Unidad 30

Obtención

y recogida de gases  I

OBJETIVO   

Aprender, mediante un ejemplo, a recoger los gases producidos en una reacción química. En este caso se obtendrá y almacenará el gas hidrógeno para fines de laboratorio.

FUNDAMENTO TEÓRICO  

El hidrógeno (H) es el elemento más ligero. Se encuentra en la naturaleza combinado con el oxígeno formando el agua. También for­ma parte de los ácidos y de los compuestos orgánicos. Libre, se da en una pequeña cantidad, aunque se cree que esta cantidad aumen­ta en las capas altas de la atmósfera.

Se obtiene a partir de sus compuestos: del agua, por electrolisis, cuando se necesitan cantidades industriales y por acción de un me­tal activo en el laboratorio. El método más utilizado en los laboratorios es a partir de los ácidos, por desplazamiento del hidrógeno me­diante un metal.

Generalmente se utiliza ácido clorhídrico y granalla de cinc.

La reacción que tiene lugar es:

Zn + 2HCI = ZnCl2 + H2

El hidrógeno, al ser gas, se desprende y se recoge sobre agua y en la vasija queda la sal sólida (cloruro de cinc).

Es interesante señalar que los gases se recogen sobre líquidos en los que no sean solubles.

MATERIAL

REACTIVOS

Abrazadera

Ácido clorhídrico (o ácido sulfúrico)

Cristalizador

Granalla de cinc

Frasco (2)

 

Matraz Erlenmeyer

 

Nuez doble

 

Soporte

 

Tapón bihoradado

 

Tubo acodado

 

Tubo de goma

 

Tubo de seguridad

 

MÉTODO OPERATIVO

Se monta el aparato de obtención del gas, tal como indica la fi­gura 30.1. Se coloca el metal en el erlemeyer y, por el tubo de se­guridad, se añade el ácido sulfúrico diluido o el ácido clorhídrico, has­ta cubrir el cinc. Para fines docentes es aconsejable utilizar ácido clor­hídrico comercial, diluido en agua al 50 %.

El tubo de seguridad tiene su terminal sumergido en el líquido y por él ascendería éste en caso de que la salida del gas se obstruyera, evitándose así la rotura del matraz o la proyección brusca del ta­pón.

El tubo de goma se deja sin sumergir en el agua del cristalizador durante unos minutos, ya que inicialmente se desprende el aire con­tenido en el matraz. Después de este tiempo se coloca el tubo de desprendimiento, de forma que el gas se recoja en el frasco inverti­do. El hidrógeno se recoge por desplazamiento del agua del frasco y se almacena de esta forma hasta que se vaya a utilizar.

En lugar del tubo de seguridad se puede colocar un embudo de decantación, que no actuará como tubo de seguridad.

Debido a que el hidrógeno forma mezclas explosivas con el aire, se debe procurar no encender ninguna llama en las proximidades de la reacción ni donde se almacene hidrógeno.

En caso de que se necesite corriente continua de hidrógeno se utiliza el generador de Kipp (fig. 30.2). El aparato consta de dos partes, A y B, unidas por un ajuste hermético, de vidrio esmerilado; la parte B está formada por una esfera y una semiesfera unidas por una angostura. El aparato lleva una llave que regula el paso del gas.

Se coloca la granalla de cinc en la esfera y el ácido se vierte por la boca de la parte A, deslizando hasta la semiesfera, por la cual asciende hasta ponerse en contacto con el metal. El hidrógeno forma­do se desprende y, a través de la llave, se regula su desprendimien­to. Cuando ésta está abierta, el gas pasa libremente; pero si esta está cerrada, el gas se acumula en la semiesfera del generador de Kipp, empujando al líquido a ascender por A, paralizándose la reacción. Si se abre la llave de paso, disminuye la presión del gas en toda la par­te B, y el ácido vuelve a ponerse en contacto con el cinc iniciándose de nuevo la reacción.

Este aparato se utiliza también para obtener corriente continua de otros gases como sulfuro de hidrógeno y dióxido de carbono.

Obtención y recogida de gases II

OBJETIVO   

Obtención de gas oxígeno (02) y recogida del mismo sobre agua.

FUNDAMENTO TEÓRICO    

El oxígeno es el elemento químico más abundante en la corteza terrestre; forma el 49,4 % en peso de ésta.

Se encuentra en la atmósfera, mezclado con el nitrógeno, for­mando el 23 % en peso de la  misma y el 21 % en volumen. Forma parte del agua, de las rocas y de numerosos minerales; también se encuentra en los seres vivos y en diversos compuestos orgánicos.

Industrialmente se obtiene por electrolisis del agua y, a partir del aire, por destilación del aire líquido. En el laboratorio se obtiene por descomposición de determinados compuestos oxigenados, mediante calentamiento. Los óxidos de plata y de mercurio desprenden el oxígeno que contienen:

2Ag2O = 4Ag + O2

2HgO = 2Hg + O2

Peróxidos como el peróxido de bario:

2BaO2 = 2BaO + O2

Pero el compuesto más utilizado es el clorato de potasio:

2KC1O4 = 2KC1 + 302

Otros métodos de obtención en el laboratorio son: Por descom­posición catalítica del agua oxigenada, usando bióxido de mangane­so como catalizador (MnO2).

2H2O2 = 2H2 + O2

El agua oxigenada está en disolución al 3 %. Este método tiene la ventaja de que no presenta peligro de explosión.

El gas que se desprende se recoge sobre agua.

(Por catalizador se entiende una substancia que, sin intervenir en una reacción, acelera la velocidad de ésta.)

El clorato de potasio es estable hasta una temperatura de (200‑300) °C, al aumentar la temperatura se descompone rápidamente, según la reacción anterior.

Si el clorato se mezcla con una pequeña cantidad de bióxido de manganeso en polvo, éste   actúa como catalizador y la descomposi­ción comienza a los 200 °C.

Calentar el clorato de potasio fundido resulta peligroso, pues pue­de reaccionar explosivamente con el polvo o con pequeños restos de materia orgánica. Por ello, es necesario utilizar productos puros.                                                                                                        

MATERIAL

REACTIVOS

Base soporte

KCIO3

Cristalizador

MnO2

Espátula

 

Frasco (2 ó 3)

 

Mechero Bunsen

 

Nuez doble (2)

 

Pinza de bureta (2)

 

Tapón horadado

 

Tubo acodado

 

Tubo de ensayo grande

 

Tubo de goma (2)

 

Tubo de seguridad

 

                      

METODO OPERATIVO

Una vez montado el aparato de la figura se llena el tubo de en­sayo con KCLO3, hasta la mitad y se añade una pequeña cantidad de MnO2 (una parte por cinco de clorato).

Convienen calentar el MnO2 antes de usarlo para destruir la ma­teria orgánica presente. Después mezclar con clorato y hacer una prueba con una pequeña cantidad de mezcla para ver si deflagra.

                                   

Se calienta el tubo que contiene la mezcla empezando por la par­te superior. Cuando comienza la reacción, ésta es rápida, por lo que se deben tener preparados los frascos llenos de agua e invertidos so­bre el cristalizador.

En éste colocar solamente la cantidad justa para la recogida del gas, para evitar que al desplazarse el agua de los frascos se derrame.

El frasco de seguridad es importante para que, si disminuye la presión del gas en el tubo de reacción, el agua del cristalizador no ascienda por el tubo de goma y pase bruscamente a la mezcla reac­cionante, rompiendo el tubo de vidrio.

En lugar de los frascos de recogida de gas se puede colocar un tubo graduado que se utiliza para este fin; en este caso se puede me­dir el volumen obtenido. El dispositivo es análogo, pero el tubo debe sujertarse con una pinza de bureta.

El primer volumen gaseoso recogido está formado por el aire contenido en el aparato.

Al finalizar la reacción separar el tubo (de goma) de desprendi­miento del agua y después apagar el mechero. Los frascos se man­tendrán sumergidos en agua hasta que se utilicen.