Denís Paredes Roibás / José M.ª Gavira Vallejo
El carbón activado es un compuesto carbonáceo que posee una cantidad muy grande de microporos, lo que le confiere una altísima superficie específica. Gracias a eso puede adsorber muchas moléculas de distintos compuestos químicos, por lo que se puede utilizar en la extracción de metales, máscaras antigás, control de emisiones de automóviles o purificación de agua. Precisamente esta última utilidad es la que se va a demostrar en este experimento.
El experimento
En una botella de plástico invertida a la que se le ha quitado el fondo se introduce algodón de forma que tapone el cuello. Sobre el algodón se deposita carbón activado y, si se desea, encima de este se agregan capas de algodón, arena, piedrecitas… Se trata de que en estos estratos queden retenidas las partículas más grandes del líquido que queremos filtrar, antes de llegar al carbón.
Una vez listo el dispositivo se vierte agua sucia por la parte superior con la intención de recogerla lo más limpia posible en un vaso colocado bajo el filtro.
Cambiar el orden de las capas permitiría comprobar qué distribución es más efectiva. Se puede probar a filtrar agua a la que se haya añadido un colorante alimentario para ver si el carbón activado es capaz de retener sus moléculas.
Explicación
Una de las mejores sustancias para realizar purificaciones de líquidos es el carbón activado o activo. El carbón común de por sí es una sustancia sumamente porosa, pero mediante tratamientos fisicoquímicos esta porosidad se puede incrementar muchísimo, de forma que mejoren notablemente sus capacidades de adsorción.
La adsorción es un fenómeno por el cual las partículas se adhieren a la superficie de un material llamado adsorbente. Es diferente a la absorción, en la que las partículas son incluidas dentro de un absorbente. Ambos procesos pueden tener naturaleza química, física o de ambos tipos.
El carbón activado es un excelente adsorbente, y, como tal, es tanto más efectivo cuanto mayor sea la superficie que ofrece al adsorbato (la sustancia que se adsorbe). Puede alcanzar valores de área superficial de hasta 2500 m2/g. Esto significa que un solo gramo de este material puede tener la misma superficie que medio campo de futbol.
La activación puede llevarse a cabo por dos vías. Una de ellas consiste en una carbonización que elimina elementos químicos como el hidrógeno y oxígeno y al mismo tiempo crea una estructura porosa, la cual se mejora posteriormente mediante gasificación del carbonizado para eliminar productos volátiles y parte del carbono, con lo que se aumenta el volumen de los poros y la superficie específica. La otra vía consiste en impregnar el compuesto carbonáceo con ácido fosfórico o hidróxido de potasio y calentar. De este modo se elimina material volátil y alquitranes.
Los filtros de carbón activado son bastante efectivos para eliminar los productos químicos orgánicos contenidos en el agua, y también algunos inorgánicos que le imparten sabor, como el sulfuro de hidrógeno o el cloro. No son adecuados, sin embargo, para eliminar iones metálicos (como el hierro) u otras especies inorgánicas disueltas como los nitratos.
Advertencia
No debe beberse el agua filtrada pues, aunque parezca limpia, no se puede tener la seguridad de que no contenga microorganismos o sustancias químicas nocivas.
Referencias
- Carbon filtering. Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_filtering.
- Carbon filtration and activated charcoal. Education (Royal Society of Chemistry / Nuffield Foundation). https://edu.rsc.org/experiments/carbon-filtration-and-activated-charcoal/412.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/ .
