Denís Paredes Roibás / José M.ª Gavira Vallejo
Este experimento es un ejemplo de catálisis heterogénea en fase gaseosa que se puede realizar fácilmente, ya que solo se necesita acetona, cobre (puede ser una moneda) y un mechero o soplete.
El experimento
Se vierte acetona en un erlemneyer hasta una altura de unos 5 mm. Se recorta una lámina de cobre y se dobla para engancharla en una varilla de vidrio. También se puede utilizar una moneda se cobre. Se verifica que cuando la lámina o moneda se baje dentro del matraz quede a aproximadamente 2 cm del fondo.
Se calienta el cobre a la llama hasta que se ponga al rojo vivo. Cuando lo esté, se introduce en el erlenmeyer. Se verá que el cobre brilla. Si se saca del recipiente se cubrirá de una pátina de óxido gris oscura, pero, al reintroducirlo, la pátina desparecerá y volverá el brillo. Probablemente se verán cambios de color de este tipo en la superficie del cobre, como si fuesen oleadas. El cobre también se “apagará” si se tapa el recipiente. Los efectos se verán mejor con las luces apagadas.
El cobre continuará brillando siempre que haya un suministro de vapor de acetona, por lo que el experimento puede durar todo lo que quiera. Si se observa que el cobre no sostiene la reacción es probable que su posición en el matraz sea incorrecta; en ese caso, intentar subirlo o bajarlo.
Si se ha pesado el cobre al principio, pesarlo también al final para comprobar que no se consume en la reacción que ocurre; es decir, que actúa como mero catalizador.
Explicación
Por un lado, la acetona se descompone con el calor en cetena y metano según esta reacción que es ligeramente endotérmica:
(CH3)2C=O ⟶ H2C=C=O + CH4
Pero además se produce otra reacción delatada por varios hechos observables:
- La superficie de cobre muestra un brillo muy acusado que se apagará si el flujo de acetona cesa.
- Si se cubre el recipiente de manera que se interrumpa la entrada de aire desde el exterior, el cobre dejará de brillar y se recubrirá de una pátina.
- El análisis de los gases que surgen de la reacción permite identificar al menos CO2 y H2O.
Estos hechos y otras investigaciones han llevado a la conclusión de que la acetona, además de la descomposición anteriormente mencionada, experimenta una oxidación que podríamos representar así:
2 (CH3)2C=O + 3 O2 ⟶ 2 CH3CHO + 2 CO2 + 2 H2O.
Esta reacción es muy exotérmica, por lo que el erlenmeyer se calentará mucho.
Cuando se calienta cobre se forma óxido de cobre en su superficie. Este óxido de cobre, de color oscuro, puede ser reducido a cobre metálico por la acetona (oxidándose esta como se ha indicado en la reacción anterior). La reacción es tan exotérmica que el cobre se calienta mucho y brilla.
El papel del oxígeno en la reacción se puede demostrar tapando la boca del matraz; el brillo del cobre se atenuará rápidamente.
Seguridad
El experimento se debe realizar en campana de gases o en un área bien ventilada. Utilizar gafas de protección. El matraz se calentará mucho durante la reacción, por lo que debería colocarse en una superficie resistente al calor. Usar guantes para manipularlo. Tener preparada una tapa por si la acetona se inflamara accidentalmente.
La acetona es inflamable e irritante. Los gases cetena y metano son tóxicos, aunque probablemente en gran parte se oxidarán.
Referencias
- R. Whitaker y T. McGarian. The Ketene generator: Simultaneous exo-endothermic reactions. J. Chem. Educ., 1976, 53, 776. DOI: 10.1021/ed053p776.
D. Fleming. Catalytic copper. Education in Chemistry,2018. https://eic.rsc.org/exhibition-chemistry/catalytic-copper/2020039.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/ .
