Práctica de identificación de compuestos
Lo que vas a aprender
- Diseñar, con el docente, una práctica que clasifique muestras con las pruebas de Benedict, Fehling, Tollens y bicarbonato, con un blanco de comparación.
- Aplicar las normas de seguridad del laboratorio a cada reactivo que se usa.
- Preparar las soluciones de las muestras con la masa o el volumen calculados.
- Registrar los resultados en una tabla y decidir con el cambio de temperatura si una reacción es exotérmica o endotérmica.
Para qué
¿Para qué sirve esto?
Tienes varios frascos con polvos blancos o líquidos transparentes, y las etiquetas se borraron. Uno es azúcar de mesa, otro es glucosa, otro es almidón, otro es vinagre. A la vista son casi iguales; por el sabor nunca se averigua nada en un laboratorio. La química tiene otra salida: cada grupo funcional reacciona de una manera propia con ciertos reactivos, y esa reacción se ve.
En esta lección vas a planear, con tu docente, una práctica para clasificar compuestos orgánicos con las pruebas de Benedict, Fehling, Tollens y bicarbonato, las que nombra el ejemplo del DBA 4 de este grado para clasificar compuestos orgánicos. Vas a preparar las muestras con cálculos, a registrar lo que observes en una tabla y a decidir con un termómetro si una de las reacciones absorbe o libera energía.
Antes de empezar necesitas recordar los grupos aldehído, cetona y carboxilo, qué es un azúcar reductor y cómo se calculan el porcentaje masa/volumen y la molaridad.
Explicación
Primero, la seguridad
Esta práctica se hace solo en el laboratorio del colegio y con el docente presente. Ningún paso se repite en la casa. Las normas no son un trámite: cada una responde a un peligro real de los reactivos que se usan.
- Bata, gafas de seguridad y guantes durante toda la práctica. El reactivo B de Fehling y el de Biuret llevan hidróxido de sodio, que es corrosivo para la piel y los ojos; el nitrato de plata de Tollens mancha la piel y la irrita.
- Nada se prueba ni se huele directamente. Si hay que reconocer un olor, se acerca con la mano, abanicando, con el tubo lejos de la cara.
- Se calienta en baño maría, nunca con la llama directa sobre el tubo. La boca del tubo apunta hacia la pared, no hacia un compañero. Si se usa una muestra inflamable, como la acetona o el etanol, el agua del baño se calienta en una plancha eléctrica y no hay llamas en la mesa.
- El reactivo de Tollens lo prepara el docente, justo antes de usarlo, y lo que sobra se desecha enseguida como indica el protocolo del laboratorio. No se guarda de una clase a otra, porque al reposar puede formar compuestos explosivos.
- Todo tubo y todo frasco lleva rótulo. Una muestra sin nombre no sirve como resultado.
- Los desechos van donde diga el docente. Las soluciones de cobre y de plata no se botan al desagüe sin su indicación.
- Si un reactivo cae en la piel o en los ojos, se lava con abundante agua y se avisa al docente de inmediato. Al terminar, todos se lavan las manos.
Las cuatro pruebas que nombra el DBA
| Prueba | Reactivo | Qué reconoce | Positiva | Negativa |
|---|---|---|---|---|
| Benedict | Cobre(II) en medio básico suave, azul | Azúcares reductores | Al calentar, verde, amarillo, naranja o precipitado rojo ladrillo | Sigue azul |
| Fehling | A (sulfato de cobre) y B (tartrato y NaOH), mezclados al momento | Aldehídos y azúcares reductores | Al calentar, precipitado rojo | Sigue azul |
| Tollens | Nitrato de plata en amoníaco | Aldehídos y azúcares reductores | Espejo de plata en el tubo | Sin cambio |
| Bicarbonato | Solución de bicarbonato de sodio, NaHCO₃ | Ácidos carboxílicos | Burbujas de CO₂ | Sin burbujas |
En las tres primeras, el aldehído (o el azúcar reductor) se oxida y el reactivo se reduce. En Benedict y Fehling, el cobre(II) pasa a óxido de cobre(I), Cu₂O, el sólido rojo. En Tollens, el ion plata pasa a plata metálica, que se pega a las paredes del tubo. Por eso las tres separan aldehídos de cetonas: una cetona sencilla, como la acetona, no se oxida con facilidad y da negativo. La fructosa es una excepción conocida: es una cetosa, pero en el medio básico de los reactivos se transforma y da positivo.
La prueba del bicarbonato es de otro tipo: un ácido carboxílico es lo bastante ácido para reaccionar con el bicarbonato y soltar dióxido de carbono. Con el ácido acético del vinagre:
$$\mathrm{NaHCO_3 + CH_3COOH \rightarrow CH_3COONa + H_2O + CO_2}$$
Los alcoholes, los aldehídos y las cetonas no producen burbujas, y tampoco los fenoles, que son ácidos demasiado débiles para esta reacción.
Dos pruebas más completan la clasificación de las biomoléculas: el lugol, que tiñe el almidón de azul muy oscuro, y el Biuret, que se pone violeta con las proteínas.
El diseño de la práctica
Una buena práctica no es echar reactivos al azar. Se planea:
- Las muestras. Por ejemplo: soluciones de glucosa, sacarosa y almidón, vinagre, alcohol etílico y una pequeña cantidad de acetona. Cada solución se prepara con una concentración calculada, para que los grupos puedan comparar sus resultados.
- El blanco. En cada prueba, un tubo con agua destilada y el mismo reactivo, tratado igual. Muestra cómo se ve una prueba negativa y evita confundir el color propio del reactivo con un resultado.
- Las mismas condiciones. El mismo volumen de muestra y de reactivo en cada tubo, el mismo tiempo en el baño maría. Si algo cambia, se anota.
- La tabla. Una fila por muestra, una columna por prueba; en cada casilla, lo que se observó (color, precipitado, burbujas) y la decisión: positiva o negativa.
Por qué una prueba puede fallar
Un resultado depende de más cosas que del grupo funcional. Una muestra muy diluida puede dar un color tan débil que parezca negativo. Si no se calienta lo suficiente, Benedict y Fehling no alcanzan a reaccionar. Un reactivo de Fehling mezclado con mucha anticipación, o un Tollens viejo, pierde efecto. Y la sacarosa que ha estado en medio ácido y caliente se puede romper en glucosa y fructosa, y entonces da positivo. Por eso el informe dice cómo se hizo cada prueba, no solo el resultado.
¿Exotérmica o endotérmica?
El DBA pide además decidir, con datos, si una reacción libera o absorbe energía. Con la prueba del bicarbonato se puede medir: se toma la temperatura del vinagre, se agrega el bicarbonato y se lee la temperatura de la mezcla cuando deja de cambiar. El cambio es
$$\Delta T = T_{\text{final}} - T_{\text{inicial}}$$
Si ΔT es negativo, la mezcla se enfrió: la reacción tomó energía de su entorno y es endotérmica. Si ΔT es positivo, la mezcla se calentó y la reacción es exotérmica.
El signo depende de la naturaleza de los reactivos: es el balance entre la energía que cuesta romper los enlaces de los reactivos y la que se libera al formar los de los productos. En la del bicarbonato con vinagre, romper esos enlaces y separar los iones del bicarbonato sólido cuesta más energía de la que se recupera, y la diferencia se toma del agua de la mezcla, que se enfría. El informe lleva la tabla de resultados, las ecuaciones de las reacciones y este cálculo con su conclusión.
Ejemplo resuelto
Preparar la solución de glucosa
Para la práctica hacen falta 100 mL de solución de glucosa, C₆H₁₂O₆, de concentración 0,1 M. ¿Cuántos gramos hay que pesar y cuál es su porcentaje masa/volumen?
Ver la solución paso a paso
Paso 1. Los moles de glucosa son la molaridad por el volumen en litros, 0,1 L:
$$0{,}1 \cdot 0{,}1$$
Hacen falta $0{,}01$ mol.
Paso 2. De moles a gramos con la masa molar de la glucosa, 180 g/mol:
$$0{,}01 \cdot M_m\left(\mathrm{C_{6}H_{12}O_{6}}\right)$$
Hay que pesar $1{,}8$ g.
Paso 3. El porcentaje masa/volumen son los gramos de soluto por cada 100 mL de solución:
$$\frac{1{,}8 \cdot 100}{100}$$
La solución queda al $1{,}8$ % m/v. Se disuelve la glucosa en menos agua y se completa hasta 100 mL en un balón aforado.
Respuesta: Hay que pesar 1,8 g de glucosa; la solución queda al 1,8 % m/v.
Ejemplo resuelto
El gas de la prueba del bicarbonato
En un tubo se agregan 4,2 g de bicarbonato de sodio a vinagre de sobra: $\mathrm{NaHCO_{3} + CH_{3}COOH \rightarrow CH_{3}COONa + H_{2}O + CO_{2}}$. ¿Cuántos gramos de CO₂ se desprenden?
Ver la solución paso a paso
La ecuación está balanceada: un sodio, cinco hidrógenos, tres carbonos y cinco oxígenos a cada lado.
$$\mathrm{NaHCO_{3} + CH_{3}COOH \rightarrow CH_{3}COONa + H_{2}O + CO_{2}}$$
Paso 1. La masa molar del NaHCO₃ es 23 + 1 + 12 + 3 · 16 = 84 g/mol. Pasamos a moles:
$$\frac{4{,}2}{M_m\left(\mathrm{NaHCO_{3}}\right)}$$
Son $0{,}05$ mol de NaHCO₃.
Paso 2. Por cada mol de bicarbonato sale 1 mol de CO₂:
$$0{,}05 \cdot \frac{1}{1}$$
Paso 3. De moles a gramos con la masa molar del CO₂, 44 g/mol:
$$0{,}05 \cdot M_m\left(\mathrm{CO_{2}}\right)$$
Se desprenden $2{,}2$ g.
Respuesta: Se desprenden 2,2 g de CO₂.
Ejemplo resuelto
Leer el termómetro
En un grupo, con datos inventados, el vinagre estaba a 22 °C y la mezcla con bicarbonato bajó a 17 °C. ¿La reacción es exotérmica o endotérmica?
Ver la solución paso a paso
El cambio de temperatura es final menos inicial:
$$17 - 22$$
ΔT = $-5$ °C.
El cambio es negativo:
$$17 - 22 < 0$$
La mezcla se enfrió porque la reacción tomó energía de su entorno, que es el agua del propio vinagre. La reacción es endotérmica.
Respuesta: ΔT = −5 °C: la reacción es endotérmica.
Práctica
¿Cuántos gramos de glucosa hay que pesar para preparar 200 mL de solución al 2 % m/v?
Al 2 % m/v hay 2 g por cada 100 mL; en 200 mL hacen falta 4 g.
Hay una solución de glucosa al 10 % m/v y se quieren 100 mL al 1 % m/v. ¿Cuántos mL de la solución concentrada hay que medir antes de completar con agua hasta 100 mL?
Con C₁V₁ = C₂V₂: V₁ = 1 · 100 / 10 = 10 mL, y se completa con agua destilada hasta 100 mL.
Se disuelven 9 g de glucosa, C₆H₁₂O₆, hasta completar 250 mL de solución. ¿Cuál es su molaridad? Escribe el número con coma decimal.
9 g ÷ 180 g/mol = 0,05 mol, y 0,05 mol ÷ 0,25 L = 0,2 M.
¿Cuál es la masa molar del bicarbonato de sodio, NaHCO₃, en g/mol?
23 + 1 + 12 + 3 · 16 = 84 g/mol.
Con la ecuación $\mathrm{NaHCO_{3} + CH_{3}COOH \rightarrow CH_{3}COONa + H_{2}O + CO_{2}}$, ¿cuántos gramos de CO₂ se desprenden con 8,4 g de bicarbonato y vinagre de sobra? Escribe el número con coma decimal.
8,4 g ÷ 84 g/mol = 0,1 mol de NaHCO₃ → 0,1 mol de CO₂ → 0,1 · 44 = 4,4 g.
Con datos inventados, una mezcla pasa de 21 °C a 25 °C. ¿Verdadero o falso? El cambio de temperatura cumple $25 - 21 < 0$, así que la reacción es endotérmica.
ΔT = 25 − 21 = +4 °C: la mezcla se calentó, así que la reacción liberó energía y es exotérmica.
Con datos inventados, el vinagre con bicarbonato pasa de 20 °C a 16 °C. ¿Verdadero o falso? El cambio de temperatura cumple $16 - 20 < 0$, y por eso la reacción se clasifica como endotérmica.
ΔT = 16 − 20 = −4 °C: la mezcla se enfrió porque la reacción absorbió energía.
Con datos inventados, la temperatura de una mezcla pasa de 24,5 °C a 19 °C. ¿Cuánto vale ΔT, en °C? Escribe el número con coma decimal y su signo.
ΔT = 19 − 24,5 = −5,5 °C. Es negativo: la reacción es endotérmica.
Un grupo prueba 5 muestras más un blanco de agua destilada con 4 reactivos distintos, un tubo por combinación. ¿Cuántos tubos tiene que rotular?
Son 6 tubos por reactivo (las 5 muestras y el blanco) y 4 reactivos: 6 · 4 = 24 tubos.
Una muestra da positivo con Benedict, con Fehling y con Tollens, y no hace burbujas con bicarbonato. ¿Cuál de estas puede ser?
La glucosa es un azúcar reductor con grupo aldehído: reduce a los tres reactivos y no es ácida. La sacarosa y la acetona dan negativo con los tres, y el vinagre hace burbujas con bicarbonato.
¿Cuál de estas acciones cumple las normas de seguridad de la práctica?
El baño maría calienta sin llama directa, y la boca del tubo nunca apunta a nadie. Nada se huele de cerca, el Tollens se desecha enseguida porque al reposar puede volverse explosivo, y los desechos de cobre van donde indique el docente.
Reto
¿Qué dice cada observación?
Lleva cada observación de la práctica a la clase de compuesto que indica.
Reto
Cada número es el ΔT de una mezcla, en °C (datos inventados). Toca la reacción distinta.
En cada ronda hay una sola reacción distinta: la única exotérmica entre endotérmicas, o la única endotérmica entre exotérmicas.
Reto
El crucigrama del laboratorio.
Lee cada pista y escribe la palabra. No lleva tildes.
Cierre
En resumen
Benedict, Fehling y Tollens reconocen aldehídos y azúcares reductores porque estos se oxidan y reducen al cobre(II) o a la plata; las cetonas sencillas dan negativo.
El bicarbonato de sodio reconoce los ácidos carboxílicos por las burbujas de CO₂; el lugol reconoce el almidón y el Biuret las proteínas.
Una práctica bien diseñada lleva muestras preparadas con cálculos, un blanco, las mismas condiciones en cada tubo y una tabla de observaciones.
Las normas de seguridad responden a peligros reales (corrosivos, plata, calentamiento y desechos), y la práctica se hace solo en el laboratorio con el docente.
Con ΔT = T final − T inicial se decide si una reacción es endotérmica (ΔT negativo) o exotérmica (ΔT positivo).
Vocabulario
- Prueba positiva
Prueba en la que aparece el cambio que indica el grupo buscado: un precipitado, un color, un espejo de plata o burbujas.
- Blanco
Tubo con agua destilada y el mismo reactivo, tratado igual que las muestras, que muestra cómo se ve una prueba negativa.
- Baño maría
Recipiente con agua caliente en el que se meten los tubos para calentarlos de manera suave y pareja, sin llama directa.
- Espejo de plata
Capa brillante de plata metálica que se deposita en las paredes del tubo cuando la prueba de Tollens es positiva.
- Efervescencia
Salida de burbujas de gas de un líquido; en la prueba del bicarbonato, son burbujas de CO₂.
Guía para el docente
Tiempos
- Inicio · 5 min — Muestre frascos sin rótulo (por ejemplo, glucosa, sacarosa y almidón) y pregunte cómo averiguarían qué es cada uno sin probarlos. Descarte en voz alta el sabor y el olor como métodos.
- Explicación · 20 min — Normas de seguridad reactivo por reactivo, la tabla de las cuatro pruebas y el diseño con blanco. Prepare usted el reactivo de Tollens y deséchelo al terminar según el protocolo del laboratorio.
- Práctica · 25 min — Los grupos resuelven primero los cálculos de preparación y la cuenta de tubos; luego, si el laboratorio lo permite, hacen las pruebas con su supervisión y llenan la tabla. La medición de temperatura con bicarbonato y vinagre es la más segura para empezar.
- Cierre · 5 min — Cada grupo comparte una fila de su tabla y explica una prueba que haya dado un resultado inesperado y qué factor pudo influir.
Preguntas para el salón
- ¿Para qué sirve el tubo blanco si ya sabemos de qué color es el reactivo?
- Si la sacarosa no es reductora, ¿por qué algunos grupos la ven positiva con Benedict?
- ¿Por qué la mezcla de bicarbonato y vinagre se enfría si nadie la está enfriando?
Errores típicos
- Anotar solo «positivo» o «negativo» sin describir lo observado. Exija en la tabla una columna de observación (color, precipitado, burbujas) antes de la decisión.
- Concluir que una muestra es negativa cuando no se calentó lo suficiente. Pida que comparen con un tubo de glucosa, que sirve de control positivo, calentado el mismo tiempo.
- Decir que la reacción es exotérmica porque «salen burbujas» o «reacciona fuerte». Insista en que la decisión sale del signo de ΔT medido, no de lo vistoso de la reacción.
- Pensar que una cetona da positivo con Tollens porque tiene un grupo carbonilo. Recuerde que la prueba depende de que el grupo se pueda oxidar: el aldehído tiene un H en el carbonilo y la cetona no.
Tarea sugerida
Diseñar la tabla de registro para seis muestras (incluido el blanco) con las cuatro pruebas del DBA, escribir la ecuación balanceada de la prueba del bicarbonato con el ácido acético, y calcular cuántos gramos de bicarbonato hacen falta para obtener 1,1 g de CO₂.