Trabajo Práctico N°2:

Reacciones Exotérmicas



Introducción
En este informe se presentarán los resultados de dos experimentos llevados a cabo con el fin de observar y demostrar qué son las reacciones de oxidación o exotérmicas. Las reacciones de esta naturaleza son aquellas que transcurren generando calor, es decir, que liberan energía. Este desprendimiento puede ser violento o, en las más débiles, lento y progresivo; pero incluso así pueden descontrolarse fácilmente, por lo que se consideran altamente peligrosas.
Considerando A, B, C, y D sustancias genéricas, el esquema general de una reacción exotérmica sería el siguiente:
A + B → C + D ∆r H < 0

En éste se puede ver lo anteriormente mencionado, pues, en efecto, los niveles de energía de los reactivos (A y B) son mayores que los de su producto (C y D). Ahora bien, ¿a qué se debe el desprendiendo o pérdida de energía? Si en un sistema de reacción la velocidad de generación de calor es superior a la que éste se elimina, entonces la temperatura de los reactivos comienza a aumentar considerablemente. Debido a este aumento, la reacción se acelera y con ella la velocidad del desprendimiento de calor, conduciendo a un posible descontrol térmico producto del autocalentamiento del proceso químico. Las consecuencias de dicho calentamiento son tan diversas como sus causas (que se entienden como la combinación de dos o más factores específicos que pueden ser, por ejemplo, eliminación insuficiente del calor generado y perdida de solvente), pero las más comunes son la formación de espuma, vapor, y aumento en la presión que, en la mayoría de los casos, conducen a una explosión llamada, en este caso, térmica. (Carlos Fortuny Sendrós, 2004, "Modelización y Control de Temperatura de un reactor "Batch" para un Proceso Químico Exotérmico", páginas 7 y 8).

Objetivos
Los objetivos de este trabajo serán:
 Llevar a cabo una reacción química en un ambiente controlado.
 Observar que es una reacción exotérmica
 Demostrar cómo se producen
 Comparar los dos experimentos realizados con distintas sustancias.
Materiales
❖ Dos morteros de porcelana
❖ Dos cucharas metálicas
❖ Una espátula
❖ Guantes de látex
❖ 4 gr de Permanganato de potasio (KMnO4)
❖ 3 cm3 Ácido sulfúrico (H2SO4)
❖ Un par de pinzas
❖ Varias piezas de algodón
❖ Etanol o alcohol etílico
❖ Azufre pulverizado.
Métodos/Procedimientos
En primera instancia, se colocó el primer mortero sobre la mesa y se vertieron 2 gr de permanganato de potasio utilizando una cuchara metálica, asimismo, se agregó despacio con un gotero el ácido sulfúrico. Por otra parte, se tomó un trozo de algodón con una pinza y se humedeció con etanol, para llevarlo rápidamente hacia el mortero. Este procedimiento se repitió siete veces.
Para la segunda experiencia, se realizó el mismo procedimiento utilizando los mismos utensilios. A diferencia del experimento anterior, una vez lista la mezcla, se le agregó lentamente el azufre pulverizado con una espátula metálica.


Observaciones
Se deberá tener precaución al usar el ácido sulfúrico ya que, al ser 95% puro, resulta altamente peligroso. Por esta razón, será necesario utilizar guantes y un gotero para prevenir reacciones violentas u otros posibles accidentes. También se deberá procurar realizar siempre en un laboratorio con la supervisión de un profesional de la química.
Resultados
En ambos casos, cuando el permanganato de potasio entró en contacto con el ácido sulfúrico, se liberó una pequeña cantidad de vapor y se produjo una combustión dentro del mortero, que liberó humo oscuro y lo manchó de hollín.
En el primer experimento, la descarga de energía se dio de forma repentina y, la combustión, como una explosión. Ya que el procedimiento de liberar energía con el etanol se repitió varias veces, se pudo observar cómo la fuerza de reacción fue disminuyendo cada vez.
En el segundo, la combustión fue lenta y gradual al comenzar (aumentando de intensidad a medida que se le agregó el azufre) y al extinguirse. Los reactivos quedaron duros, adheridos al fondo del recipiente, y con una leve coloración violácea. Aunque esta reacción se produjo de forma más lenta, se apagó más rápido debido a que se quemó el exceso de azufre; mientras que, en la primera, se debió apagar manualmente la pieza de algodón prendida fuego.

Conclusiones y Discusión
A través de estos experimentos se observó y se demostró cómo se producen las reacciones exotérmicas, obteniéndose así más información sobre las mismas en base a la diferencia entre las dos situaciones de prueba.
Entendiéndose el concepto de reacción exotérmica, pudimos determinar las causas de la reacción: en primer lugar, la acumulación de reactivos o productos intermedios, en segundo, pérdida del solvente y, en tercero, capacidad insuficiente de liberar el calor generado, o sea:


De forma que, al entrar en contacto el algodón con etanol con la mezcla de permanganato potásico y ácido sulfúrico en el primer experimento, se produjo una reacción fuertemente exotérmica, ya que en ese sistema no hubo forma de disipar el calor generado, bien sea por intercambio de calor con el exterior o por ebullición de la mezcla reaccionante. En el segundo, a su vez, sucedió algo similar: el azufre, que fue agregado lentamente, provocó una reacción más bien lenta al tener un nivel de acidez menor que el etanol, que es un alcohol altamente inflamable a bajas temperaturas. En este segundo caso, además, se pudo observar diferencias en la combustión y aspecto del producto: el color de la llama era azul debido a que el azufre flamea con ese color; mientras que los productos endurecidos y de tonalidad violeta oscuro se deben al permanganato de potasio, al carbono, y a que, el azufre, en estado líquido, es de color rojo.
Por último, se pudo ver cómo el permanganato de potasio, al tener un alto poder oxidativo, quitó electrones (e-) al ácido sulfúrico, de manera que la solución se redujo y oxidó, liberando vapor de agua y carbono, principalmente, y, en menor medida, sulfato de potasio y sulfato de magnesio, en ambos casos: así se explica, entonces, que los productos tengan menos energía que los reactivos.








Bibliografía
 Carlos Fortuny Sendrós, 2004, "Modelización y Control de Temperatura de un reactor "Batch" para un Proceso Químico Exotérmico", páginas 7 y 8.
 Diccionario de Química Fisica, J.M. Costa.