Denís Paredes Roibás / José M.ª Gavira Vallejo
Se dice que el dióxido de nitrógeno tiene mucha afinidad con el agua. Pero no es porque sea muy soluble en este disolvente, sino porque se combina fácilmente con el H2O. Se puede aprovechar esta propiedad para crear durante unos segundos una atractiva fuente con un llamativo efecto de color.
El experimento
El experimento se hace con limaduras de cobre y ácido nítrico concentrado. Debe realizarse en campana extractora de gases.
Los recipientes necesarios son un matraz redondo y un erlenmeyer, ambos de 1 L preferentemente para que los efectos se vean mejor. Ambos recipientes deben estar conectados por un tubo, como se muestra en la imagen. Un extremo de este tubo pasará por un orificio del tapón del matraz redondo, bajando dentro del matraz pocos centímetros. El otro extremo debe llegar al fondo del erlenmeyer, pero este no se tapará herméticamente, y sí con algún material como lana de vidrio que dificulte el escape del dióxido de nitrógeno que va a llegar al erlenmeyer desde el matraz redondo.
Se llenan unos dos tercios del erlenmeyer con agua, se introduce el tubo de conexión hasta el fondo y se tapa la boca con la lana de vidrio.
Se agregan unos 40 mL de ácido nítrico concentrado al matraz redondo y, a continuación, las limaduras de cobre. Inmediatamente después se tapa el matraz con su tapón perforado en el que ya se ha insertado el otro extremo del tubo de conexión.
La disolución de ácido se volverá de color verdoso rápidamente y sobre ella se acumulará un gas de color marrón-rojizo. Parte de este gas pasará por el tubo de conexión al erlenmeyer y burbujeará dentro del agua.
Después de aproximadamente un minuto y medio la reacción entre el ácido nítrico y el cobre disminuirá y los gases en el matraz de fondo redondo se enfriarán. Esto reducirá la presión en su interior, lo que provocará la aspiración de agua del erlenmeyer.
Al llegar el agua del erlenmeyer al matraz redondo reaccionará con el gas, bajando aún más la presión. Eso producirá un chorro continuo de agua. El color marrón-rojizo del gas irá desapareciendo poco a poco y el de la disolución del matraz de fondo redondo se irá tornando azul celeste.
Explicación
La razón de que el líquido del matraz se vuelva verde al mezclar el cobre y el ácido nítrico es la formación de nitrato de cobre gracias al carácter oxidante de este ácido. La reacción es:
Cu(s) + 4 HNO3(aq) ⟶ Cu(NO3)2(aq) + 2 NO2(g) + 2 H2O(l)
Al principio de la reacción el ácido nítrico está muy concentrado. En esas condiciones el ion Cu2+ se coordina con los iones de NO3– del ácido nítrico, formando el complejo Cu(NO3)2, de color verde. Pero a medida que el ácido se vaya diluyendo con el agua que se produce, las moléculas de agua irán desplazando a los iones NO3– de sus sitios de coordinación alrededor de los iones de Cu2+ para formar el complejo Cu(H2O)62+, que es de color azul.
Incidentalmente, hay que precisar que si se hubiera usado ácido nítrico diluido también se habría formado un gas, pero habría sido preferentemente monóxido de nitrógeno, NO:
3 Cu(s) + 8 HNO3(aq) ⟶ 3 Cu(NO3)2(aq) + 2 NO(g) + 4H2O(l)
En el experimento, la formación de NO2 se detectará enseguida por su característico color marrón-rojizo.
Al poco tiempo la reacción entre el cobre y el ácido nítrico habrá acabado y los gases de NO2 del matraz se enfriarán, por lo que la presión se reducirá. El efecto será la succión de agua del erlenmeyer; esta agua reaccionará con el gas NO2 así:
3 NO2 + H2O ⟶ 2 HNO3 + NO
La reacción anterior constituye una de las etapas del proceso de Ostwald para obtener industrialmente ácido nítrico. Esto supone la desaparición del gas NO2 del matraz, por lo que bajará la presión, con la consiguiente succión continua de agua del Erlenmeyer. Se habrá creado una fuente. La disolución seguirá siendo azul porque cada vez hay disponible más H2O para formar el complejo Cu(H2O)62+.
Seguridad
El ácido nítrico concentrado es corrosivo y oxidante; portar gafas protectoras. Se recomienda el uso de guantes de nitrilo. El dióxido de nitrógeno es tóxico. Por eso, este experimento debería realizar en una campana extractora o bien en un lugar bien ventilado.
Referencias
- D. Fleming. Dissolving copper in nitric acid. Education in Chemistry, 2011. https://eic.rsc.org/exhibition-chemistry/dissolving-copper-in-nitric-acid/2020047.article.
Royal Society of Chemistry en YouTube.
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/ .
