ENSEÑANZA DE LA FÍSICA Y LA QUÍMICA
CATÁLISIS II
Acción catalítica del yoduro potásico.
Una descomposición
muy característica del peróxido de hidrógeno es con yoduro potásico. Sus
resultados son diferentes según que el catalizador esté en
disolución (catálisis homogénea) o en estado sólido (catálisis heterogénea).
Para diferenciarlo, se disponen los reaccionantes como indica la fotografía
1. Se unen las gotas siguiendo el sistema empleado en toda la química
a la gota. Se dispara el cronómetro y se toma la siguiente sucesión de
fotografías, con la cámara a 15 cm. de la reacción.
foto 1
foto 2
foto 4
foto 3
La acción del catalizador,
es debida al yoduro, que produce
un proceso redox interno, que se podría justificar a través de las siguientes
reacciones:
H2O2(aq)
+ I - (aq) 
H2O(l) + IO- (aq)
H2O2(aq)
+ IO- (aq)
H2O(l) +I-
(aq) + O2(g)
La reacción
es de segundo orden, pues depende no sólo de la concentración de peróxido
de hidrógeno sino también de la de yoduro, por eso cuando está en fase
sólida ( mayor concentración), la velocidad se hace mucho mayor. En la
foto 2 (a los 22 segundos) y en la caja Petri de la derecha se aprecia
la gran cantidad de burbujas de oxígeno, mientras que en la caja Petri
central, apenas se observa un ligero desprendimiento. En cambio la reacción en la caja Petri de la derecha, con
el yoduro potásico sólido (foto 3), está terminando, mientras que con el yoduro potásico
en disolución todavía continúa. En la foto 4, ya no hay desprendimiento
de oxígeno con el yoduro potásico sólido como catalizador.
La reacción
es muy exotérmica, y aun a la gota, produce proyección de producto como
también se aprecia en la foto 3.
La catálisis
heterogénea rápidamente da lugar a una gran producción de oxígeno, con
apariencia de espuma (foto 2), por ese motivo a esta reacción se la llamó jocosamente “pasta de dientes para
elefantes”. La gran velocidad en
la producción de oxígeno dando lugar a la formación de espumas, hace que
se emplee cuantitativamente midiendo el tiempo que tarda la espuma en
alcanzar el borde de una probeta, en función de la concentración de peróxido
empleada, en una posible demostración de cátedra.
NOTA:
Estas
reacciones aún hechas a la gota, necesitan de precauciones (uso de gafas
y guantes), dado que el peróxido de hidrógeno concentrado ataca la piel
y el pelo. Debe tenerse cuidado con el objetivo de la cámara fotográfica
y no acercarlo excesivamente a la cajas Petri
(fotografías hechas con zoom), puesto que se proyecta producto.
Catálisis enzimática con catalasa.
La catalasa
es un buen catalizador de la descomposición del agua oxigenada. Se puede
obtener a partir de una gota de sangre
[1]
, o mejor de patatas.
Para
ello se mondan y pican 2 patatas,
se extrae con agua fría y se filtran los residuos sólidos. La disolución
con catalasa deberá dejarse en la nevera, puesto que los enzimas se descomponen
con el calor.
Tal como
se indica (foto 5), se dispone en la caja Petri de la derecha unas gotas
de peróxido de hidrógeno 30% y una gota de catalasa, en la de la izquierda
sólo peróxido de hidrógeno. Se juntan las gotas y se dispara el cronómetro.
Se observa
que a los 26 segundos, se desprende una considerable cantidad de burbujas
de oxígeno, que enseguida disminuye, a los 2 minutos.
foto 5
foto 6
foto 7
Catálisis con dióxido de manganeso o la “ lámpara de aladino”
Se disponen en la
caja Petri de la izquierda unas gotas de peróxido de hidrógeno 30%, y
en la de la derecha, junto con las gotas un poco de dióxido de manganeso
en polvo (negruzco) ( foto 8). Se une y se dispara
el cronómetro. La sucesión de fotos obtenidas
es la siguiente:
foto 8
foto 9
foto 11
foto 10
foto 12
Se aprecia que ya
a los 50 segundos (foto 9), se desprende gran cantidad de burbujas de
oxígeno en la reacción de descomposición del peróxido, manteniéndose con
gran fuerza (foto 10) incluso pasados 8 minutos (foto 11).
Obsérvese el detalle
de las burbujas de oxígeno producidas, en la foto 12.
El uso del dióxido
de manganeso como catalizador, tal como ocurría con el yoduro potásico,
provoca un rápido desprendimiento de burbujas de oxígeno. En este caso
la reacción es de primer orden, y el dióxido de manganeso en polvo, actúa
así debido a su gran superficie de interacción. La reacción es muy exotérmica
lo que hace que incluso se forme vapor de agua. Estos hechos han motivado
que la reacción se conozca con el nombre de “Demostración del genio de
la lámpara”, recordando al genio que sale entre el humo de la lámpara
de Aladino.
Catálisis con tartrato sódico potásico y cloruro
de cobalto(II) ; “catálisis
rosa”.
Se llama
catálisis rosa debido al color rosa del cloruro de cobalto(II) que actúa
como catalizador de la reacción redox entre el peróxido de hidrógeno y
el tartrato sódico potásico. Es una reacción bastante compleja, porque
se puede superponer con la descomposición
del peróxido de hidrógeno, con producción de oxígeno tal como en las reacciones
anteriores.
En primer
lugar se considerará la redox con producción de burbujas de dióxido de carbono:
5H2O2 + NaK H4C4O6
KOH + NaOH + 4CO2 + 6H2O
La sucesión de fotografías después de unir las gotas, dispuestas como se
indica en la foto 13, y siempre operando como en las anteriores reacciones,
es la siguiente:
foto 13
foto 14
foto 16
foto 15
foto 17
foto 18
La observación de la sucesión de fotos obtenidas indica que en la caja
Petri de la derecha, en la cual la reacción está catalizada con el cloruro
de cobalto (II), la máxima producción de burbujas en este caso, de dióxido
de carbono, es prácticamente a los 3 minutos (foto 14). Sin embargo
en la caja Petri del centro, en la cual se dispone la reacción sin catalizar,
este hecho sólo ocurre a los 15 minutos (foto 16), cuando en la caja
Petri de la derecha casi han desaparecido.
A partir de los 20 minutos, en la caja Petri de la derecha vuelven
a producirse burbujas pero con una disposición diferente y con
un cambio de color que indica una reacción
secundaria.
[1]
Es lo que ocurre cuando se lava una herida con
agua oxigenada, el oxígeno cuya producción se estimula es el agente desinfectante