Sesión 1 y 2

CATALIZADORES

La catálisis es el proceso por el cual se aumenta la velocidad de una reacción química debido a la participación de una sustancia llamada catalizador y las que desactivan la catálisis son denominados inhibidores. Un concepto importante es que el catalizador no se modifica durante la reacción química, lo que lo diferencia de un reactivo.

A comienzos del siglo XX se concedieron tres Premios Nobel de Química por descubrimientos relacionados con la catálisis, ello sirvió para reforzar la Teoría de los Catalizadores y dar fundamento a su importancia en el funcionamiento de los organismos vivos, que la industria química consiga producciones competitivas, las combustiones de los coches se produzcan con menos polución, los medicamentos puedan ser más efectivos y un largo etc.

Propondremos varios ejemplos para estudiar la importancia de los catalizadores, y  ver como cambia la velocidad de la reacción en presencia de determinadas sustancias, hasta el punto que puede ocurrir que ésta no comience hasta que no se añada el catalizador.

A) SÍNTESIS DEL IODURO DE ZINC UTILIZANDO AGUA COMO CATALIZADOR.

Si se mezcla el cinc en polvo y el yodo no se aprecia ningún tipo de reacción, sin embargo en el momento que se añaden unas gotas de agua se produce una reacción exotérmica, bastante violenta de forma que parte del yodo se sublima con el calor producido en la reacción, lo que hace que se desprendan vapores de yodo color violeta.

Material:

- Matraz Erlenmeyer

- Varilla

- Iodo

- Agua destilada

- Zinc

- Bolsa plástico   

- Goma ajuste

Advertencia de seguridad
El iodo sólido puede causar quemaduras. El vapor irrita los ojos y el sistema respiratorio. El experimento debe hacerse en un lugar bien ventilado y debe asegurarse que el cuello del matraz este bien cerrado.

 Procedimiento:

Se mezcla el yodo y el zinc en un matraz, se coloca en la boca del matraz una bolsa de plástico transparente que se sujeta bien a la boca mediante una goma, posteriormente se inyecta agua con una jeringuilla pinchando en la bolsa de plástico.

También se puede realizar el experimento en una capsula de porcelana, en un lugar ventilado, en nuestro caso utilizaremos la campana extractora.

Cuestiones:

- ¿Qué significa la palabra síntesis?

- Escribir la síntesis del yoduro de cinc

- ¿Qué sucede al  mezclarlos?

- ¿Qué sucede al añadir água?

- ¿Cómo es la reacción exo o endotérmica?

-¿ De qué son los vapores de color morado?

-¿Cuál ha sido la función del agua?

B) DESCOMPOSICIÓN DEL AGUA OXIGENADA

El peróxido de hidrógeno concentrado es una sustancia peligrosamente reactiva, debido a que su descompo­sición para formar agua y oxígeno es sumamente exotérmica. La siguiente reacción termoquímica demuestra ese hecho:

2 H₂O₂ (l) → 2 H₂O (l) + O₂ (g)      ΔHº = −98,2 kJ/mol

 Pero esta reacción no ocurre de forma espontánea es necesario catalizarla, existe varios catalizadores como son: dióxido de manganeso, yoduro potásico, catalasa (enzima presente en la sangre), limaduras de hierro.

Material

-Probeta

-Barreño limpieza

-Detergente

-H₂O₂

_- KI

 Advertencias de seguridad
El agua oxigenada utilizada en el experimento es de alta concentración (30% en masa) por lo que debe manipularse con guantes pues su contacto es desagradable al producir quemaduras. Normalmente, la concentración de la que utilizamos en casa es de tan sólo 3% (3 gramos de H₂O₂ por cada 100g de agua)

Procedimiento

Se coloca la probeta en el interior del barreño. Se echan unos 30ml de agua oxigenada y unas gotas de detergente. A continuación se añade el yoduro de potasio, el oxígeno producido en la descomposición produce burbujas de detergente que van creciendo hasta salirse del contenido de la probeta.

Cuestiones

- ¿En qué se nota la producción de oxígeno?

-¿Cómo se podría detectar que el gas que se produce es oxígeno?

- ¿Qué sucede cuando se echa agua oxigenada a una herida?

-¿Qué sustancia actúa como catalizador, en la sangre?

-¿Por qué el agua oxigenada es desinfectante?

C) COMBUSTIÓN DE UN TERRÓN DE AZÚCAR

Si intentamos quemar un terrón de azúcar acercándole una cerilla o un mechero no arde, se funde. Sin embargo si lo embadurnamos bien con ceniza, arde con una llama azulada. La ceniza del cigarro actúa como catalizador de la combustión, posiblemente porque tiene carácter básico y en medio básico las oxidaciones se producen mejor.

En el primer caso, el azúcar se funde, aunque en realidad es una pirolisis, se puede observar el cambio de color del azúcar, de hecho ese caramelo no puede volver a cristalizar, sin embargo con la ceniza si que hay una combustión.

Material

-Terrón de azúcar

-Mechero de alcohol

-Pinzas metálicas

-Ceniza

Procedimiento

Se acerca el extremo del terrón a la llama  y se comprueba que no arde. Posteriormente otro terrón se introduce en la ceniza, y se vuelve a acercar a la llama, con lo cual arderá con una llama azulada.

Advertencia de seguridad

Ser cautelosos a la hora de trabajar con fuego.

D) FERMENTACIÓN DE LA GLUCOSA

Una disolución de glucosa se puede tener algunos días sin que fermente, pero si se le añade saliva, levadura o sal de frutas comienza a fermentar rápidamente produciendo etanol y dióxido de carbono.

El dióxido de carbono se puede reconocer haciéndolo pasar por una suspensión de hidróxido de bario porque se produce un precipitado blanco de carbonato de calcio.

Material

-Glucosa

-Levadura

-Hidróxido de bario

-Matraz

-Tubo desprendimiento de gases

Procedimiento

En un matraz se coloca aproximadamente 1 g de glucosa y 200 ml de agua, se tapa con un tapón que lleva un tubo de desprendimiento, se calienta y no se nota ninguna alteración. Si se le añade levadura se nota que comienza a producir efervescencia. El gas que se desprende se hace pasar por una suspensión de hidróxido de bario (se prepara con agua destilada) comprobando que se forma un precipitado blanco.

Cuestiones

-¿Cuál es la función de la saliva o la levadura?

-Escribir la reacción de fermentación

-Escribe la reacción del dióxido de carbono con el hidróxido de bario

-¿Qué fruta tiene una gran proporción de glucosa?

-¿Qué se puede obtener de esa fruta por fermentación?

-¿Se utiliza algún catalizador cuando se hace industrialmente?

-¿Por qué es peligroso bajar a una bodega cuando se están fermentando las uvas?

-¿Cómo se puede detectar si en la bodega existe una gran cantidad de dióxido de carbono?

E) HIDRÓLISIS DEL ALMIDÓN

El almidón está formado por la unión de muchas moléculas de glucosa que se combinan perdiendo una molécula de agua en cada unión. La glucosa se puede reconocer porque al tener un grupo aldehído es muy reductora y reduce el licor de Fehling, que deja de ser de color azul de la sal de cobre (II) para pasar a color rojizo del óxido de cobre(I).

Si el almidón reacciona con el agua se van rompiendo las uniones y se forman moléculas de glucosa, pero esta reacción, llamada hidrólisis, es muy lenta y necesita la presencia de un catalizador.

Como catalizador se pueden utilizar los iones hidrógeno de un ácido o la saliva.

Material

-Almidón

-Saliva o disolución de HCl

-Licor fheling A (3,5g de sulfato de cobre pentahidratado en 50cc de agua)

-Licor Fheling B (17,3 g de tartato de sodio y potasio tetrahidratado, 5 g de hidróxido de sodio, diluir a 50cc  con agua)

-Tubos de ensayo

Procedimiento

Se diluye el almidón en agua caliente que previamente se ha llevado a ebullición. Se echa esta suspensión en dos tubos de ensayo.

Al primer tubo se le añade 1o2 ml de Fheling A y la misma cantidad de Fheling B. Se anota la coloración.

Al otro tubo se le añade saliva o ácido, y se calienta al baño maría durante un minuto. Posteriormente se le añade el Fheling A y B, y se anota la coloración.

En el primero de los tubos la coloración seguirá siendo azul y en el segundo será entre amarillenta y rojiza, lo que demuestra que en el primero no ha habido hidrólisis y en el segundo si.

También se puede hacer la comprobación añadiendo a cada uno de los tubos unas gotas de una disolución de yodo, pero enfriando previamente el contenido de los tubos. En el que tiene almidón aparece la coloración azul del complejo del almidón con el yodo, y el que no tiene almidón porque se ha hidrolizado no aparece esa coloración.

Con esta práctica también podemos reconocer la glucosa en varios productos como puede ser: caramelos, gominolas, coca cola, etc

Cuestiones

-¿Qué sustancia son los reactivos?

-¿Qué sustancia actúa como catalizador?

-¿Por qué la reacción se llama hidrólisis?

-¿Por qué el pan sabe dulce cuando se mantiene mucho tiempo en la boca?

-¿Cómo se llamara la enzima que actúa en la digestión del almidón?

-Escriba la reacción de digestión del almidón

-¿Qué sustancia se detecta con el Fheling AyB?

F) CLORURO SÓDICO COMO CATALIZADOR EN LA REACCIÓN DEL SULFATO DE COBRE (II) CON ALUMINIO

Si a una disolución de sulfato de cobre (II) se le añade virutas de aluminio aunque se caliente no reacciona, sin embargo, si se le añade unos cristales de cloruro de sodio la reacción se produce rápidamente, decolorándose la disolución y apareciendo un precipitado de cobre.

Material

-Sulfato de cobre (II)

-Virutas de aluminio

-Cloruro de sodio

-Vaso 500 ml

-Varilla

Procedimiento

Se toma 0,5 g de sulfato de cobre (II) pulverizado en un vaso de 500 ml, en otro vaso pequeño las virutas de aluminio. Se añade 200ml de agua al  y se calienta para que se disuelva más rápidamente. A continuación se echan las virutas de aluminio. A pesar de que está caliente no se observa ninguna reacción. Si se añade unos cristales de cloruro de sodio (sal gorda de cocina) se produce rápidamente la reacción.

Los cristales de sal gorda activan las reacciones de prácticamente todos los metales, ya que tienen una acción decapante, rompen las películas de los óxidos o de otros compuestos que puedan recubrir los metales.

Cuestiones

-Escribir la reacción e indicar que cambios deben observarse si la reacción tiene lugar.

-¿Por qué el sulfato de cobre debe disolverse en agua y por qué se disuelve mejor si se calienta?

-¿Cómo se eliminaría el exceso de aluminio para quedarse solo con el cobre?

-¿Por qué el cobre que se obtiene al reaccionar no es brillante y que se debería hacer para que brille?

G) OXIDACIÓN DEL TARTRATO DE SODIO Y POTASIO CON AGUA OXIGENADA EN PRESENCIA DE UNA SAL DE COBALTO

El tartrato de sodio y potasio se oxida muy lentamente con agua oxigenada para producir dióxido de carbono cuando se calienta a 70ºC y se utiliza una sal de cobalto (II) como catalizador. Al añadir el cloruro la reacción se activa porque se forma el complejo entre el ión cobalto y el tartrato desapareciendo el color rosa del ión cobalto y produciéndose un color verde del complejo.

Cuando deja de producirse el dióxido de carbono, que indica que todo en tartrato se  ha oxidado y ya no hay tartrato, aparece de nuevo el color rosa de la sal. De esta forma se comprueba que el catalizador no se gasta en la reacción.

Material

-Tartrato de sodio y potasio

-Cloruro de cobalto (II)

-Peróxido de hidrógeno

Procedimiento

Disolver 5 g de tartrato de sodio y potasio en 60 ml de agua destilada. Se mezcla con 20 ml de agua oxigenada del 3% y se calienta a unos 70ºC. Comienza la reacción muy lentamente pero si se añaden 0,2 g de cloruro de cobalto (II) disuelto en 5 ml de agua inmediatamente se activa la reacción pudiendo comprobar los cambios de color rosa-verde-rosa.

Cuestiones

-¿Cómo comprobamos la oxidación del tartrato?

-¿Qué sustancia actúa de catalizador?

-¿Qué significan los cambios de color rosa-verde-rosa?

-¿Cómo se que el catalizador no es un reactivo de la reacción?