Dicromato de amonio: un “volcán químico” muy realista

Se han diseñado muchas recreaciones de volcanes en el laboratorio, pero quizá pocas de ellas son tan simples y al mismo tiempo realistas como la delvolcán de dicromato de amonio, que se puede realizar como nos cuenta B. Z. Shakhashiri en Chemical Demonstrations: A Handbook for Teachers of Chemistry, Vol. 1, University of Wisconsin Press, 1986, pp. 81-82. Aunque esta reacción no tiene nada que ver con la química de las erupciones volcánicas, el efecto es espectacular. Traducimos las explicaciones que da la web Chemistry.about.com para la construcción de un volcán de este tipo, advirtiéndole de que si usted decide llevarlo a la práctica debe tomar las necesarias medidas de seguridad y de que, en cualquier caso, lo hace a su propio riesgo. (Mejor, vea los vídeos de más abajo, que es más seguro    .)Introducción

La “erupción” de un volcán de dicromato de amonio [(NH4)2Cr2O7] es un experimento químico clásico. Esta sustancia se pone al rojo y chispea cuando se descompone produciendo abundante ceniza de dióxido de cromo (III). El experimento es muy fácil de preparar y llevar a cabo.

La descomposición del dicromato de amonio comienza a 180°C y se autosostiene cuando alcanza aproximadamente los 225°C gracias a una vigorosa reacción de oxidación-reducción en la que el oxidante (Cr6+) y el reductor (N3-) se encuentran en la misma molécula.

(NH4)2Cr2O7 → Cr2O3 + 4 H2O + N2

El experimento se puede hacer en un lugar iluminado u oscuro.

Materiales

Unos 20 gramos de dicromato de amonio Una bandeja o losa cerámica con arena que se colocarán bajo una campana

extractor (también puede ser un embudo de porcelana grande para colocarlo en un matraz de fondo redondo de 5 litros)

Un mechero Bunsen, o un encendedor normal o una simple cerillaProcedimiento

Si se dispone de campana extractora:

1. Apilar el dicromato de amonio en forma de cono volcánico sobre la losa o la bandeja con arena en el fondo.

2. Calentar con una cerilla (lo más larga posible) la parte superior de la pila hasta que surja una llama que se mantiene, o bien mojar la parte superior de la pila con un líquido inflamable (etanol, acetona) y encenderlo con un mechero o una cerilla.Si no se dispone de campana extractora:

1. Verter el dicromato de amonio en el fondo de un matraz de fondo redondo de 5 litros. .

2. Tapar el matraz con un embudo de filtración (para que el óxido de cromo que se forma no salga al exterior).

3. Calentar el fondo del matraz con un mechero Bunsen para iniciar la reacción.Advertencias de seguridad

El cromo III y el cromo VI, así como sus compuestos (como el dicromato de amonio) son carcionógenos. Además, el cromo puede irritar las mucosas. Por lo tanto, realizar este experimento en un lugar bien ventilado (preferiblemente, con campana extractora) y evitar el contacto de estos productos con la piel y su inhalación. Conviene usar guantes y gafas de protección cuando se manipule el dicromato y se realice el experimento.

En los siguientes vídeos se puede ver cómo se ha realizado este experimento

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EL VOLCÁN:

DESCOMPOSICIÓN DE DICROMATO POTÁSICO

Introducción

El dicromato amónico, (NH4)2Cr2O7, a altas temperaturas, se

descompone espontáneamente en óxido de cromo (III), nitrógeno y

agua, según la reacción:

(NH4)2Cr2O7 → Cr2O3 + N2(g) + 4 H2O(g)

En la práctica, la reacción se puede iniciar quemando una cinta

de magnesio introducida en los cristales de color naranja que forma el

dicromato amónico cristalizado. Al quemar el Mg se produce una

reacción exotérmica:

Mg + ½ O2 → MgO (sólido blanco) ∆Hº << 0

El calor producido en esta reacción es suficiente para iniciar la

descomposición del dicromato amónico que se autooxida y reduce:

Oxidante,

Cr2O7

2- + 8 H+

+ 6 e- → Cr2O3 + 4 H2O (reacción de reducción)

Reductor,

2 NH4

+ → N2 + 8 H+

+ 6 e-

(reacción de oxidación)

La reacción global continúa hasta agotarse el dicromato debido

al propio calor desprendido durante el proceso. El hecho de que la

temperatura se mantenga alta durante el mismo nos indica que se

trata de un proceso exotérmico, donde ∆Hº < 0.

Por otro lado, se trata del paso de un sólido cristalino, el

(NH4)2Cr2O7, de color naranja, a otro sólido poco denso y esponjoso

que ocupa un volumen mucho mayor, el Cr2O3, de color verde oscuro, y

dos gases. Por ello, el desorden del sistema aumenta durante el

proceso (es decir, ∆Sº > 0).

Como ∆Gº = ∆Hº - T∆Sº, en estas condiciones ∆Gº < 0 y, por lo

tanto, la reacción es espontánea. 2

El dicromato potásico es metaestable a temperatura ambiente,

igual que el diamante. Sin embargo, al aumentar la temperatura pierde

su estabilidad interna y se favorece la cinética de descomposición. La

reacción es favorable termodinámicamente, pero a temperatura

ambiente su cinética está desfavorecida.

Objetivo

En esta práctica vamos a observar la descomposición del

heptaoxodicromato (VI) de diamonio (tradicionalmente denominado

dicromato amónico) por medio de un proceso químico exotérmico en

que este sólido cristalino de color naranja se transforma en un

compuesto poco denso y esponjoso de color verde oscuro (óxido de

cromo (III)) más dos gases (nitrógeno y agua) simulando la erupción

de un volcán.

Material y Reactivos

• Cápsula de porcelana grande sobre la que se lleva a cabo la

reacción (se puede sustituir por un plato de porcelana).

• Vitrina para gases

• Gafas de seguridad

• Guantes

• Cinta de Mg.

• Dicromato amónico.

• Cerillas

• Tijeras

• Papel de filtro

• Plástico

Procedimiento

El experimento se realizará bajo la atenta vigilancia de un profesor

utilizando bata de laboratorio, gafas de seguridad y guantes:

1. Colocar el plástico sobre la mesa de laboratorio, en el interior

de una vitrina, para facilitar la recolección de residuos y, sobre

él, dos láminas de papel de filtro. Situar encima la cápsula de

porcelana. 3

2. Colocar dicromato amónico en la cápsula de porcelana formando

una pequeña montaña.

3. Clavar en el centro la cinta de Mg, deshilachada por el extremo

superior con unas tijeras. Prenderla con ayuda de una cerilla.

4. Observar lo que ocurre.

Explicación

En las fotografías se observa el desarrollo del proceso:

El óxido de Cr (III) que se va formando sale del centro de la

montaña de dicromato amónico en forma de pavesas que se depositan

en el borde y van creciendo hasta formar lo que parece el cráter de

un volcán en cuyo centro la alta temperatura produce incandescencia,

observándose de color rojo encendido.