Descripción breve:
La adición de una pequeña cantidad de glicerina a un montón de óxido de hierro (III), polvo de aluminio y permanganato de potasio produce una llama, chispas y hierro fundido.
Propósito/Objetivo:
Ilustra el concepto de reacciones exotérmicas, la metalurgia del hierro y la energía de activación.
Explicación del experimento:
La reacción del óxido de hierro (III) y el aluminio puede representarse mediante la ecuación:
Fe2O3 (s) + 2 Al (s) → Al2O3 (s) + 2 Fe (s)
Esta reacción pertenece a una clase de reacciones conocidas como proceso de «termita», que se ha utilizado industrialmente para la soldadura, la preparación de metales a partir de sus óxidos y la producción de dispositivos incendiarios. El proceso se inicia con calor, pero luego se vuelve autosuficiente.
La reacción de la termita se inicia con el calor liberado por la mezcla de permanganato de potasio y glicerina. El uso de la ignición de la cinta de magnesio para iniciar la reacción deseada no es tan fiable como el dado.
Preparación de los materiales:
- 50 – 55 g de polvo de óxido de hierro (III), Fe2O3
- 15 g de polvo de aluminio
- 20 – 25 g de permanganato de potasio, KMnO4
- 5 – 6 mL de glicerina (glicerol), C3H5(OH)3
- Scoopula
- 2 macetas de terracota, ca. 2 ½ in. de diámetro interior en la parte superior con un agujero de 1 cm en el fondo
- Papel filtrante o toalla de papel que se ajuste al fondo de una maceta
- Anillo de hierro con un diámetro interior de 6 – 7 cm
- Soporte de anillo de 1 m
- Placa de cemento – resistente al calor – ca. 1 m x 1 m
- Cubo metálico grande lleno de arena seca
- Escudo de seguridad transparente
- Vaso de precipitados de 10 mL
- Pinzas
- Guantes de protección contra el calor
Esta demostración debe realizarse únicamente en una sala grande y bien ventilada o al aire libre. La reacción produce una gran cantidad de humo. Pueden lanzarse chispas a 2 m en vertical y 5 m en horizontal. Mantenga el material inflamable alejado de la zona de experimentación. Coloque un trozo de toalla de papel o papel de filtro sobre la abertura inferior de una vasija de arcilla y coloque esa vasija dentro de la otra vasija de arcilla. Mezcla íntimamente el óxido de hierro (III) y el polvo de aluminio. Vierta la mezcla en la olla. Forme una pequeña hendidura en forma de cono en el centro de la mezcla, de unos 2 cm de profundidad y de 1 a 2 cm de longitud. 2 cm de profundidad y 1 – 2 cm de ancho. Llene esta hendidura con 20 – 25 g de cristales de permanganato de potasio. Forme otra pequeña hendidura en forma de cono en los cristales de KmnO4.
Coloque los recipientes de arcilla dentro de un anillo metálico sujeto a la parte superior de un soporte de anillo. Coloque el soporte de anillo en el centro de la placa de cemento resistente al calor. Para atrapar el hierro fundido, coloque un baño de arena aproximadamente 1 m por debajo del recipiente de reacción. Utiliza el escudo de seguridad para protegerte de las chispas.
Presentación:
Coloca 5 – 6 mL de glicerina en un vaso de precipitados pequeño. Verter rápidamente la glicerina sobre la depresión de los cristales de KMnO4. Retroceder inmediatamente. La ignición de la mezcla se consigue en unos 15 segundos. Se producen llamas, chispas, humo y polvo. El hierro fundido sale por el agujero de la olla hacia el baño de arena. Una vez terminada la reacción, utilice unas pinzas para recoger el hierro blanco caliente. Deje que el hierro se enfríe antes de tocarlo.
Peligros:
Esta demostración produce un calor intenso y metal fundido. Un extintor debe estar disponible en todo momento. No debe utilizarse agua para extinguir la reacción, ya que la adición de agua al hierro caliente produce gas hidrógeno potencialmente explosivo. Dado que los incendios resultantes de las reacciones de termita pueden ser difíciles de controlar, los productos químicos no deben utilizarse en cantidades mayores que las sugeridas. Debe utilizarse un escudo de seguridad para protegerse de las chispas. Se debe tener cuidado para evitar la exposición al hierro fundido. Deben usarse guantes de protección contra el calor, y los productos calientes deben manipularse sólo con pinzas. Manipule el KMnO4 con mucho cuidado, ya que pueden producirse explosiones si se pone en contacto con sustancias orgánicas u otras fácilmente oxidables, ya sea en solución o en estado seco. Debido al humo y al polvo que se desprende, la demostración debe realizarse en una sala bien ventilada al final de la clase.
Disposición:
Deje que los sólidos producidos se enfríen a temperatura ambiente. Todos los sólidos pueden ser raspados en un contenedor de residuos. La maceta interior se agrieta invariablemente y no debe reutilizarse.
Vídeo:
Concepto general:
- Termodinámica
Tipo de reacción:
- Exotérmica