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La reacción entre el bicarbonato de sodio y el vinagre se utiliza con frecuencia en distintos tipos de proyectos caseros de química, como por ejemplo en las maquetas de volcanes y como componente activo en muchos extintores de incendios.
Esta reacción sirve para ilustrar la generación de un gas en una reacción química. También permite observar el efecto de la diferencia de densidad de los gases, pues se concluye que el gas generado es más pesado que el aire. Por otro lado, es un ejemplo visible de una reacción de neutralización ácido-base.
¿Qué es el bicarbonato de sodio?
El bicarbonato de sodio es una sal de fórmula NaHCO3. Se trata de la sal sódica de la base conjugada del ácido carbónico (H2CO3). Al ser un ácido débil, el bicarbonato es una base débil. Al mismo tiempo, al tratarse el ácido carbónico de un ácido diprótico (con dos protones), el bicarbonato aún posee un hidrógeno ionizable, convirtiéndolo también en un ácido débil. Este carácter simultáneamente básico y ácido hacen que sea un compuesto anfótero que puede reaccionar tanto con ácidos como con bases; sin embargo, en disolución acuosa prevalece el carácter básico, produciendo una disolución alcalina.
El bicarbonato de sodio es un electrolito fuerte soluble en agua, como lo son todas sales de sodio. Es decir que una disolución acuosa de bicarbonato de sodio en realidad contiene iones sodio y iones bicarbonato disociados:
El ion bicarbonato en disolución acuosa luego reacciona con el agua estableciéndose dos equilibrios químicos relacionados:
Cuando una disolución de bicarbonato de sodio reacciona con un ácido, el mismo se comporta como una base, captando el protón. Cuando reacciona con una base lo suficientemente fuerte, actúa como un ácido, cediendo su segundo protón y convirtiéndose en el ion dibásico carbonado.
El ácido carbónico es el ácido oxácido del carbono con valencia IV y, como tal, no es estable en disolución acuosa. Por esta razón, se separa rápidamente en el anhídrido respectivo, es decir, en dióxido de carbono gaseoso y agua. Así, en lugar de estar en equilibrio con el ácido carbónico, el bicarbonato en realidad se encuentra en equilibrio con el dióxido de carbono gaseoso presente en la atmósfera.
¿Qué es el vinagre?
El vinagre que utilizamos en la cocina corresponde a una disolución acuosa de ácido acético o ácido etanóico. Este es un ácido orgánico monoprótico débil de fórmula CH3COOH. A pesar de poseer 4 hidrógenos en su estructura, solo el hidrógeno del grupo carboxilo, el -COOH, es ionizable, ya que los otros tres hidrógenos están fuertemente unidos a un átomo de carbono.
El ácido acético en buena parte de la literatura se representa en forma abreviada como HAc, donde H representa el hidrógeno ionizable y Ac representa la base conjugada del ácido acético, es decir, el ion acetato. Al disolverlo en agua, el ácido acético reacciona con el agua produciendo iones hidronio:
O, alternativamente
La constante de acidez del ácido acético es de 1,75.10-5 y, en la mayoría de las presentaciones de vinagre comercial, en especial en las de vinagre blanco producido a partir de alcohol destilado, se encuentra a una concentración de alrededor del 5% m/V. En base a estos dos datos, se puede verificar que el vinagre posee un pH de cerca de 2,42, lo que lo hace una disolución considerablemente ácida.
¿Cómo reaccionan el bicarbonato de sodio y el vinagre?
Como ya vimos, el vinagre es una disolución ácida, por lo que, al mezclarla con bicarbonato de sodio, que es una sal anfótera, este actuará como una base, neutralizando al ácido y convirtiéndose en ácido carbónico. Este, inmediatamente se descompone para convertirse en dióxido de carbono gaseoso el cual se libera de la disolución en forma de una gran cantidad de burbujas o efervescencia.
Si a la disolución original también se le agrega jabón, champú o algún otro tipo de surfactante, el gas generado queda atrapado en burbujas de jabón, formando una espuma que asciende rápidamente por las paredes del recipiente. Este es el principio de funcionamiento de los volcanes químicos que se son ubicuos en la mayoría de ferias de ciencia en las escuelas primarias y preparatorias.
La ecuación de la reacción entre el bicarbonato de sodio y el vinagre
Ahora que sabemos de qué están hechos el bicarbonato y el vinagre, podemos entender mejor cómo ocurre la reacción entre ambos reactivos. Se trata de una neutralización ácido-base en la que el ácido acético del vinagre es neutralizado por los iones bicarbonato en el bicarbonato de sodio. La reacción total es la combinación de las siguientes reacciones individuales:
Los iones sodio y acetato que quedan en disolución al finalizar la reacción no son más que la forma disociada del acetato de sodio, el cual es un electrolito fuerte. En otras palabras, la misma ecuación se puede escribir en forma más condensada de la siguiente manera:
La flecha hacia arriba que se encuentra a la izquierda del dióxido de carbono indica que el CO2 se está liberando en forma de gas.
Referencias
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