a esta sustancia como mero catalizador.
El mecanismo de eliminación de agua por ácido sulfúrico en una molécula con dos OH vecinos se puede esquematizar así.
El ácido sulfúrico (concentrado) protona a un grupo alcohol (OH) formándose R-OH2+ y HSO4–. Esta última especie se combina con un H del carbono adyacente y queda generado un alqueno y una molécula de agua (a partir del R-OH2+) y reconstituido el H2SO4.
En el caso de la sacarosa, tras la extracción de una molécula de H2O seguirán existiendo átomos de C que portan grupos OH y disponen de grupos H vecinos. Por eso, teóricamente la reacción podría progresar hasta la eliminación de todas las moléculas de agua.
Se sabe que, además, se producen otras reacciones paralelas como la de reducción del azufre(VI) del H2SO4 a azufre(IV), lo que supone la aparición de gas SO2, que se puede detectar por su olor irritante (razón por la que el experimento debe realizarse en campana extractora de gases o, en todo caso, al aire libre y a sotavento). La reacción de oxidación que acompaña a esta reducción conduce a la formación de CO2. Por eso, hay autores que prefieren expresar la reacción de “deshidratación” del azúcar por ácido sulfúrico de este modo (que también es simplificado):
C12H22O11 + 2 H2SO4 ⟶ 11 C + 2 SO2 + CO2 + 13 H2O
El H2SO4 participará también en su conocida reacción de disociación como ácido:
H2SO4 + H2O ⟶ H3O+ + HSO4–
Los iones H3O+ se hidratarán y el proceso producirá tanto calor que, unido al liberado por las otras reacciones exotérmicas que ocurran, hará que el agua se vaporice, lo que se traducirá en que el carbón obtenido de la deshidratación humeará (esto también se deberá a vapores de SO2).
Incidentalmente, y aunque en este experimento no hay que diluir sulfúrico, conviene recordar que cuando se quiere diluir este ácido con agua se debe añadir el ácido al agua y no al revés. La razón es que el ácido sulfúrico concentrado tiene una densidad bastante alta, por lo que, si se va agregando agua sobre el ácido, aquella tenderá a flotar, de modo que la primera agua añadida hervirá y saldrá proyectada hacia afuera arrastrando ácido caliente. Sin embargo, si se va añadiendo el ácido sobre el agua, este se irá hundiendo y en su recorrido hacia el fondo irá calentando el agua, pero el calor tenderá a quedar distribuido por todo el líquido.
El producto del experimento
Se formará será una columna sólida pero frágil consistente en la mezcla de compuestos orgánicos ricos en carbón, sin excluir la posibilidad de que se forme también carbón completamente deshidratado. Los vapores producidos esponjarán la estructura carbonácea, dándole un volumen sorprendente. Cuando la columna se enfríe se podrá observar que es muy porosa y frágil. Lógicamente, crecerá hacia arriba por el empuje de los gases, y adoptará la forma del recipiente en el que se haga el experimento. Se puede emplear una varilla de vidrio para evitar que se arquee. Otro efecto que probablemente se advierta será olor a azúcar tostada, aunque quizá mezclado con el característico olor del SO2.
Seguridad
El experimento debería hacerse en campana de gases porque no solo se desprenderá SO2, sino también vapores de H2SO4 y de agua calientes. Si no se dispone de campana, tendría que realizarse en un lugar abierto y en el que no exista riesgo de que alguien pueda respirar los gases. Deben usarse guantes y gafas protectoras.
Antes de deshacerse de los residuos conviene echarlos en un recipiente que contenga algo de disolución de bicarbonato para neutralizar al ácido. La producción de burbujas de CO2 al reaccionar el H2SO4 que eventualmente quede dentro de la estructura carbonácea con el bicarbonato puede ser otro de los atractivos del experimento. El cese del burbujeo indicará que el sulfúrico ha sido neutralizado.
Referencias
- B. Z. Shakhashiri. Chemical demonstrations. A handbook for teachers of Chemistry. Universidad de Wisconsin, 1983; vol. 1, pp 77-78.
- T. P. Silverstein y Y. Zhang. Sugar Dehydration without Sulfuric Acid: No More Choking Fumes in the Classroom! J. Chem. Educ. 1998, 75, 748. DOI: 10.1021/ed075p748.
C. Baker. The dehydration of sucrose. Education in Chemistry, 2007. https://eic.rsc.org/section/exhibition-chemistry/the-dehydration-of-sucrose/2020073.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/ .
