miércoles, 6 de febrero de 2013

Quimiasombrosidades: el reloj de yodo


En los últimos días me estoy encontrando con una reacción que está apareciendo en numerosos vídeos, anuncios y artículos de revistas. Se trata de un truco que consiste en hacer cambiar de forma repentina el color de un líquido: en cuestión de segundos pasamos de ver un líquido transparente a contemplar, asombrados, un líquido oscuro. 

Los ilusionistas y demás charlatanes etiquetan este proceso como "magia". Los químicos, simplemente, llamamos a estos procesos reacciones químicas, procesos en los que unas sustancias, los reactivos, se transforman en otras, los productos. A menudo, los productos de una reacción química tienen propiedades muy diferentes a las sustancias de partida lo que da origen a cambios de color o a la aparición de distintas fases. Y, claro, estos cambios pueden resultar muy impactantes y, por tanto, son terreno abonado para la charlatanería y el engaño. La reacción de la que os voy a hablar es la que podéis ver en el siguiente vídeo y seguro que alguna vez habéis sido testigos de ella.





¿Cómo puede ser? ¡Pasamos de un líquido transparente a uno azulado! Y además el cambio resulta muy espectacular. Estoy de acuerdo con que el proceso es muy aparente, pero no, no es mágico; es "quimiasombroso", pero no mágico. Tratemos de explicarlo.

La reacción química que ha sucedido en esos vasos es bien conocida por los que hemos pasado por cualquier Facultad de Ciencias Químicas y se conoce como "reloj de yodo". Aunque el reloj de yodo cuenta con algunas variantes, básicamente consiste en mezclar iodato potásico, KIO3, con bisulfito sódico ,NaHSO3, en medio ácido. Se produce la transformación:


2KIO3    +  5NaHSO3    +   2H2SO4     →   I2    + 5NaHSO4    + H2O   +  2K2SO4        [1]
incoloro        incoloro          incoloro        violeta       incoloro       incoloro     incoloro


Realmente, aparece un color más negruzco debido a que se añade almidón, que junto al yodo forma un complejo de color muy oscuro. Sin embargo, esta ecuación química no explica el retardo en la aparición del color violeta. Para explicar ese efecto hay que acudir al mecanismo de la reacción, que consiste en todos los pasos que siguen los reactivos (el iodato potásico, el bisulfito potásico y el ácido) para llegar a los productos finales (el yodo, el bisulfato y el sulfato). 

Para que entendamos qué es eso del mecanismo de la reacción vamos a hacer una analogía con la elaboración de un flan. Para hacer un flan necesitamos huevos, azúcar y leche, de manera que si escribiésemos el proceso de obtención de un flan "a lo químico" podríamos escribir:

huevos      +      leche    +       azúcar     →    flan


Sin embargo, ya podemos mezclar esos tres componentes en las proporciones adecuadas que no obtendremos ningún flan. Hace falta que sigamos la receta, que sería algo así como el mecanismo de formación del flan. Primero habría que calentar los huevos al baño maría, después hay que añadir la leche, el azúcar, ... Es decir, hay que seguir un orden.

Lo mismo sucede en las reacciones químicas: siguen unas etapas más o menos ordenadas. En el caso de la reacción del reloj de yodo, las etapas son:

1. Ionización de las sustancias puestas en juego.

Nada más entrar en contacto con el agua, los sólidos que forman parte de las disoluciones se ionizan, es decir, toman forma de iones "libres" en el agua:

KIO3 → K+ + IO3-
NaHSO3 → Na+ + HSO3-
H2SO4 → 2H+ + SO4-2


Este es un proceso muy rápido y lo importante es que los iones gozan de mucha movilidad a lo largo, ancho y alto de la disolución que aloja la reacción. Esta movilidad facilita que unos iones se encuentren con otros, se produzcan colisiones entre ellos y sucedan las reacciones que describo más abajo.

2. Reacción entre los iones yodato y los iones bisulfito para formar yoduro

Como ya hemos visto, los distintos iones viajan por la disolución como si fuesen las partículas de un gas. En ocasiones, suceden colisiones por efecto de estos caóticos vaivenes y algunos de estos choques entre iones producen una transformación química. En el caso que nos ocupa, cuando chocan un ion yodato y tres iones bisulfito, se produce la reacción:

IO3- + 3HSO3- → I- + 3HSO4-                      [2] 

En esta reacción, el azufre se oxida (pierde electrones) y el yodo se reduce. Este proceso es energéticamente difícil y es comparable en la fabricación del flan al calentamiento al baño maría de los huevos. 

3. Reacción entre el yoduro formado y el yodato sobrante. 

Una vez formado el yoduro, I-  , puede reaccionar con los iones yodato que todavía queden pululando por el medio:

IO3- + 5I- + 6H+ → 3I2 + 3H2O          [3]   

4. Desaparición del yodo al reaccionar con el bisulfito


Nada más se forme el yodo I2, reacciona con el bisulfito que queda en la mezcla:

I2 + HSO3- + H2O → 2I- + HSO4- + 2H+                [4]

De manera que hasta que no desaparezca todo el bisulfito de la disolución, no empezará a aumentar la concentración del yodo. Esta es la razón por la que la aparición del color violeta se retarda.


5.  Formación de un complejo oscuro entre el yodo y el almidón

Cuando ya ha desaparecido todo el bisulfito, consumido por las reacciones [2] y [4], la concentración de yodo I  comienza a aumentar, lo que facilita que reaccione con el almidón y forme el compuesto que le da la coloración oscura a la disolución.

Este bonito efecto se puede apreciar en el siguiente gráfico. En él podemos ver cómo varia la concentración de  I  con el tiempo: al principio su concentración es nula, pero de repente, cuando todo el bisulfito ha desaparecido, aumenta de forma abrupta.


Aparición retardada de yodo. Fuente.
Como es entendible, el perfil del aumento de la concentracion de yodo depende de las concentraciones iniciales de los productos y de la temperatura.

Todo esto puede disfrutarse con uno de los vídeos de la genial serie de Periodic Videos. Estos tipos son realmente unos cracks y en el vídeo dedicado al reloj de yodo se han dedicado a grabar a cámara muy lenta el proceso de la formación del complejo yodo-almidón. Te recomiendo que lo veas :D



Esta entrada participa en el XXII Carnaval de la Química alojado en el blog Roskiencia de @ismael_ds

8 comentarios:

Ismael Díaz dijo...

Increíble, Luis, increíble. En serio, me ha encantado. "El reloj de yodo", este será el tema que propondré para experimentar en las clases de laboratorio de FyQ. Aparte de la curiosidad que atrae el vídeo, explicas perfectamente el motivo por el que el líquido se vuelve violeta.

Genial, felicidades.
Un saludo ;)

Luis dijo...

Un mol de gracias. Y no dejes de darle la brasa a tu profesor de laboratorio de FyQ con esta reacción, que merece la pena.

Javier Ramos dijo...

Buenos días:

Quería felicitar, en primer lugar, por el blog. Como aficionado a la ciencia, que a punto estuvo de tirar por química antes de ir por algo tan distinto como la historia (cosas de la vida), me resulta muy interesante tu blog, y ayer empecé a seguirlo.

Sin embargo, hay algo de este artículo que no me ha gustado, y es que igual que soy aficionado a la ciencia, soy aficionado al ilusionismo. "Ilusionismo", como indica el nombre, es el arte de ilusionar, de generar la impresión ante los espectadores de que se ha visto algo imposible, mágico. Pero no hay que confundir el ilusionismo con la charlatanería. Charlatán es el que afirma con rotundidad que posee unos poderes sobrenaturales (por ejemplo, comunicarse con espíritus) y se dedica a lucrarse engañando a la gente. Un ilusionista nunca pretende engañar así a la gente, nunca afirma seriamente tener poderes sobrenaturales. Vende un espectáculo "mágico", pero no se vende a sí mismo como poseedor de unas habilidades innatas que escapan a la ciencia. Es como el cine, en el que se ve algo que no es real y se disfruta con ello: con el ilusionismo pasa exactamente lo mismo. Es cierto que, como en todas partes, siempre hay algún personaje que trata de vender sus habilidades adquiridas como si fueran magia auténtica, y engañar a la gente, pero estas personas son por suerte minoría, y el resto de la comunidad mágica les rechaza por farsantes y por dejar en mal lugar a los artistas del ilusionismo.

Te agradecería por ello que no hablases de "ilusionistas y demás charlatanes", porque aunque tanto ilusionistas como charlatanes recurren a la ciencia, no se trata de lo mismo.

Un saludo y gracias.

Jorge Alemany dijo...

Hola Javier,
sin ser el autor del post me gustaría hacer una puntualización. He conocido bastantes ilusionistas que sí pretenden hacer pasar las ilusiones por verdaderas. Creo que el enfoque que quería dar Luis era ese, aunque desde luego ni todos los ilusionistas son charlatanes ni todos los españoles bailamos flamenco, xD.

Ya que hablas del tema y eres aficionado a las dos cosas (ciencia e ilusionismo), me imagino que conocerás a James Randi. Si no es así te recomiendo que leas sobre él. Tiene una fundación que ofrece 1 millón de dólares a quien sea capaz de demostrar poderes psíquicos. Por supuesto nadie ha podido cobrar el cheque pues además de ilusionista Randi es un amante de la ciencia y pone controles que tumban todas las pretensiones de los charlatanes que pretenden pasar sus habilidades de ilusionismo por lo que no son. Como caso famoso él fue quien desbancó a Uri Geller.

Creo que tenemos más entradas sobre pseudociencias, charlatanería, etc. Si te interesa puedes echarle un vistazo en la nube de etiquetas.

Un saludo,
Jorge.

Luis Reig dijo...

Hola, Javier.

No era mi intención ofender a nadie, así que acepta mis disculpas si lo he hecho. Sin embargo, tampoco tolero que se insulte a la inteligencia, y aquellos que venden trucos como realidades tratando de engañar no merecen el mayor de mis respetos. Si se recurre al reloj de yodo para asombrar a un público alejado del conocimiento científico, qué menos que acompañarlo de una breve explicación de lo que han visto, que no se piensen que tienes poderes que obligan a la disolución cambiar de color ante el chasquido de tus dedos.
Hablas del cine como sinónimo de disfrute de eventos alejados de la realidad, pero no olvidemos que la mayoría de las películas suelen distribuir su "making off" en el que explican cómo se ha construido esa historia para que la gente entienda que las explosiones no son reales, ni las muertes, etc. Eso es lo que he intentado yo, explicar cómo sucede el socorrido truco del cambio de color.

Muchas gracias por el comentario, Javier, y por seguir nuestro blog. Agradecemos todo tipo de aportaciones y puntos de vista, pese a que no sean compartidos. :))

angel garduño dijo...

Una duda para realizarlo se requiere un medio ácido que concentración de ácido sulfúrico se requiere y se puede usar otro ácido

Luis Reig dijo...

Ups, perdón, pero no había visto este comentario. Nunca he realizado la reacción empleando otro ácido y, en principio, no veo problema en que utilices otro ácido.

Nestor Rincon dijo...

Hola, me podrian especificar cuales quimicos se mezclan y como se hace la mezcla, o sea cuanta cantidad se le echa a el agua, gracias

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