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Los halógenos tienen siete electrones en su capa más exterior; por lo tanto, sólo necesitan uno más para formar un octeto estable. Esto les confiere una alta afinidad electrónica.
La Energía de Activación, es la energía requerida por las partículas reaccionantes para que puedan colisionar con fuerza suficiente para iniciar la reacción. Muchas reacciones requieren altas temperaturas para que se puedan iniciar, pero otras como las que suceden con los halógenos y los hidrocarburos insaturados, tienen energías de activación lo suficientemente bajas para que la reacción tenga lugar espontáneamente a temperatura ambiente.
Fundamento.
El carburo cálcico reacciona con agua para formar acetileno.
o CaC2 + 2 H2O --> C2H2 + Ca(OH)2
o
o El cloro reacciona espontáneamente con el acetileno cuando sus respectivas burbujas entran en contacto mutuo liberando energía. Se podría suponer la adición de cloro al triple enlace del acetileno de modo similar a como sucede cuando están en forma diluida, pero el cloro obtiene iónes hidrógeno para formar HCl siempre que estén en contacto mutuo. También se forma negro de humo (hollín).
o
o C2H2 + Cl2 --> 2 HCl + 2 C (negro de humo)
o
Considerando que muchas reacciones exotérmicas como la combustión del hidrógeno o del metano requieren una chispa para iniciar el proceso, la reacción entre el cloro y el acetileno posee una energía de activación lo suficiente mente baja que la temperatura ambiente sea “lo suficientemente caliente” para que la reacción tenga lugar espontáneamente.
Cuestiones de seguridad.
Realizar la experiencia en un lugar del laboratorio bien ventilado, preferiblemente bajo vitrina. No lo intente nunca sin buena ventilación.
Observar las normas adicionales de seguridad.
El cloro es tóxico y muy nocivo, no debe ser inhalado bajo ningún concepto.
El acetileno es un gas inflamable y tóxico.
Tener siempre disponible un extintor.
Usar guantes.
El carburo cálcico reacciona con cualquier sustancia que contenga agua, incluyendo los ojos. Manejar con precaución.
Realización.
Cortar un tubo de vidrio unos 10 cm más largo que la altura de la probeta graduada y utilizarlo para realizar el montaje de la probeta llena de agua e invertida sobre un recipiente de base ancha como un cristalizador.
Llenar la probeta graduada con agua corriente hasta uno o dos cm de la parte superior. Dentro de la vitrina colocar 100 ml de solución de hipoclorito sódico NaClO, en el matraz y añadirle con cuidado unos 20 ml de ácido clorhídrico 3M (el concentrado es aproximadamente 12 M) Precaución: Estas dos sustancias cunado entran en contacto producen gas cloro, especialmente cuando se agita el matraz. Colocar un tapón al que se le ha realizado previamente un orificio, e insertar por el la varilla de vidrio.
Agitar el matraz ligeramente hasta que aparezcan dos o tres burbujas de gas en el tubo. Las burbujas no deben formarse en flujo constante, únicamente se deben generar al agitar el matraz.
En caso de que la formación de gas cloro sea insuficiente, agitar de nuevo el matraz, y si aún se formase en pequeña cantidad, añadir otros 10 ml de HCl. Volver a agitar suavemente. Solo se precisan unas pocas burbujas de gas. Traslade el montaje a un lugar espacioso y con visibilidad, pero asegúrese de que existe buena ventilación para dispersar el exceso de gas cloro que se pueda formar. Dejar caer dos trocitos del tamaño de un guisante de carburo cálcico en el agua. Tenga presente que la formación y desprendimiento de gas acetileno es instantáneo. Por razones de seguridad es importante limitar la cantidad de carburo cálcico al valor citado.
Agitar suavemente el matraz y situar el tubo de vidrio por la parte inferior de la probeta invertida para que las burbujas de gas cloro puedan entrar en contacto con las de gas acetileno. Atenuar la intensidad de la luz ambiental para poder observar el impacto luminoso de la reacción.
Si se desea grabar la reacción tenga presente que los destellos luminosos tiene lugar en 1/30 de segundo y una videocámara puede ralentizarse su velocidad de obturación hasta 0,10 segundos, con lo que muchos destellos pueden perderse, aun cuando puedan registrarse los chasquidos de las mismas.
Agitar la probeta ligeramente para facilitar la reacción, siempre que las burbujas puedan quedar adheridas a la superficie interior de la misma, a la vez que se favorece la probabilidad de que colisionen entre si.
Encender la luz para observar los productos de la reacción.
Tan pronto como haya terminado la reacción, añadir cualquier solución alcalina a la solución de hipoclorito y trasladar todo el montaje a una vitrina.
Observar en que fase tiene lugar la reacción entre el cloro y el acetileno y que productos se forman incluyendo la aparición de un precipitado.
Tener absolutamente presente de que únicamente se generen pequeñas cantidades de acetileno y de que no existan bajo ningún concepto la presencia de cualquier llama u otra forma de elementos de ignición en la proximidad del experimento. Aunque el acetileno y el oxígeno reaccionan con explosión, no sucede nada cuando burbujas de ambos gases entran en contacto, puesto que éstas precisan una mayor energía de activación.
El actual experimento puede resultar peligroso si lo realizan manos inexpertas. Seguir estrictamente las normas de seguridad recomendadas a continuación:
El cloro es tóxico y nocivo para la salud. El acetileno es inflamable y tóxico. Trabajar en una zona bien ventilada, preferiblemente bajo vitrina.
Usar guantes, recordar que el carburo cálcico reacciona con cualquier sustancia que contenga agua, inclusive los ojos.
Si no se puede realizar la experiencia bajo vitrina, emplear una trampa para cloro.
Colocar una bolsa de plástico en la boca de la probeta y afianzarla mediante una gomilla a su alrededor. Realizar un agujero a través de la misma para que pueda pasar el tubo que lleva el gas cloro y realizar otro en otra algo mas retirado de éste para colocar otro tubo de vidrio para conducir la salida del gas cloro a un matraz conteniendo una disolución de tiosulfato sódico. Inmovilice ambos tubos mediante una cinta adhesiva. Utilice exclusivamente los dos trocitos de carburo cálcico que se indican. El acetileno es un gas inflamable y explosivo.
Materiales requeridos:
1 g de carburo calcico, (CaC2).
100 ml de lejía blanqueadora (solución de hipoclorito sódico NaClO al 5 %).
30 ml de ácido clorhídrico 3 M (añadir 250 ml de ácido clorhídrico concentrado 12 M a unos 450 ml de agua. Después de mezclar, diluir hasta 1000 ml con agua).
40 ml de NaOH 3 M. (disolver 120 gramos de hidróxido sódico, NaOH en unos 500 ml de agua. Añadir el sólido al agua lentamente con agitación constante. Si se añade rápidamente se forma una costra sólida que tardará mas tiempo en disolverse. Diluir hasta 1 litro con agua).
Solución de tiosulfato sódico (anticloro). Disolver 149 g de tiosulfato sódico pentahidratado, Na2S2O3•5 H2O en agua hasta un volumen total de 200 ml.
Tubo de plástico o de vidrio de unos 3 a 5 mm de diámetro exterior.
Tubo de plástico de 2 a 4 mm de diámetro interior.
Matraz de 250 ml provisto de un tapón con orificio.
Una vez finalizada la demostración, añadir la solución alcalina a la lejía de hipoclorito para detener la formación de gas cloro. Colocar el matraz en una vitrina. Esta solución puede neutralizarse y diluirse con abundante agua corriente.
Colocar la probeta en una vitrina hasta que se descomponga totalmente el carburo cálcico. Desechar finalmente la solución.
Conservar el carburo cálcico sólido no utilizado, en un envase bien cerrado y en lugar seco.
Durante el experimento se forma hollín, una forma esponjosa de carbón en la parte superior de la probeta. Se puede limpiar fácilmente. Si se ha utilizado agua corriente algo dura, se formará un precipitado blanco de hidróxido de calcio.
Aún a pesar de ser reiterativo, quiero insistir que, en los experimentos de química se deben extremar las precauciones TOMANDO BUENA NOTA de los aspectos siguientes:
--No experimentar por vuestra cuenta, consultar siempre en cuestiones como.... que sucedería si mezclo tal sustancia con ésta otra.--En principo todas las sustancias químicas deber considerarse como peligrosas, salvo que se indique lo contrario. -- Experimentar siempre con pequeñas cantidades.-- No oler nunca ningun frasco, oler siempre su tapón.-- Protegeros la vista siempre, o trabajar tras una mampara de vidrio.-- Tratar de no respirar los gases que a veces se desprenden de algunas reacciones químicas, o hacerlo siempre al aire libre.-- Manteneros alejados de fuentes de calor o llamas ( a menos que se diga lo contrario), pues algunas sustancias químicas son altamente inflamables y/o explosivas.-- Si os cae en la piel algún producto químico, lavaros inmediatamente con abundante agua y jabón. En fin creo haberos dados las precauciones mas elementales. En química todas las precauciones son pocas y en caso de duda. CONSULTAR SIEMPRE.
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