¡Esto es ciencia! Cómo devolverle la vida al cobre con una placa de cobre y palillos — el drama de la oxidación y la reducción
Hola, soy Ken Kuwako, entrenador científico. ¡Cada día es un experimento!
¿Te imaginas un metal completamente carbonizado que, en un abrir y cerrar de ojos, recupera su brillo original? El cobre, ese metal tan común en el laboratorio, es en realidad un actor de primera capaz de transformaciones dramáticas. Hoy les presento el sorprendente drama de la “oxidación y reducción” protagonizado por el oxígeno y el hidrógeno.
Oxidación: ¡El hermoso cobre se vuelve negro!
Este experimento lo realizaron alumnos en una clase optativa de un colega, y el cambio fue tan vibrante que no pude evitar soltar un grito de asombro.
El método es muy sencillo. Primero, tomamos una lámina de cobre con ese característico color rojizo brillante (como una moneda de diez yenes) y la calentamos con un mechero Bunsen. De repente, ese brillo precioso desaparece y se convierte en algo totalmente negro. Esto ocurre porque, debido al calor, el cobre se une violentamente con el oxígeno del aire, transformándose en una sustancia distinta llamada óxido de cobre (CuO). En ciencia, a este proceso lo llamamos oxidación.
La reacción química es la siguiente:
Reducción 1: El renacer arcoíris con un palillo de madera
Aquí es donde empieza la “magia”. Sobre este óxido de cobre negro, vamos a colocar simplemente un palillo de madera (de los que se usan para comer).
¡Y miren lo que pasa! Justo donde el palillo toca el metal, el cobre rojizo vuelve a asomarse con un brillo espectacular.
Lo que sucede es que el carbono del palillo le “arrebata” a la fuerza el oxígeno al óxido de cobre. Pero lo más increíble es el momento en que retiras el palillo: por un instante se ve un destello místico, como un arcoíris, y luego vuelve a reaccionar con el oxígeno del aire para tornarse negro otra vez. El aula se llenó de aplausos al ver este cambio de colores tan dinámico y en vivo.
Aquí está la ecuación química de esta reacción:
2CuO + C → 2Cu + CO2
Reducción 2: Magia instantánea en una atmósfera de hidrógeno
El siguiente experimento utiliza hidrógeno. En este video, la reacción de la presentadora es tan auténtica y divertida que resume perfectamente lo fascinante que es la química. ¡No se lo pierdan!
En el experimento, se calienta un filamento de cobre (Cu) hasta que se vuelve negro y luego se introduce en un tubo de ensayo lleno de hidrógeno (H₂), que es transparente.
¡Y… zas! Como por arte de magia, el cobre recupera su hermoso color rojizo original en un instante.
La batalla por el oxígeno: ¿Quién se lo queda?
¿Por qué el color vuelve a la normalidad tan rápido? Todo se resume en una intensa pelea por el oxígeno entre las sustancias.
El hidrógeno y el carbono tienen una “ambición” mucho más fuerte que el cobre por unirse al oxígeno. Cuando se acercan al óxido de cobre negro, le arrancan el oxígeno violentamente para convertirse ellos mismos en agua (H₂O) o dióxido de carbono (CO₂). Así, el cobre, libre de oxígeno, vuelve a ser cobre puro. A esta reacción de quitarle el oxígeno a un óxido la llamamos reducción.
Se escribe así en lenguaje químico:
El poder de la reducción en nuestra vida diaria
Aunque parezca un truco de laboratorio, la reducción es una tecnología vital que sostiene nuestra civilización.
Por ejemplo, el hierro, fundamental para construir edificios y coches, se encuentra en la naturaleza como “mineral de hierro” (óxido de hierro). Al añadirle carbono para arrebatarle el oxígeno (reducirlo), es como finalmente obtenemos el hierro resistente que usamos a gran escala. Desde un pequeño experimento con cobre hasta las gigantescas plantas siderúrgicas, la ciencia está conectada por el mismo hilo.
¡Manos a la obra! Hagamos nuestra propia reducción con carbón casero
En los experimentos escolares solemos usar carbón vegetal. Se puede usar polvo de carbono comercial, pero es mucho más divertido fabricar tu propio carbón usando palillos de madera. Miren esto:
Un consejo: si usas carbón artesanal, la reacción es excelente y podrás observar un cobre brillante precioso. El proceso es fácil.
Rompemos los palillos y los metemos sin dejar huecos en una lata de acero. Luego la calentamos con el mechero Bunsen para “cocinarlos” al vacío (pirólisis). Las latas de acero son ideales porque resisten mucho el calor.
Hay que tener cuidado de que los palillos no se quemen directamente con fuego. Como sale humo, es mejor hacerlo en una zona bien ventilada o bajo una campana extractora. Durante el proceso saldrá un gas inflamable llamado “gas de madera”; si sale llama, simplemente sopla con cuidado para que los palillos no se consuman por completo.
Tras unos 35 minutos de calor, dejamos que la lata se enfríe y ¡listo, tenemos un carbón de primera! Luego lo trituramos en un mortero y lo mezclamos bien con el óxido de cobre.
¡Estos fueron los resultados de algunos alumnos! En algunos grupos, ¡el cobre quedó así de brillante!
¡Es realmente emocionante!
La próxima vez que vean un objeto de metal, pregúntense: “¿Estará oxidado o habrá pasado por una reducción para llegar aquí?”. ¡Imaginen el drama del oxígeno que ocurre detrás de escena!
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