de 10
Vista actual
Agua oxigenada
En la foto de arriba se puede ver una
botella de color blanco, tomada de un
botiquín, en la que se lee agua oxigena-
da. Lo que llama inmediatamente la
atención es lo que sigue “de 10 volú-
menes”. Esto ya deja descolocado a más
de uno, incluso aquellos alumnos avan-
zados que ya han pasado por algún año
de Química y creen dominar las formas
más usuales de expresar la concentra-
ción de una disolución. El recipiente
contiguo contiene agua oxigenada más
concentrada y en ella aparece, entre
otras cosas, que es de 110 volúmenes.
La concentración de la utilizada en pe-
luquería, para decolorar parcialmente el
cabello, es de 20 volúmenes
P
ara entender esta forma de expre-
sar la concentración, que es exclusiva
del agua oxigenada, es preciso conocer
su composición química. Lo que en-
tendemos como agua oxigenada es pe-
róxido de hidrógeno, esto es H
2
O
2
y su
estructura consiste en un grupo peró-
xido O
2
2-
, con un hidrógeno unido a
cada átomo de oxígeno, de forma que
los planos que los contienen forman
un ángulo de 101,9º. El peróxido de
hidrógeno es inestable frente a su des-
composición para producir agua y oxí-
geno
H
2
O
2
H
2
O + 1/2 O
2
Muchos de sus usos dependen de su
capacidad de producir oxígeno, por eso
es importante indicar qué cantidad de
o
xígeno es posible producir. Qué manera
mejor que indicar el volumen de oxíge-
no (V), medido en condiciones norma-
les, que es capaz de desprender un volu-
men (v) de disolución de agua
o
xigenada. Entre los dos volúmenes hay
una relación (n), de modo que V = n. v.
A este número
n
es al que se denomina
volúmenes”. Nuestra etiqueta del agua
o
xigenada del botiquín de 10 volúmenes
quiere decir que si tomamos un litro de
esa disolución, y la descomponemos de
modo que nos dé todo el oxígeno posi-
ble, según la ecuación anterior, éste ocu-
paría 10 litros medidos en condiciones
normales (0ºC, 1 atm). Si hubiésemos
partido de 200 ml de agua oxigenada de
10 volúmenes, el oxígeno total obtenido
habría sido de 200 x 10 = 2000 ml, o sea
2 litros. Lo diremos de otra forma, ese
número 10, me indica que será capaz de
producir un volumen de oxígeno 10 ve-
ces superior al de partida de la disolu-
ción. Con estas ideas y sabiendo que la
densidad de la disolución es práctica-
mente 1 g/ml dejo ya en vuestras manos
confirmar que la concentración expresa-
da en tanto por ciento en peso, es justo
3%, como figura en la etiqueta.
El agua oxigenada es singular, tam-
bién, en lo referente a sus propiedades
como oxidante, y las menos conocidas
de reductor, que son las que usaremos
para los experimentos que proponemos.
Materiales
•1
botella de agua oxigenada de un
botiquín.
•V
arios frascos o tubos de ensayo.
Ioduro sódico o potásico.
•B
r
omuro sódico o potásico.
•P
ermanganato sódico o potásico.
Dicromato sódico o potásico.
•A
cido sulfúrico 2M.
Hidróxido de sodio o potasio 2M.
Éter dietílico.
Método y Comentarios
A) Se disuelve 0,1 gr de bromuro de
sodio en 10 ml de agua y se añaden 5
ml de la disolución de ácido sulfúrico
2M. A esta disolución se adicionan
unas gotas de agua oxigenada, directa-
mente de la botella del botiquín. Trans-
curridos unos minutos se observa la
aparición de un color amarillo de bro-
mo. La figura 3 muestra el aspecto de
disolución comentada antes (incolora)
y después de añadir agua oxigenada
(amarilla). Esta forma de presentar los
8
8
EXPERIENCIAS CON
De nuevo estamos en esta sección dedicada a proponer experimentos vistosos y
sencillos para realizar en nuestros no siempre bien surtidos laboratorios de los cole-
gios/institutos. Seguimos proponiendo partir de algún material de uso común o fre-
cuente que podamos encontrar con facilidad. En este caso nos vamos a centrar en esa
sustancia a la que recurrimos cuando nos hacemos una herida superficial. Podemos re-
currir al alcohol (en realidad es una mezcla etanol/agua al 96%) pero los más mie-
dosos, como yo, recurrimos al agua oxigenada. Con esta segunda es con la que vamos
a plantear nuestros experimentos.
Fig. 4.
Fig. 5.
Fig. 3.
E
XPERIMENTOS
r
esultados se utiliza en todos los expe-
rimentos descritos aquí.
B) Cuando se realiza un experimen-
to similar con ioduro de sodio, al aña-
dir una sola gota de agua oxigenada del
botiquín, se produce inmediatamente la
aparición de un color pardo de yodo
que se intensifica por momentos (fig.
4). Si alguien desea confirmar que es re-
almente yodo puede ir a la publicación
previa de estos experimentos sencillos.
Conviene pararnos aquí y entender
lo sucedido. Estamos utilizando el agua
o
xigenada como oxidante y con ella es-
tamos oxidando el bromuro a bromo y
el ioduro a yodo. Por eso vemos los co-
lores finales de los dos elementos
comentados Br
2
y I
2
. La velocidad de
r
eacción es diferente por lo que en un
caso, Br
2
, es lenta y tarda un poco, y en
el I
2
es casi instantánea.
Es menos conocido que el peróxido
de hidrógeno puede actuar como re-
ductor frente a oxidantes enérgicos. Los
potenciales normales en medio ácido
son:
2H
3
O
+
+ H
2
O
2
+ 2e
-
4H
2
O
Eº red = 1,77 V
H
2
O
2
+ 2H
2
O O
2
+ 2H
3
O
+
+ 2e
-
Eº oxi = 0,67 V
En disolución básica los potenciales
cambian y son de 0,87 V para la reduc-
ción del peróxido de hidrógeno y de
0,08 V para su oxidación.
C) Se disuelve 0,1 g. de permanga-
nato potásico en 10 ml de agua y se
añaden 5 ml de la disolución de ácido
sulfúrico 2M. Cuando a esta disolución
se adiciona unas gotas de agua oxigena-
da se observa la inmediata decoloración
de la disolución (fig 5). El manganeso
se ha reducido hasta Mn
2+
de color ro-
sa pálido, incoloro en estas concentra-
ciones. Hay que dejar que el alumno
busque los potenciales normales de los
procesos que tienen lugar que expliquen
este comportamiento.
Además de estos procesos de óxido-
r
educción, el agua oxigenada puede ac-
tuar para transferir grupos peróxido o
bien oxígeno de su autodescomposi-
ción, como lo muestran los dos experi-
mentos siguientes:
D) A una disolución de 0,1 g de di-
cromato potásico en 10 ml de agua, se
adicionan 2 ml de ácido sulfúrico 2M y,
a continuación 15 ml de éter dietílico
(CH
3
-CH
2
-O-CH
2
-CH
3
). La adición de
tan sólo una gota de agua oxigenada ha-
ce aparecer una coloración azul que se
separa en el éter, que es la capa superior.
El compuesto de color azul es el oxo-
diperoxocromo(IV), CrO(O
2
), que es de
color azul, soluble en disolventes orgá-
nicos y que por eso se disuelve en el die-
tiléter que es la capa superior (menor
densidad) de los dos líquidos (agua y
éter) inmiscibles (fig. 6). Esta reacción
es tan sensible que se utiliza para iden-
tificar cromatos en una disolución.
Hemos dejado para el final la reac-
ción más sencilla y conocida del agua
o
xigenada, su capacidad de desprender
o
xígeno. Ya hemos comentado que el
peróxido de hidrógeno es inestable con
r
especto a su descomposición para pro-
ducir agua y oxígeno, pero esta des-
composición necesita un catalizador,
que puede ser iones metálicos o incluso
la luz. Por eso las disoluciones de agua
o
xigenada se conservan en recipientes
de plástico y sólo si las disoluciones son
diluidas (como las del botiquín) los en-
vases son de color blanco (véase fig 1).
P
or el contrario, para las disoluciones
concentradas se utilizan envases de co-
lor oscuro, en muchos casos negro.
Cuando el peróxido de hidrogeno se
aplica a una herida, la catalasa, una en-
zima presente en la sangre, cataliza la
producción del oxigeno necesario para
matar las bacterias presentes.
La producción de oxígeno se utiliza
para decolorar y blanquear objetos o
sustancias, entre ellos el cabello. Para
decolorar el cabello se utiliza agua oxi-
genada de 20 volúmenes y un cataliza-
dor o activador que en el entorno case-
ro
puede ser una mezcla de ácido oleico,
etanol y una sustancia básica como
amoníaco. Nuestro último experimento
(fig. 7a y 7b) muestra los resultados de
antes y después de la decoloración del
cabello que se describe.
E) El mechón de cabello se cubre
con agua oxigenada y se adicionan 10
ml de la disolución de hidróxido de so-
dio 2M. Se deja en reposo durante 1h
para obtener finalmente una coloración
suave del cabello de partida.
Como hemos comentado, en pelu-
quería se utiliza más concentrada y co-
mo sustancia básica, bien amoníaco o
bien etanodiamina. Por ello la velocidad
de decoloración es mayor en una pelu-
quería y así las/los clientes tienen que
esperar menos.
L
ecturas adicionales
M. Laguna.
A Ciencia Cierta
28
, 8-9
(2006).
J. A. Young.
J. Chem. Ed
.
80
, 1132
(2003).
J. C. Hansen.
J. Chem. Ed
.
73
, 728
(1996).
H.P. Willians y B.T. Herrington
J. Chem.
Ed.
67
, 525 (1990)
M. J. Webb.
J. Chem. Ed
.
62
, 152
(1985).
9
9
AGUA OXIGENADA
MARIANO LAGUNA
y ASUNCIÓN LUQUIN
Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón.
CSIC-UZ
Fig. 6.
Fig. 7a.
Fig. 7b.
SENCILLOS
El capítulo de experimentos sencillos de quí-
mica que se pueden realizar en casa, o al menos
en un laboratorio químico no muy bien dotado,
lleva ya dos números que han conseguido par-
cialmente su objetivo, aunque en el capítulo del
agua oxigenada tuvimos que utilizar algún reac-
tivo como el dicromato potásico (K
2
Cr
2
O
7
) o el
permanganato potásico (KMnO
4
), que no son
habituales en una casa tradicional. Por esta ra-
zón, en esta tercera entrega, hemos querido bus-
car reactivos más accesibles en una casa y se nos
han ido ocurriendo algunos, que posiblemente
aparecerán en capítulos posteriores, pero después
de pensar durante algún tiempo, nos hemos da-
do cuenta de que hay un reactivo que seguro que
todos tenemos en casa y que nos estaba esperan-
do pacientemente... nos estamos refiriendo al
agua.
El hombre, desde la antigüedad, se ha
cuestionado muchísimas cosas aunque se-
guramente la pregunta que más respuestas
ha generado a lo largo de los siglos es la si-
guiente: “¿De qué están hechas las cosas?”.
Ya
en el siglo VII antes de Cristo, Tales
de Mileto (filósofo griego) trató de res-
ponder a esa pregunta afirmando que todo
estaba hecho de agua, que se enrarecía o se
solidificaba para formar todas las demás
sustancias conocidas. Otros pensadores
griegos posteriores a Tales también dieron
r
espuesta a esta misma pregunta, así Ana-
xímenes (siglo VI a.C) propuso que la sus-
tancia original era el aire, posteriormente
Heráclito (siglo V a.C) dijo que la sustan-
cia de la que se componían todas las demás
era el fuego y Jenófanes sugirió que era la
tierra el componente básico de todas las
sustancias conocidas. Finalmente, Empé-
docles, en el siglo V, unificó las teorías an-
teriores proponiendo la conocida como
“T
eoría de las cuatro raíces” (ver figura 1)
según la cual todo se podía obtener mez-
clando cuatro elementos, agua, aire, tierra
y fuego, en las proporciones correctas.
El agua siguió considerándose como
“elemento” durante mucho tiempo y no
fue hasta 1781 cuando se sintetizó por pri-
mera vez. Joseph Priestley, un químico in-
glés que estaba estudiando los gases, reali-
zó la combustión del hidrógeno obtenien-
do agua. Después Lavoisier y Cavendish
demostraron que el agua estaba formada
por hidrógeno y oxígeno y no fue hasta
1805 cuando Gay-Lussac y von Humboldt
llegaron a la conclusión de que la relación
hidrógeno/oxígeno en el agua es de 2 a 1 es
decir, el agua está formada por dos átomos
de hidrógeno y uno de oxígeno: H
2
O.
Pr
ofundicemos un poco más en cómo
es la molécula de agua y qué la hace tan es-
pecial. Como acabamos de ver, la molécu-
la de agua contiene dos átomos de hidró-
geno y uno de oxígeno unidos por enlaces
covalentes, pero a pesar de que se podría
pensar que es una molécula lineal, su es-
tructura tiene forma de V (los hidrógenos
forman un ángulo de aproximadamente
104,5º) debido a los dos pares de electro-
nes libres del átomo de oxígeno (ver figura
2), que hacen también que el agua sea una
molécula polar (el oxígeno tiene carga par-
cial negativa mientras que el hidrógeno la
tiene positiva) por ello el agua disuelve
bien a unas sustancias y a otras no. El agua
no disuelve bien al aceite porque las molé-
culas de aceite no están cargadas, sin em-
bargo disuelve muy bien las sales porque
éstas también tienen moléculas cargadas.
Éste es un dato muy interesante ya que los
seres humanos no podemos oler ni saborear
sustancias que no sean solubles en agua.
Si nos fijamos en las propiedades del
agua, descubriremos otra característica que
hace que sea una sustancia única y es que
las moléculas de agua se unen entre sí por
una atracción llamada enlaces o puentes de
hidrógeno, que es unas diez veces más dé-
biles que los enlaces químicos pero sufi-
cientemente fuertes para hacer que el agua
sea un líquido a temperatura ambiente,
mientras que compuestos similares que no
pueden formar puentes de hidrógenos son
gases. Estos puentes de hidrógeno son tam-
bién los que justifican que el agua tenga
una tensión superficial tan alta y también
que sus calores latente y específico sean al-
tos. Los enlaces por puentes de hidrógeno
son también responsables de que en la es-
tructura del agua sólida, es decir, del hielo,
se agrupen las moléculas de 6 en 6 dando
hexágonos como se aprecia en la figura 3.
P
or eso los cristales de hielo siempre
muestran esa forma hexagonal, como los
que aparecen en las fotografías recientes o
las que describieron investigadores anti-
guos con limitados equipos de ampliación
(fig. 4 a y b). Esta estructura expandida es
la responsable de otra propiedad singular
del agua y es que su estado sólido, el hielo,
es menos denso que el estado líquido. Por
eso el hielo flota dejando sumergido apro-
ximadamente las 9/10 partes.
Pe
ro
comencemos con los experi-
mentos:
EL ESQUIMAL
Materiales:
Dos recipientes iguales para hacer
hielo
Agua caliente
Agua fría
Congelador
Método y comentarios:
Se llena uno de los dos recipientes con
agua caliente, a 60ºC (cuando comienza a
aparecer los primeros vapores) y el otro con
8
8
Fig. 4. Estrellas de nieve.
Fig. 3. Estructura de los cristales de agua sólida.
Fig. 1. Teoría de las cuatro raíces.
AGUA, EAU,
¿
RAGÓN
¿