Obtención de carbono activado

Objetivos

• Obtener carbón activado a partir de una sustancia orgánica (sacarosa)
• Comparar la eficiencia del carbón activado obtenido en laboratorio con respecto al carbón activado Q.P

Fundamento teórico

Uno de los componentes químicos esenciales de los glúcidos es el carbono; la fórmula empírica de la mayoría de ellos es: C_n H_2m O_m, o C_n(H₂O)_m, de donde procede el nombre de carbohidratos o hidratos de carbono, lo que indica que se trata de compuestos en los que la porción de oxígeno e hidrógeno guarda la misma relación estequiométrica que en el caso del agua; lo que queda una vez retirada ésta, es sólo carbono. Esta disposición, parece confirmarse con el fuerte calentamiento de los glúcidos, ya que amarillean, pardean, se ennegrecen y quedan convertidos en un fino carbón, obteniéndose agua en el destilado, reacción muy conocida desde hace mucho tiempo y se puede realizar de dos métodos: mediante deshidratación térmica y por deshidratación química con un ácido concentrado como el sulfúrico, que produce también una suspensión de carbón finamente dividido al calentar algunos glúcidos en su seno.

En condiciones menos drásticas, los ácidos provocan una deshidratación parcial con resinificación parecida a la que se obtiene con un calentamiento no demasiado fuerte de un glúcido en seco (caramelo), con compuestos en los que la proporción entre carbono y oxígeno-hidrógeno sube progresivamente mediante la formación de resinas que adquieren colores variados, en algunos casos diferentes, según el glúcido tratado.

El carbón activado obtenido en la destilación seca de la sacarosa está finamente dividido, como puede observarse por su elevada superficie de adsorción, que extrae la fucsina de su dilución. La unión de este tipo es física, una simple adsorción, como se demuestra al eludir colorante con la adición de un disolvente con elevada apetencia por el colorante, como lo es el etanol.

Toxicología

Fucsina básica: Mezcla de tres parte de acetato de pararosanilina y una parte de hidrocloruro de pararosalina. Usos: tinción de Tuberole Bacillus y para distinguir entre los tipos de bacterias coli y aerogenes en el endomedio.

Toxicología en piel: Eczema, erupciones acneformes, crecimientos papilares en algunas ocasiones, epiteliomatosos.

Toxicología por ingestión: queilitis y gingivitis, dolor de cabeza, nauseas, vómitos y diarrea, debilidad.

Etanol: Irritante, depresivo del sistema nervioso central (SNC), provoca irritación de ojos y tracto respiratorio, dolor de cabeza, vértigo, somnolencia, confusión mental, fatiga, anorexia y náuseas; temblores o narcosis.

Sacarosa: Azúcar de mesa C₁₂H₂₂O₁₁, no hay toxicología reportada.

Propiedades: Terrones o polvo duro, blanco, cristales secos, sabor dulce, inodoro, soluble en agua, ligeramente soluble en alcohol, las soluciones son neutras al tornasol.

Monografía del producto

Una forma de carbón amorfa, caracterizada por su gran capacidad de absorción de gases, vapores y sólidos coloidales. La superficie interna de carbón activado se ha calculado que es de unos 334,5 m² por gramo, la densidad varía entre 0,08 y 0,5. No es eficaz para eliminar etileno.

Peligros: inflamable, tóxico por inhalación del polvo.

Usos: Decolorante de azúcar, purificación de agua, recuperación de disolventes.

Método 1: Obtención de carbono por deshidratación térmica.

Material

• 2 tubos de ensayo.
• 1 varilla de vidrio.
• Algodón.
• Embudo de tallo corto.
• Mechero Bunsen.
• Pipetas graduadas.
• Mortero con pistilo.

Reactivos

• Sacarosa.
• Solución acuosa de fucsina básica al 0,1 %.
• Etanol al 96 %.

Diseño experimental

1) Pesar una pequeña cantidad de sacarosa

2) Calentar el tubo a llama directa. Cuando el caramelo se vaya oscureciendo y ya no desprenda gases se forma una masa amorfa de carbón

3) El carbón obtenido se tritura con una varilla de vidrio dentro del mismo tubo

4) Extraer el sólido y pesarlo (calcular el % en peso de carbón activo obtenido)

5) Pulverizar en el mortero y guardar en otro tubo tapado

6) Al embudo se le introduce una torunda de algodón (algodón ligeramente mojado) en la rama estrecha (de modo que lo tapone, pero que permita el paso de líquidos)

7) Colocar sobre el tapón el carbón obtenido

8) Verter con cuidado unos ml de solución de fucsina básica encima del carbón, con cuidado (el líquido que va filtrado es prácticamente incoloro ya que la fucsina ha sido absorbida en el carbón activo)

9) Añadir 3 ml de etanol (el filtrado será ahora de color rojo ya que el etanol ha desplazado la fucsina de su adsorción sobre el carbón activo)

10) El sólido retenido en el tapón de algodón es el carbón activado

Método 2: Deshidratación química con un ácido concentrado

Material

• Vaso de precipitado de 250 ml.
• Agitador.
• Papel filtro.
• Aro metálico.
• Matraz kitazato.
• Mortero y pistilo.
• Crisol o cápsula de porcelana.
• Embudo de porcelana.
• Embudo Buchner.
• Pipeta.
• 3 tubos de ensayo de 16x150 mm.
• Embudo de talle corto.
• Soporte universal.

Reactivos

• Azúcar.
• H₂SO₄ concentrado.
• Agua destilada.
• Ver resolución de anilina.
• Carbón activado Q.P.

Diseño experimental

1) Pesar 10 g de azúcar en una balanza granataria y colocarlo en un vaso de precipitado de 250 ml

2) Agregar lentamente 10 ml de ácido sulfúrico concentrado agitando vigorosamente (evitar que se enfríe la reacción calentando el vaso con la mano), hasta la formación del carbono

3) El carbón que se obtiene se filtra al vacío y se lava con 100 ml de agua destilada

4) Dejar secar 5 min al vacío, pesar en una cápsula de porcelana y secar en el mechero por 5 minutos

5) Moler en el mortero hasta obtener un polvo muy fino, este se activa en la estufa calentando de 200 °C a 300 °C por 30 min y se deja enfriar

6) Se coloca el carbón activado obtenido en un embudo de tallo corto sobre papel filtro, se agregan lentamente 2 ml de anilina

7) En otro embudo depositar la misma cantidad de carbono activado comercial, agregar 2 ml de solución de anilina lentamente

8) Observar diferencias en ambos casos

• Nota: Reacción exotérmica, no inhalar vapores, son tóxicos.

Conclusiones

• Se puede obtener carbono activado a partir de la sacarosa y de la mayoría de los carbohidratos
• El carbono comercial es de mayor calidad, pero de un precio muy elevado
• El método más sencillo y preciso para obtener carbón activado es el 1, aunque si se calentara a temperaturas más elevadas y durante más tiempo, se obtendría carbono de mayor calidad

Bibliografía:

• HAWLEY. "Diccionario de Química y productos químicos" Ed. Omega, 2ª ed. pp. 194, 490, 880.
• PLUNKETT. "Manual de toxicología industrial" Ed. URMO. España pp. 57.
• ALEMANY. "Prácticas de bioquímica" Ed. Alhambra. Pp. 58-61.
• UAEM. "Programas de estudio y manuales de prácticas de química" Ed. UAEM México (1996). pp.22, 23.

Autor: Adán Monroy Perdomo. México.

Editor: Ricardo Santiago Netto (Administrador de Fisicanet)