Química con un caramelo

Un experimento sencillo ilustra las reacciones redox. Un líquido violeta cambia varias veces de color a medida que se revuelve con un caramelo. El violeta se convierte en azul, verde, amarillo y por último en naranja.

Material necesario

  • un vaso
  • agua
  • permanganato potásico (KMnO4)
  • hidróxido sódico (NaOH)
  • un caramelo con palito que contenga glucosa, fructosa, jarabe de glucosa u otro azúcar reductor.

¿Cómo se hace?

Se echa agua en el vaso y se disuelve una  pequeña cantidad de permanganato potásico, la suficiente para que la disolución resultante adquiera un ligero tono violeta como se ve en el vídeo.

Una vez disuelto se añade en torno a 1 g (2 lentejas) de hidróxido sódico.

Se revuelve con el caramelo y se observa que a medida que el caramelo se disuelve, la disolución cambia de color varias veces. Los primeros cambios son rápidos, los últimos no tanto.

Si se calienta un poco el agua los cambios suceden a más velocidad.

Es importante usar muy poco permanganato ya que sino el color es un violeta muy oscuro y no se aprecian fácilmente los cambios.

¿Por qué cambia el color?

En pocas palabras:

A medida que el azúcar reductor presente en el caramelo se disuelve en el agua transforma al permanganato, de color violeta, en otros compuestos como manganato, de color verde o dióxido de magnaneso de color amarillo.

Sigue leyendo si quieres una explicación más detallada de lo que sucede.

Un poco de teoría

Las reacciones químicas de oxidación-reducción (redox) se caracterizan porque algunos elementos de las substancias que reaccionan intercambian electrones. La pérdida de electrones se denomina oxidación y su ganancia reducción.

Para poder establecer quien pierde y quien gana electrones, o sea quien se oxida y quien se reduce, hay que saber primero cuantos electrones tiene cada elemento. Esto no es tan sencillo como podría parecer ya que los elementos en un compuesto están unidos unos a otros y los electrones que participan en esa unión con frecuencia no se pueden atribuir claramente a uno u otro elemento. Para solventar esta cuestión, los químicos le asignan a cada uno de los elementos que participan el llamado número de oxidación. Los cambios, en el transcurso de una reacción, de este número que puede ser positivo, negativo o cero, permiten conocer si un elemento se oxida o se reduce. Si en la reacción un elemento aumenta su número de oxidación es que ha perdido electrones: se ha oxidado. Si el número de oxidación disminuye es que los electrones se han ganado, el elemento se ha reducido.

¿Qué sucede en el vaso?

En el vaso hay permanganato potásico (KMnO4) e hidróxido de sodio (NaOH) disueltos en agua. El caramelo que se ha utilizado contiene según el fabricante: azúcar (de mesa) y jarabe de glucosa.

sacarosa
sacarosa (C12H22O11)

El azúcar es sacarosa, un disacárido formado por glucosa y fructosa unidas que no es reductor.

 

 

glucosa
glucosa (C6H12O6)
fructosa
fructosa (C6H12O6)

El jarabe de glucosa es un producto edulcorante usado en la industria  alimentaria que contiene una mezcla de dos monosacáridos, ambos reductoresglucosa  y fructosa .

El color verde se debe al anión manganato
El color verde se debe al anión manganato

El KMnO4 se disuelve en agua dando lugar al ión permanganato, MnO4. En este ión el Mn tiene un número de oxidación +7. El azúcar reduce al Mn de +7 a +6, pasando el permanganato, MnO4, a manganato, MnO42, que presenta color verde. Una posible explicación para el azul intermedio es la coexistencia durante un tiempo de ambos compuestos MnO4 y MnO42.

Color debido al dióxido de manganeso
El color amarillo se debe al dióxido de manganeso

Al seguir añadiendo azúcar reductor a la disolución el Mn se reduce todavía más pasando el manganato a dióxido de manganeso MnO2 en el que el manganeso tiene un estado de oxidación de +4.

Más información

 

El ácido sulfúrico deshidrata

Lo que vemos

Al añadir ácido sulfúrico a un tubo de ensayo que contiene sacarosa (azúcar de mesa), se observa como el azúcar se deshidrata convirtiéndose en una masa esponjosa de carbón que sale del tubo adoptando la forma de  una serpiente negra.

La química

De una forma simplificada se puede considerar que lo que sucede es lo siguiente:

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Reacción espectacular

Lo que vemos

Si vertemos glicerina sobre permanganato potásico, al cabo de unos segundos se produce una espectacular reacción entre ambos.

La química

El permanganato potásico (KMnO4) oxida a la glicerina, 1,2,3-propanotriol (CH2OH-CHOH-CH2OH) a dióxido de carbono y agua que se transforma en vapor haciendo uso de parte del calor liberado. El permanganato se reduce Mn4+.

La reacción es exotérmica, libera calor. Al principio es lenta pero a medida que la temperatura aumenta, también lo hace la velocidad de reacción.
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La pila de limón

[Ir directamente a la fabricación de la pila]

Índice

  1. Introducción
  2. Fabricando una pila en casa
    1. ¿Qué se necesita?
    2. A tener en cuenta
    3. Montando la pila
      1. Hay que asegurarse de que :
      2. Algo se enciende
      3. Uniendo dos pilas
      4. Si no funciona:
      5. ¿Donde está el limón?
  3. La explicación [nivel 1]
  4. La explicación [nivel 2]
    1. ¿Qué es una reacción química?
    2. En algunas reacciones se intercambian electrones
    3. El clavo y el vinagre contienen los reactivos de la reacción
    4. ¿Qué sucede en la pila?
  5. Algunos comentarios
    1. Sobre el ladrón de julios
    2. ¿Qué sucede en la pila?
    3. Cómo aumentar la corriente de la pila
    4. Como aumentar la tensión de la pila
    5. La pila de limón y los errores conceptuales
      1. Errores conceptuales habituales en la explicación del funcionamiento de la pila
      2. Un ejercicio
  6. Referencias bibliográficas
    1. La pila de limón, construcción, funcionamiento y variantes
    2. Sobre errores conceptuales en electroquímica

Introducción

Hace unos días al preparar material para un taller de electricidad y magnetismo en el MUNCYT, destinado a chavales entre 11 y 14 años, comprobé que la fabricación de una pila casera con limón y sus variantes es una actividad muy popular. Una búsqueda en Google (Por ejemplo “pila de limón” o “lemon battery”) devuelve miles de páginas y vídeos en los que se nos explica como construir una pila con materiales que se encuentras en muchas casas.

En esta entrada hay una versión de la actividad usada en el taller, una explicación de lo que sucede contada a alumnado de secundaria en dos niveles de complejidad y algunos comentarios que pueden ser de interés para alumnado de bachillerato que esté estudiando electroquímica o cualquier persona interesada en preparar la actividad.

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Sodio un metal poco convencional

El 5 de diciembre de 1987 el buque Casón, debido al temporal, embarrancó en la costa gallega  cerca de Fisterra.
Transportaba 1100 toneladas de productos muy peligrosos por su toxicidad o inflamabilidad. Entre estos últimos se encontraba el sodio que al entrar en contacto con el agua de mar dio lugar a violentas explosiones.

En el vídeo se puede ver lo que sucede cuando el sodio metálico entra en contacto con agua. Los  barcos de papel van cargados con unos pequeños trozos del metal. En la segunda parte del vídeo se sitúan unos fragmentos de sodio en el fondo de la pileta.

El sodio, Na, es un metal alcalino. Aunque de color y aspecto metálico, muchas de sus propiedades no encajan en la idea que normalmente tenemos de como debería comportase un metal. Su densidad es menor que la del agua por lo que flota en ella. Es suficientemente blando como para cortarlo con una navaja y lo que aquí nos importa, reacciona violentamente con el agua ya que libera hidrógeno y calor suficiente para que este arda.

2 Na(s) + 2H2O(l) –> 2NaOH(ac) + H2(g) + calor
2 H2(g) + O2(g) –> 2 H2O(l) + calor