MATEMÁTICAS
PRÁCTICA 7: oxIDACIón Del hIeRRo
Material (cada 2 alumnos)
7 clavos de hierro.
7 botes de vidrio, uno de ellos debe tener tapa. Agua del grifo.
200 ml de vinagre. 50 ml de aceite. 50 g de sal. 50 g de arroz. Laca de uñas. Un calentador de agua. Un vaso y una cucharilla. Papel de lija.
Etiquetas, papel y bolígrafo. Duración 10 días.
Coste aprox. 7 clavos de hierro, aprox 2 euros.El resto del material se puede traer de casa.
Objetivos Determinar los factores que varían la velocidad de oxidación del hierro.
Precauciones/ Consejos
Se debe tener cuidado al trasvasar el agua caliente desde el calentador al bote, ya que el agua debe estar hirviendo.
Se deben manejar los clavos con cuidado para evitar que se produzcan heridas, especialmente al finalizar el experimento.
Otros En vez de clavos de hierro se puede utilizar otros objetos como por ejemplo la parte metálica de los afilalápices. En lugar de laca de uñas se puede utilizar barniz.
INTRODUCCIÓN
El hierro es un elemento químico de número atómico 26. Este metal de transición es el cuarto elemento más abundante en la corteza terrestre, y el segundo metal detrás del aluminio. Y el núcleo de la Tierra está formado principalmente de hierro y níquel.
Es un elemento muy importante para el desarrollo de la humanidad, debido a las características y abundancia de este metal. De hecho uno de los períodos de la historia se conoce con el nombre de la Edad de Hierro.
El hierro, prácticamente, no existe en estado libre en la naturaleza, porque en contacto con el aire y la humedad se produce su corrosión formándose trihidróxido férrico (Fe(OH)3) compuesto de color rojizo que presenta unas características muy diferentes a las del hierro. Este compuesto se llama tradicionalmente herrumbre.
La corrosión es un proceso electroquímico ya que en la superficie del metal se forman dos zonas diferenciadas: una actúa como ánodo y es donde se produce la oxidación del hierro y la otra como cátodo produciéndose la reducción del oxígeno presente en el aire.
La corrosión es una reacción irreversible y para evitar que se produzca es necesario proteger los materiales construidos con hierro. Este proceso se puede realizar recubriendo el metal con pinturas anticorrosivas o con metales inertes a la oxidación del aire como por ejemplo con zinc o estaño. Otra forma de protección es unir a la estructura de hierro un metal más reactivo, como por ejemplo el magnesio, ya que la reacción de oxidación se lleva a cabo entre el metal más re- activo y el oxígeno del aire.
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DESARROLLO EXPERIMENTAL
1. Enumerad los 7 botes de cristal e introducid un clavo de hierro, que previamente habéis lijado, en cada uno.
2. En cada bote vais a realizar un experimento en condiciones diferentes: a) Bote 1: el clavo va a estar en contacto con el aire.
b) Bote 2: añadid agua del grifo hasta la mitad del bote.
c) Bote 3: añadid agua previamente hervida hasta la mitad del bote e inmediatamente des- pués le echáis aceite hasta obtener una capa superior de aceite de aproximadamente 0,5 cm de grosor y cerrad el bote.
d) Bote 4: añadid una disolución concentrada de agua con sal hasta la mitad del bote. La disolución la debéis preparar previamente en el vaso revolviendo con la cuchara (añadid 3 cucharadas de sal para obtener una disolución concentrada).
e) Bote 5: recubrid el clavo con laca de uñas y cuando esté seco lo introducís de nuevo en el bote y añadís agua hasta la mitad.
f) Bote 6: añadid vinagre hasta la mitad del bote.
g) Bote 7: añadid arroz hasta que el clavo esté totalmente tapado.
3. Realizad una tabla de forma que las columnas corresponden a los experimentos y las filas a los días.
4. Rellenad cada día la tabla indicando si observáis oxidación en el clavo. NORMAS
• Cuando recojáis el experimento tened cuidado con los clavos, especialmente con los que están oxidados.
• En el experimento 3, debéis introducir el agua con cuidado para evitar quemaduras, ya que debe hervir antes de añadirla al bote.
• En caso de que un bote de vidrio se rompa, dejad los vidrios para que los recoja el profesor. CUESTIONES
a) ¿Qué diferencias observáis en los resultados de los diferentes experimentos? b) ¿Qué reacción se produce cuando el clavo está al aire?
c) ¿Qué reacción se produce cuando el clavo está sumergido en agua o en una disolución acuosa? d) ¿Por qué se observan diferencias en los resultados en los experimentos 2 y 3?¿Qué función
tiene el aceite en el experimento 3?
e) ¿Por qué el clavo está más oxidado en el experimento 4 que en el número 2? f) ¿Por qué el vinagre aumenta la velocidad de oxidación del clavo?
g) ¿Qué ocurre en el experimento número 5?¿Y en el número 7?¿Por qué? CONCLUSIONES
• Experimento 1: el hierro se oxida cuando está en contacto con el aire según la reacción:
QUÍMICA Reacciones químicas
+
2 Fe2O34 Fe 3 O2
hierro oxígeno óxido férrico
+
Fe2O3 3 H2O 2 Fe(OH)3 óxido férrico agua hidróxido férrico
+
2 Fe2O34 Fe 3 O2
hierro oxígeno óxido férrico
C O OH R
+
NaOH C O O R Na+
H2O 249 C CH3 C H3 CH3 CH3 C O OH C H3183 Pero la reacción se produce muy lentamente, por tanto, en el experimento 1 no se observa la oxidación del clavo, pero si el clavo permanece más tiempo expuesto al aire sí observaremos la oxidación.
• Experimento 2: se ha producido la oxidación. El clavo está en contacto con agua y con el oxígeno que está disuelto en el agua. Se producen las siguientes reacciones:
El hierro en presencia de oxígeno y agua se ha oxidado para formar hidróxido férrico (he- rrumbre).
• Experimento 3: no se ha producido la oxidación del hierro.
Al calentar el agua, la solubilidad del oxígeno disminuye y por eso en el agua hervida la concentración de oxígeno es mucho menor y no se puede producir la formación de óxido férrico. Además, el aceite actúa como una capa hermética que impide que el oxígeno del aire y el agua estén en contacto.
• Experimento 4: se produce la oxidación del clavo y se observa más corrosión que en el ex- perimento 2. La sal actúa como catalizador de la reacción redox.
La corrosión es una reacción redox en la que se produce la transferencia de electrones entre el hierro que pierde electrones y el oxígeno que los gana. Al añadir sal al agua la velocidad de la reacción aumenta porque el cloruro de sodio disuelto forma dos iones: el ión cloruro (Cl-) y el ión sodio (Na+) que favorecen la conducción de electrones en el agua.
• Experimento 5: el clavo no se ha oxidado.
La laca de uñas forma una capa de protección porque evita que el hierro esté en contacto con el oxígeno y el agua, evitando su corrosión.
• Experimento 6: el clavo se ha oxidado más que en el experimento 2. El ácido acético actúa como catalizador de la reacción.
El vinagre contiene ácido acético y por tanto en la disolución hay iones disueltos que aumen- tan la velocidad de la reacción de la misma forma que en el experimento número 4.
• Experimento 7: el clavo no se ha oxidado.
El arroz impide la corrosión porque al tapar el clavo la cantidad de oxígeno que está en con- tacto con el clavo es menor. Por otra parte, el arroz absorbe la humedad y por tanto disminuye la concentración de agua evitando la formación de herrumbre.
PARA SABER MÁS
Barcos, la maldita corrosión:
http://www.fondear.org/infonautic/barco/Diseno_Construccion/Corrosion_Maldita/Corrosion_mal- dita.htm
Siderurgia: metalurgia del hierro:
http://cmcirubide.blogspot.sk/2009/04/el-hierro-y-la-metalurgia-del-hierro.html La importancia del hierro en el organismo:
http://biogenmol.blogspot.sk/2010/01/la-importancia-del-hierro-en-el.html
QUÍMICA Reacciones químicas
+
2 Fe2O34 Fe 3 O2
hierro oxígeno óxido férrico
+
Fe2O3 3 H2O 2 Fe(OH)3 óxido férrico agua hidróxido férrico
+
2 Fe2O34 Fe 3 O2
hierro oxígeno óxido férrico
C O OH R
+
NaOH C O O R Na+
H2O C CH3 C H3 CH3 CH3 C O OH C H3184
APLICACIONES Y CURIOSIDADES
Muchas veces hemos escuchado que debemos comer espinacas porque tienen mucho hierro.
Sin embargo, la idea de que las espinacas tienen mucho hierro se debe a un error que cometió un científico que estudiaba la concentración de este metal en las verduras, ya que se olvidó
de escribir una coma y publicó que las espinacas tenían 35 mg de hierro por cada 100 g de producto, cuando en realidad era 3,5 mg por cada 100 g.
PRÁCTICA 8: sAl CoMún, naCl