Denís Paredes Roibás / José M.ª Gavira Vallejo
El dióxido de nitrógeno (NO2) y el tetróxido de dinitrógeno (N2O4) son dos compuestos muy relacionados, ya que uno es dímero del otro. En estado gaseoso siempre están en equilibrio, pero cambiando la temperatura se puede lograr que prevalezca uno u otro.
Experimento
Hay que disponer de tres ampollas de vidrio selladas que contengan dióxido de nitrógeno, si bien en realidad (por lo que se explica más abajo) lo que se tendrá será una mezcla de NO2 y N2O4. Se podrá comprobar que el gas tiene color marronáceo. Se necesitan también dos vasos de precipitados grandes; en uno de ellos se verterá una mezcla de hielo y agua; en el otro agua lo más caliente posible. Actuarán como baños térmicos.
Se coloca una de las ampollas en el agua caliente, otra en el vaso de precipitados con hielo y la tercera se dejará a temperatura ambiente con la intención de que sirva de control.
Después de varios minutos se observará que los gases contenidos en las tres ampollas presentan diferente coloración. El gas de la ampolla de control tendrá el mismo color marronáceo inicial, pero el de la ampolla que se ha calentado se habrá oscurecido, mientras que el de la ampolla que se ha enfriado se habrá aclarado.
Síntesis de NO₂
Si no se dispone de ampollas que contengan a estos gases, se pueden fabricar fácilmente (o bien, contenedores análogos). Con ellas se podrá repetir el experimento siempre que se desee.
Para ello se echar un poco de ácido nítrico concentrado en un tubo de ensayo “A” provisto de un tapón perforado en el que se habrá introducido un tubo de vidrio en forma de U o V. La intención es conectar este tubo de ensayo “A” con otro tubo de ensayo “B” (o bien con un matraz; aquí puede verse el dispositivo). Después se añade un trozo de cobre al tubo “A” y se cierra inmediatamente. Se generará un gas pardo (básicamente NO2) que acabará pasando por el tubo al tubo “B”. Como el gas pardo es más denso que el aire, lo acabará desplazando. Finalmente, se cierra el tubo “B”, sellando bien las juntas con alguna sustancia adecuada.
Explicación
El NO2 y el N2O4 gaseosos siempre están en equilibrio. Si por algún procedimiento se lograra sintetizar alguno de ellos en estado puro, parte de él se convertirá en el otro con relativa rapidez. Es decir, no es posible tener cada uno de estos gases aislado durante mucho tiempo porque se interconvierten y quedan en equilibrio:
N2O4 ⇌ 2 N2O
El N2O4 es un dímero del NO2. Sus estructuras moleculares pueden verse en la imagen.
Tal como está escrita la ecuación anterior, se trata del equilibrio de disociación del N2O4 en dos moléculas de NO2. Este proceso es endotérmico. Por eso, según prevé el principio de Le Châtelier, si se calienta el sistema el equilibrio se desplazará hacia la derecha. Como el NO2 tiene color pardo-rojizo y el N2O4 es transparente, la transformación podrá detectarse visualmente. En caliente prevalecerá el NO2; en frío, el N2O4.
La constante del equilibro de disociación expresada en función de la presión es:
Su valor depende bastante de la temperatura, como se puede comprobar en la siguiente tabla:
| T / °C | 0 | 8,7 | 25 | 35 | 45 | 50 | 86,5 | 101,5 | 130,8 |
| Kd / atm | 0,0177 | 0,0374 | 0,174 | 0,302 | 0,628 | 0,863 | 7,499 | 16,18 | 59,43 |
Se sabe que a 140 oC el N2O4 está casi completamente disociado en NO2. Sin embargo, a 0 oC prevalece el N2O4, como se puede deducir del bajísimo valor de la constante de disociación a esa temperatura. Por otra parte, si los gases se licuan lo que se tiene básicamente es N2O4.
Seguridad
Estos gases son tóxicos. Por lo tanto, la síntesis debe realizarse bajo campana extractora. Pueden reaccionar explosivamente con algunas sustancias orgánicas.
Bibliografía
- M. Wajrak y T. Harrison. Chemical Demonstrations Booklet. “Demonstration 10 – Nitrogen dioxide and dinitrogen tetroxide”, pp. 21-22. Universidad Edith Cowan, 2016. https://www.ecu.edu.au/__data/assets/pdf_file/0003/910443/Chemical_Demonstration_Booklet_Interactive_Final_14.2.21.pdf.
- Tetróxido de dinitrógeno. Wikipedia. https://es.wikipedia.org/wiki/Tetr%C3%B3xido_de_dinitr%C3%B3geno.
Imagen de cabecera: davidjohnewart.com.
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/ .
