Denís Paredes Roibás / José M.ª Gavira Vallejo
Existen unas reacciones que se denominan oscilantes porque la concentración de uno o más de los reactivos experimenta cambios periódicos, no acabando de alcanzarse el equilibrio. Si los reactivos (al menos uno) son coloreados, se verá periódicamente un cambio de color de la mezcla. Una muy fácil de realizar y muy vistosa es la de Briggs-Rauscher.
El experimento
Para realizar el experimento hay que preparar estas tres disoluciones en agua destilada:
- Disolución A:
- Agregar 43 g de yodato de potasio a unos 800 mL de agua destilada.Añadir 4,5 ml de ácido sulfúrico (H2SO4).
- Disolución B:
- Agregar 15,6 g de ácido malónico (HOOC–CH2–COOH) y 3,4 g de sulfato de manganeso monohidratado (MnSO4·H2O) a aproximadamente 800 mL de agua destilada.
- Añadir 4 g de almidón soluble. Agitar hasta que se disuelva. Diluir a 1 L.
- Disolución C:
- Diluir 400 ml de peróxido de hidrógeno (H2O2) al 30 % hasta 1 L.
Se pone un vaso de precipitados de 1 L sobre un agitador automático y se echa en él una barra de agitación. En el vaso se vierten 300 mL de cada una de las disoluciones A y B y se inicia la agitación ajustando la velocidad para producir un gran vórtice. Después se añaden 300 mL de la disolución C. Se observarán cambios de color periódicos (de incoloro a ámbar, después a azul oscuro y finalmente de nuevo a incoloro). La oscilación de colores podrá verse de 5 a 10 veces antes de detenerse en un color azul oscuro final.
Explicación
Para producir la reacción de Briggs-Rauscher se necesita una sal de manganeso divalente (Mn2+) que actuará como catalizador, un ácido fuerte (puede ser sulfúrico o perclórico) que no es reactivo en sí pero que aportará la acidez necesaria, un compuesto orgánico que disponga de hidrógeno activo (como el ácido malónico, CH2(COOH)2), peróxido de hidrógeno y yodato. El almidón se añade para detectar el ion triyoduro (I3–) que se va a crear a partir del yodo elemental (I2) y el yoduro (I–) que se generarán en el proceso. El almidón forma con el I3– un complejo de color azul intenso.
En la reacción se producen cambios recurrentes tanto graduales como repentinos, lo que sugiere que se está dando una combinación compleja de reacciones lentas y rápidassimultáneamente. El mecanismo detallado es muy complicado, pero en esencia se puede decir que hay dos procesos básicos, cada uno de los cuales implica varas reacciones:
- Proceso radicalario (A): se trata de un proceso rápido y autocatalítico en el que está involucrado el manganeso y radicales libres intermedios que hacen reaccionar al peróxido de hidrógeno y al yodato para dar yodo libre y oxígeno. Este proceso también consume yoduro a cierta velocidad.
- Proceso no radicalario (B): el ácido malónico consume lentamente yodo elemental en presencia de yodato. Este proceso implica la producción de ion yoduro.
La clave está en que el proceso A solo puede funcionar a bajas concentraciones de I–, y esto implica la creación de un bucle de retroalimentación. Efectivamente, inicialmente la concentración de I– es baja y el proceso A genera I2 libre que se acumula gradualmente, consumiendo I–. Mientras tanto el proceso B genera lentamente ion I– a partir de I2 libre a una velocidad proporcional a la concentración de este.
En cierto momento, la concentración de I– es tan alta que el proceso A se detiene, parándose la producción de I2, el cual, recordemos, está siendo consumido por el proceso B. Al detenerse A, e ir cayendo la concentración de I2, el proceso B no puede generar I– a partir de aquel, lo que permite al proceso A iniciarse de nuevo.
Es muy importante tener en cuenta además de todo esto que hay un equilibrio de formación de ion triyoduro (I3–) a partir del I– y el I2, por lo que las concentraciones de estos dos últimos dependen también de este proceso.
El resultado global de ambos procesos es, en balance aproximado, este:
IO3– + 2 H2O2 + CH2(COOH)2 + H+ ⟶ ICH(COOH)2 + 2 O2 + 3 H2O
Esta reacción se puede dividir en dos reacciones componentes. Una es:
IO3– + 2 H2O2 + H+ ⟶ HIO + 2 O2 + 2 H2O
Ocurre por el proceso radicalario, que se activa cuando la concentración de I– es baja, o por el proceso no radicalario, cuando la concentración de I– es alta. Ambos procesos reducen yodato a ácido hipoyodoso, pero el proceso radicalario forma HIO a un ritmo mucho más rápido que el proceso no radicalario.
El producto HIO entra como reactivo de la segunda reacción aludida:
HIO + CH2(CO2H)2 ⟶ ICH(CO2H)2 + H2O
la cual, a su vez, también consiste en dos reacciones:
I– + HIO + H+ ⟶ I2 + H2O
I2 + CH2 (CO2H)2 ⟶ ICH2(CO2H)2 + H+ + I–
Un color ámbar que aparece resulta de la producción del I2, que se forma debido a la rápida producción de HIO durante el proceso radicalario. En el proceso radicalario, el HIO se crea rápidamente, y en más cantidad de la que se puede consumir. El exceso se reduce con peróxido de hidrógeno a I–. La concentración creciente de I– alcanza un punto en el cual el proceso no radicalario toma el control. Sin embargo, el proceso no radicalario no produce HIO tan rápidamente como el proceso radicalario, por lo que el color ámbar comienza a desaparecer ya que el I2 se consume de forma más rápida que su generación.
Otros autores explican lo que sucede mediante esta cadena de reacciones:
(i) H+ + KIO3 ⟶ HIO3 + K+
(ii) 5 H2O2 + 2 HIO3 (+ Mn2+) ⟶ I2 + 6H2O + 5O2
(iii) I2 + CH2(COOH)2 ⟶ ICH(COOH)2 + I– + H+
(iv) I2 + ICH(COOH)2 ⟶ I2C(COOH)2 + I– + H+
(v) 5 H2O2 + I2 ⟶ 2 HIO3 + 4 H2O
(vi) HIO + H2O2 ⟶ I– + O2(g) + H+ + H2O
Como se ve, el proceso es extraordinariamente complejo. De hecho, hay discrepancias entre los autores. No obstante, se podría resumir que los cambios de color observados durante la reacción (de incoloro a ámbar; después a azul oscuro y vuelta a incoloro) corresponden a las acciones de dos procesos. El color ámbar que se va haciendo más intenso lentamente es debido a la producción de yodo libre por el proceso A. Cuando el proceso A se detiene deja de consumir iones yoduro. Estos aumentan su concentración por el proceso B y se combinan con el yodo elemental para generar el ion triyoduro, que reacciona con el almidón formando un complejo de color azul. Pero como el proceso B sigue actuando, la disminución de la concentración de yodo elemental supone también la disminución de la concentración del complejo, y el color se va desvaneciendo. Se trata, en definitiva, de un “juego” de concentraciones de yodo, yoduro y triyoduro.
Seguridad
Deben usarse guantes y gafas de protección y realizar el experimento en campana extractora de gases o en una habitación bien ventilada. Hay que tener en cuenta que algunos de los productos químicos son irritantes y oxidantes fuertes. No se debe tirar yodo elemental al desagüe; una opción es convertirlo primero en yoduro con tiosulfato.
Bibliografía
- A. M. Helmenstine. Briggs-Rauscher Oscillating Color Change Reaction. ThoughCo, 2018. https://www.thoughtco.com/briggs-rauscher-oscillating-color-change-reaction-602057.
- M. Wajrak y T. Harrison. Chemical Demonstrations Booklet, “Demonstration 12: Oscillating Briggs-Rauscher reaction”, pp. 24-25. Universidad Edith Cowan, 2016.
Imagen de cabecera: NileRed 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/ .
