El experimento de la botella azul es una reacción química redox que cambia de color . Se prepara una solución acuosa que contiene glucosa , hidróxido de sodio y azul de metileno en un frasco cerrado que contiene algo de aire. Al reposar, cambia espontáneamente de azul a incoloro debido a la reducción del azul de metileno por la solución de glucosa alcalina. Sin embargo, agitar la botella oxida el azul de metileno de nuevo a su forma azul. Con más agitación, este ciclo de cambio de color puede repetirse muchas veces. [1] Este experimento es una demostración de química clásica que se puede utilizar en cursos de laboratorio como un experimento de química general para estudiarcinética química y mecanismo de reacción . [2] La reacción también funciona con otros agentes reductores además de la glucosa [3] y otros colorantes indicadores redox además del azul de metileno. [4]
El mecanismo del experimento de la botella azul requiere una comprensión de las tasas y los mecanismos de las reacciones químicas complejas que interactúan. En reacciones químicas complejas, las subreacciones individuales pueden ocurrir simultáneamente pero a velocidades significativamente diferentes. Estos, a su vez, pueden verse afectados por la concentración y la temperatura del reactivo.. En la mayoría de los casos, la velocidad de reacción general está determinada por la reacción más rápida de un solo componente. Sin embargo, cuando algunos procesos forman moléculas intermedias que luego reaccionan en otros procesos para formar el producto final, la velocidad de la reacción general está determinada por la velocidad de la reacción más lenta. En tales circunstancias, los productos intermedios suelen estar en estado estacionario en bajas concentraciones porque son muy reactivos. [7] El estado de equilibrio requiere que todos los mecanismos de reacción hacia adelante y hacia atrás ocurran al mismo ritmo. [8] Por lo tanto, la reacción neta general está determinada por la suma de todos los pasos del mecanismo donde la velocidad depende de la concentración y la temperatura. El experimento de la botella azul ilustra este principio de reacciones que interactúan con diferentes velocidades.[4]
El experimento de la botella azul requiere solo tres reactivos: solución de hidróxido de potasio , solución de dextrosa y solución diluida de azul de metileno . Estos reactivos se añaden a un matraz, se mezclan y se tapa el matraz. El color inicial de la solución es azul, pero después de reposar durante un breve intervalo se desvanece espontáneamente a incoloro, ya que la solución de dextrosa alcalina reduce el azul de metileno a azul de leuco-metileno incoloro . Al agitar el matraz, el oxígeno presente en el aire del espacio de cabeza se disuelve en la solución y oxida el azul de leucometileno de nuevo a su forma coloreada. [9] Otra variación utiliza azul de metileno en agua, glucosay sosa cáustica ( NaOH ). [10] Hay muchas versiones del experimento, sin embargo, a diferencia de la versión clásica en la que es necesario usar colorante como catalizador para la reacción, las versiones verde y rápida sufren autooxidación incluso en ausencia del colorante. [11]
En el pasado, se pensaba que la reacción se producía por oxidación de un grupo aldehído a un ácido carboxílico en condiciones alcalinas . Por ejemplo, la glucosa se oxidaría a gluconato por el oxígeno . [12] Sin embargo, el experimento también funciona con compuestos como la vitamina C y el benjuí , que no contienen un grupo aldehído. [4] Por lo tanto, la reacción es en realidad la oxidación de una aciloína o un grupo α - hidroxi carbonilo relacionado , que es una característica estructural de la glucosa, a 1,2-dicetona .[13] El colorante redox reducido (estado incoloro) se forma a partir del colorante redox oxidado (azul). El cambio de color que se produce en el experimento de la botella azul tiene las características de una reacción de reloj , en la que se produce repentinamente un cambio visible en la concentración de uno o más reactivos cuando se agota un reactivo limitante. Por ejemplo, el reactivo limitante, el oxígeno, es consumido por otro reactivo, el benjuí, con la ayuda de la safranina como catalizador. Una vez que se ha agotado la cantidad limitada de oxígeno, el catalizador no puede cambiar de forma y, como resultado, la solución cambia de color.