Denís Paredes Roibás / José M.ª Gavira Vallejo
El luminol emite luz fluorescente cuando experimenta cierta reacción química; por eso se dice que es una sustancia quimioluminiscente. La reacción puede ser catalizada por muchos compuestos que contienen cobre, cobalto y hierro, o bien con estos metales directamente. Lo ilustraremos con cobre, cuyo comportamiento catalítico se comprobará que es inmediato y obvio.
El experimento
Se necesitan 50 mL de una disolución de hidróxido de amonio 2 M; 50 mg de luminol, 150 mg de sal disódica de ácido etilendiaminotetraacético (AEDT), 10 mL de peróxido de hidrógeno al 3 % (el de farmacia), un erlenmeyer de 250 mL, sendas probetas de 50 y 10 mL y un alambre, tira o moneda de cobre (si es un alambre, se sugiere darle alguna forma que mejore el efecto visual, como se ve en la imagen).
Se disuelven el luminol y el AEDT en la disolución de hidróxido de amonio y después se agrega el peróxido de hidrógeno. Se introduce un alambre de cobre (o una tira o moneda) en la disolución. Inmediatamente, alrededor del metal aparecerá un resplandor azul. Más lejos, el resplandor desaparece. Cuando al alambre de cobre se mueve, parece que hay una especie de llama mágica dentro de la disolución. Si se extrae el metal, la reacción se detiene. Los efectos se verán mejor a oscuras.
Después de aproximadamente 30 minutos la disolución será de color azul y turbia.
Fundamento
Para emitir quimioluminiscencia, el luminol debe ser activado por un agente oxidante que normalmente es el oxígeno producido por la descomposición del peróxido de hidrógeno en medio básico.
2 H2O2 ⟶ O2 + 2 H2O
Este proceso es lento, pero en presencia de un catalizador (como cationes de hierro, cobre o cobalto), el peróxido se descompone mucho más rápidamente.
El oxígeno interacciona con el luminol así:
En la penúltima etapa se observa que se ha obtenido una especie electrónicamente activada (eso es lo que quiere indicar el asterisco), la cual en la última etapa se relaja emitiendo luz.
Como se acaba de decir, la reacción puede ser catalizada por iones de cobre, concretamente Cu(II). Pero ¿de dónde proceden estos iones si lo que se introduce en la disolución es cobre metálico? De la disolución oxidativa mediante H2O2 en presencia de un agente quelante como el AEDT y en medio alcalino. El Cu se oxida a Cu(II) y el H2O2 se descompone en O2 (oxidación) y H2O (reducción). Se trata de un proceso electroquímico complejo que ha encontrado diversas aplicaciones prácticas, como la eliminación de Cu y óxidos de cobre en lodos que se acumulan en los generadores de vapor de las centrales nucleares.
La reacción de oxidación del Cu se ve favorecida porque el Cu(II) formado se compleja fácilmente con el AEDT. Si admitimos que la especie mayoritaria de esta sustancia al pH del experimento es H(AEDT)3– la reacción de complejación se puede escribir simplificadamente así:
Cu2+ + H(AEDT)3– ⟶ Cu(AEDT)2– + H+
La formación de este complejo es favorable entrópicamente. Es el fundamento de la terapia quelante, consistente en administrar agentes complejantes para eliminar metales pesados del cuerpo; también es la base de la administración de agentes de contraste para imagen médica por resonancia magnética nuclear.
En el transcurso del experimento, en las inmediaciones de la pieza de cobre, el Cu2+ que está siendo generado por el H2O2 se encuentra en una concentración muy alta, de modo que aunque parte de él es captado por el AEDT, el resto puede catalizar la reacción de quimioluminiscencia del luminol de forma muy efectiva.
Más lejos, la concentración de iones de cobre libre cae considerablemente, siendo capturados casi en su totalidad dentro del complejo Cu(AEDT)2–, que es muy estable. De este modo, no queda Cu2+ libre para ejercer su acción catalítica. Si no existiera el AEDT, la quimioluminiscencia se propagaría a través de toda la disolución, pero se perdería el efecto de “luz espectral” alrededor de la pieza de cobre que se observa en la imagen de cabecera.
Con el tiempo, la disolución adquiere un color verde-azul pálido que refleja la existencia del complejo Cu(AEDT)2– mezclado con otros productos de reacción. Al final se tornará de color azul más oscuro por la presencia de complejos del Cu2+ con el amoniaco del medio.
Precauciones
El hidróxido de amonio, el luminol y el AEDT son irritantes.
Bibliografía
- D. Fleming. Lighting up copper. Education in Chemistry, 2016. https://eic.rsc.org/exhibition-chemistry/lighting-up-copper/2000050.article.
- W. K. Choi et al. Dissolution Behaviors of Copper Metal in Alkaline H2O2-EDTA Solutions, Journal of Nuclear Science and Technology, 30[6], pp. 549-553 (1993).
- Ghost copper. MEL Science. https://melscience.com/LU-en/chemistry/experiments/ghost-copper/.
Imagen de cabecera: 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/ .
