Serpiente de Carbono

¡BIENVENIDOS A LA SERPIENTE DEL CARBONO!

¡Bienvenidos a un fascinante viaje al mundo de la química! En este emocionante experimento, vamos a explorar la reacción entre el dulce azúcar y el poderoso ácido sulfúrico. Veremos una transformación asombrosa donde el azúcar y el ácido reaccionan (acaloradamente) y acaban convirtiéndose en diversos compuestos . ¿Están listos para sumergirse en este intrigante viaje químico? ¡Entonces, adelante, empecemos a descubrir los secretos ocultos detrás de esta emocionante reacción!

Figura 1: Azúcar tras la adición de H2SO4 [1]

INTRODUCCIÓN

La reacción que estamos a punto de presenciar es el resultado de una interacción entre el azúcar blanco y un agente químico poderoso: el ácido sulfúrico, una sustancia altamente corrosiva y reactiva, la cual se convertirá en el catalizador de esta reacción asombrosa.

A medida que el ácido sulfúrico se encuentra con el azúcar, se desencadena una reacción exotérmica es decir, una reacción que libera calor.

A medida que esta reacción exotérmica progresa, observaremos cómo el azúcar se descompone y se carboniza, dando como resultado una transformación de su estructura y apariencia. La masa esponjosa que emerge, de un color negro intenso, parece desafiar la gravedad misma al elevarse verticalmente en el aire, creando un efecto visual impresionante. Sin embargo, detrás de esta apariencia sorprendente se encuentra la ciencia pura y la química en acción.

A medida que exploramos este emocionante experimento, descubriremos cómo los reactivos se combinan, los enlaces químicos se rompen y se forman, y la energía se libera en forma de calor. Además de la espectacularidad visual, esta reacción también nos proporcionará una oportunidad para reflexionar sobre la importancia de comprender y respetar las propiedades y riesgos de las sustancias químicas con las que interactuamos en la vida cotidiana.

                                                                            MATERIALES

Para realizar el siguiente experimento se utilizarán los siguientes materiales:

• Espátula, varilla 

• Vaso de precipitado (cualquier recipiente de cristal cilíndrico)

• Ácido sulfúrico concentrado

• Azúcar ( sacarosa )

Figura 3: Varilla[3]

Figura 2: Vaso de precipitado[2]

Figura 4: Sacarosa [4]

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

A continuación, se mostrarán los pasos que hay que seguir (con precaución) para realizar este divertido y asombroso experimento:

1º paso: Echar en un vaso de precipitado (o tu recipiente de cristal) azúcar, cubriendo un cuarto de su capacidad.

2º paso: Añadir ácido sulfúrico (con mucho cuidado) en un lugar aireado si es posible y con ayuda de la espátula remover la mezcla hasta formar una masa espesita.

Tras añadir el ácido sulfúrico sobre el azúcar, se ha producido una reacción de deshidratación. Se trata de una reacción donde el ácido sulfúrico coge el agua que haya en el azúcar y se lo quita, de manera que el azúcar pasa de blanco (hidratado) a negro (deshidratado).

C12H22O11 (s) + H2SO4 (cc) + 1/2 O2  (g) → 11 C (s) + CO2 (g) + 12 H2O (g) + SO2 (g) (h)

Este proceso produce cambios en la estructura inicial del azúcar al quitarle el agua, se ha podido ver que el azúcar aumenta su tamaño considerablemente y además la reacción libera calor (reacción exotérmica) y vapores.

¡Es muy importante emplear ácido sulfúrico concentrado!, ya que si este se encuentra diluido, no dará lugar la reacción (a continuación, se mostrará una imagen que explica esto);

Figura 5: Diferencias en la reacción empleando ácido sulfúrico diluido y concentrado [5]

A continuación hablaremos sobre el estado físico de los reactivos, aquellos que se encuentran en el lado izquierdo de la ecuación química, y de los productos, situados en el lado derecho de la misma.

Reactivos

• C12H22O11 : La sacarosa es un compuesto sólido a temperatura ambiente. Se trata del azúcar que podemos encontrar en cualquier supermercado, el cual, es de color blanco.

• H2SO4 : El ácido sulfúrico es un líquido altamente corrosivo e incoloro incoloro, en otros términos, no tiene color. Es un líquido super peligroso, por lo que hay que tener muchísimo cuidado al usarlo, aunque en esta ocasión se encuentra acuoso, es decir, disuelto en agua.

• O2 : El oxígeno es un gas que se encuentra en la atmósfera (aire que respiramos) y por tanto, no hace falta añadirlo como reactivo.

Productos

• C: El carbono se encuentra en estado sólido a temperatura ambiente, cuyo color es negro.

• CO2: El dióxido de carbono es un gas que se produce en la reacción. Es un componente común en la atmósfera y es un subproducto de la combustión de materia orgánica.

• H2O: El agua es un líquido a temperatura ambiente, pero en este caso se encuentra como gas o vapor debido al calor liberado por la reacción.

• SO2: El dióxido de azufre, es un gas que se produce en la reacción como subproducto entre la reacción del ácido sulfúrico y el azúcar.

3º paso: Observar y presenciar los cambios que se producen.

       

VÍDEO

Vídeo 1: Reacción [1.1]

¿CUÁLES SON LAS PROPIEDADES DEL ÁCIDO SULFÚRICO Y DEL AZÚCAR?

• Ácido sulfúrico:

El líquido incoloro y denso conocido como ácido sulfúrico (con una densidad de 1,84 g/cm3 a 20ºC) tiene las siguientes propiedades físicas:

Su punto de ebullición se sitúa en 290ºC, momento en el que se descompone en forma gaseosa, siguiendo la reacción:

                                                                H2SO4 -> SO3 (g) + H2O (g)       (a)

Presenta un alto nivel de corrosividad y, al ser soluble en agua, desencadena una reacción exotérmica al entrar en contacto con este líquido, generando calor en el proceso.

El punto de congelación se alcanza a una temperatura de 10ºC, mientras que a temperaturas elevadas, puede volatilizarse, emitiendo vapores peligrosos.

El ácido sulfúrico exhibe propiedades químicas destacable, tales  como:

    

Propiedad Ácida: Se trata de un ácido diprótico que, en solución, genera dos iones distintos: el hidrógeno sulfato (HSO4-) y el ion sulfato (SO4-2), conforme a las siguientes reacciones:

 H2SO4 (acu) + H2O (l) --> H3O+ (acu) + HSO4- (acu)       (b)

 HSO4- (acu) + H2O (l) --> H3O+ (acu) + SO4-2 (acu)         (c)

Acción Deshidratante: Posee una alta capacidad deshidratante que no solo extrae agua de compuestos químicos, tejidos animales y vegetales, sino que al contacto directo, provoca su destrucción. Esta acción se extiende a sustancias como azúcares (como se observa en este experimento), papel y fibras textiles vegetales, evidenciado por la reacción:

CH3CH2OH (etanol) + H2SO4 (cc) → CH2 =CH2 + H2O (d)

 

Propiedad Oxidante: Actúa como agente oxidante. Puede disolver metales como cobre y plomo, pero no afecta a metales nobles como oro y platino. Su capacidad oxidante se maximiza en concentraciones altas y temperaturas elevadas. Esta capacidad se refleja en las siguientes reacciones:

SO3 > H2SO4 > HSO4- > SO4 2-

Diluido: H2SO4 + Zn --> ZnSO4 + H2          (e)

Concentrado y caliente:  2 H2SO4 + 2 Cu --> CuSO4 + SO2+ 2 H2O        (f)

Muy concentrado y caliente: H2SO4 + 4 Cu + 6 H+ --> 3 Cu 2+  + CuS + 4 H2O       (g)

• Azúcar:

Este compuesto presenta diversas propiedades físicas distintivas:

Su apariencia se da como cristales blancos o en forma de un polvo muy fino. Destaca por su alta solubilidad en agua, facilitando su disolución en este solvente. Posee un punto de fusión que alcanza los 186ºC y una densidad específica de 1,587 g/cm3, características que definen su comportamiento físico en estado sólido.

Es importante considerar que este compuesto tiende a absorber humedad del entorno, lo que puede conducir a la formación de grumos si no se almacena en condiciones secas y adecuadas. Además, su particularidad se manifiesta en un sabor dulce, atributo que lo distingue en el ámbito sensorial.

Las propiedades químicas de este compuesto, una combinación de glucosa y fructosa, abarcan:

Hidrólisis: Bajo la acción de un ácido o enzimas específicas, se descompone en sus dos monosacáridos constituyentes, en glucosa y fructosa.

Reacciones de Reducción: Puede someterse a reacciones de reducción para formar alcoholes de azúcar, como sorbitol y manitol, empleados en las industrias alimentarias y farmacéuticas.

Fermentación: En presencia de levaduras u otros microorganismos, la sacarosa se transforma en alcohol etílico y dióxido de carbono a través de procesos de fermentación.

Reacción de Maillard: Participa en las reacciones de Maillard con aminoácidos, generando compuestos que contribuyen a los sabores y aromas característicos de la cocción, especialmente en la panificación y tostado de alimentos.

Caramelización: A altas temperatura, la sacarosa se descompone en productos de caramelización.

 

APLICACIONES

Esta reacción tiene varias aplicaciones, a continuación se mostrarán algunas de ellas:

• Enseñanza y Aprendizaje: Esta reacción se utiliza en laboratorios y en demostraciones para ilustrar conceptos químicos importantes, como las reacciones exotérmicas, la descomposición térmica de compuestos y la formación de productos sólidos a partir de sustancias líquidas.

• Desarrollo de Habilidades: Los estudiantes pueden aprender sobre el manejo seguro de sustancias químicas, técnicas de laboratorio y observación de reacciones químicas a través de esta demostración.

• Promoción del Interés en la Química: Experimentos visuales y llamativos como este pueden aumentar el interés de los estudiantes en la química y la ciencia en general, al mostrar el lado emocionante y sorprendente de la disciplina.

• Demostraciones de Seguridad: También puede utilizarse como una demostración de la importancia de tomar precauciones y seguir las normas de seguridad al trabajar con sustancias químicas corrosivas y peligrosas, como el ácido sulfúrico.

                                                                PRECAUCIONES A SEGUIR

Cuando se realiza una reacción exotérmica es necesario tomar una serie de precauciones:

        1- Usar equipo de protección personal.

        2- Realizar la reacción en un área ventilado.

        3- Controlar y evitar el sobrecalentamiento.

        4- Utilizar recipientes adecuados y resistentes al calor.

        5-Mantener una distancia de seguridad.

        6- Tener un extintor cerca.

        7-Supervisar la reacción en todo momento.

PULSA y encontrarás información del Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo donde se explica detalladamente que es una reacción exotérmica y cuales son los factores de riesgo y prevención.

 Referencias:

https://interlab.mx/pdf/interes/acido-sulfurico.pdf (Acceso: 12/2023)

https://www.quimitube.com/deshidratacion-azucar-sacarosa-con-acido-sulfurico/ (Acceso 12/2023)

Fuentes:

• Fuentes de Figuras:

[1]https://www.mozaweb.com/es/mozaikVideo/KEM/szerves/cukor_roncsolasa_kensavval/es/cukor_roncsolasa_kensavval_pre.jpg         (Acceso: 12/2023)

[2] https://www.freeimages.com/es/vector/beakers-4818497    (Acceso: 12/2023)

[3]https://norces.com/producto/varilla-de-vidrio-maciza-7-x-300-mm/    (Acceso: 12/2023)

[4]https://www.klipartz.com/es/search?q=sacarosa     (Acceso: 12/2023)

[5]https://www.google.com/url?sa=i&url=https%3A%2F%2Fgoaravetisyan.ru%2Fen%2Ftemperatura-kipeniya-kislot-sernaya-kislota-himicheskie-svoistva%2F&psig=AOvVaw1kyk1qg8nQHCOq95nJmAIG&ust=1702334954834000&source=images&cd=vfe&opi=89978449&ved=0CBEQjRxqFwoTCNio-YT6hYMDFQAAAAAdAAAAABA_        (Acceso: 12/2023)

• Fuentes de Vídeos:

[1.1] https://youtu.be/gRYh5mrDdQs?si=qe0mLvlrxNDohv0H        (Acceso 12/2023)

Rocío Guadalupe Cabrera

Lucía Cubero Villa

4º Grado Química

Universidad de Córdoba