La química de los bomberos

Manuel Blanco Fernández »

Suela la alarma y se produce una rápida reacción. El personal corre hacia los equipos personales y de ahí al vehículo correspondiente que los llevará al lugar del siniestro. Este es el inicio de cualquier salida en un parque de bomberos, lo que siempre es diferente es el tipo de actuación: incendios, rescates, actuaciones en industrias, intervención con mercancías peligrosas. Todas estas tipologías de intervenciones tienen algo en común, detrás de todas ellas está la Química.

Quizás, a priori, sorprenda esta afirmación, pero después de leer el artículo espero aclarar la estrecha relación que hay entre el trabajo de los bomberos y la Química.

Seguramente más de una vez cuando caminábamos por la acera o circulábamos con nuestro vehículo por la calle hemos oído el sonido de una sirena por encima del ruido del tráfico y hemos girado la cabeza o hemos mirado a través del espejo retrovisor del coche y hemos vistos los destellos de los rotativos de los grandes camiones rojos de los bomberos abriéndose camino entre el tráfico.

Quizás irán a apagar algún incendio, podemos pensar. Los incendios son la primera razón de ser de los bomberos que son llamados así por accionar bombas para poder impulsar el agua de los depósitos de los vehículos hasta el corazón del incendio. Todos hemos visto alguna vez algún incendio pero ¿sabríamos definirlo exactamente? Aquí aparece la primera lección de química, en la propia definición del fuego. Recuerdo hace ya algunos años que le pregunté a un químico qué era el fuego para él y me contestó: “el fuego es una reacción química que produce efectos físicos.” Simple pero completa. La reacción química de que la hablamos es la combustión y los efectos físicos que producen es la liberación de energía en forma de calor y luz. Si profundizamos algo más en la combustión, podemos decir que en este tipo de reacción interviene una sustancia llamada combustible y otra llamada comburente (normalmente el oxígeno presente en la atmósfera) que la reacción es una reacción de oxidación-reducción (redox) y que es exotérmica, es decir, que desprende energía. En las reacciones redox se produce una transferencia de electrones entre los elementos que reaccionan, esto es, entre el combustible y el comburente. El combustible es el reductor que “cede “los electrones y que se oxida a su vez y el combustible es el oxidante que “acepta” los electrones reduciéndose en último término. De forma general,

Combustible + Comburente →  Productos + Calor

Por ejemplo, la combustión del butano con el oxígeno se produciría según la siguiente reacción:

2C₄H_10(l) +  13O_2(g) →  8CO_2(g) +  10H₂O_(g) +  2642 KJ/mol

Una vez que se produce el incendio hay que actuar rápidamente para evitar los daños que se pueden producir en las personas, en las instalaciones o en el medio ambiente, mediante una buena estrategia de extinción y la correcta elección de la sustancia extintora. La sustancia por excelencia y que se utiliza con mayor frecuencia es el agua. ¿Por qué el agua? La respuesta está en la propia molécula del agua. La molécula del agua forma un dipolo, es decir, zonas en la propia molécula con diferentes cargas eléctricas lo que favorece que se formen enlaces entre los átomos de hidrógenos y los átomos de oxígeno de moléculas “vecinas”. Estos enlaces son los llamados puentes de hidrógeno (hasta cuatro puede formar cada molécula de agua) que hacen que el calor latente de vaporización del agua sea muy elevado (2257 kJ/kg (539 kcal/kg) a 100 ^oC.) Se necesita mucha energía para romper estos enlaces. Este calor es robado del incendio con lo que conseguimos su extinción por el método de enfriamiento. Pero no todos los incendios los podemos apagar con agua, así hubiera sido demasiado fácil nuestro trabajo. En caso de un incendio de la clase D, es decir, de metales como potasio, sodio, magnesio, no podemos emplear agua porque esta reacciona violentamente incluso llegando a explosionar con estos metales por liberación de hidrógeno al romper la molécula de agua.

Otro de los inconvenientes del agua, aparte de la incompatibilidad con determinados combustibles, es la de ser conductora de la electricidad creando situaciones de riesgo de electrocución para el personal de extinción. Para solventar este inconveniente existen otros agentes llamados polvos extintores que son dieléctricos hasta determinado voltaje. Podemos encontrar polvos dieléctricos hasta de 35000 V. Hacen su función eliminando los radicales libres y cortando la reacción en cadena haciendo que no progrese la reacción de combustión. A este método de extinción lo llamamos inhibición de la reacción cadena. Los polvos extintores que más frecuentemente se utilizan por ser polivalente para fuegos de las clases A, B y C (sólidos, líquidos y gases respectivamente) son de base de fosfato monoamónico.

Utilizadas para el control de derrames y para la extinción de líquidos inflamables: la espuma con agente extintor. La espuma es una mezcla de agua, espumógeno y aire en las proporciones adecuadas. La espuma hace su efecto extintor separando físicamente la superficie libre del liquido y el aire, esto es, mantiene separado combustible y comburente. El espumógeno puede ser de origen proteínico elaborado a partir de proteínas hidrolizadas, sales metálicas y otros aditivos. Este tipo de espumógeno genera espuma proteínica utilizada para fuego de hidrocarburos. Para mejorar las propiedades extintoras de la espuma proteínica se le añaden tensoactivos fluoroquímicos que modifican bajando la tensión superficial del líquido. Estas estructuras tienen una parte hidrofílica y otra hidrofóbica.

Cuando tenemos un incidente con un líquido polar como puede ser alcohol, tenemos que tener en cuenta que la espuma se degradará al disolverse el agua de la que está formada la espuma en el líquido combustible y no podrá sofocar el incendio. Para ello el bombero deberá conocer la naturaleza polar o apolar del líquido combustible ya que deberá elegir un tipo de espumógeno adecuado a la polaridad de las moléculas del líquido sobre el que hay que actuar. Actualmente existen en el mercado espumógenos polivalentes que sirven tanto para líquidos polares como no polares, en argot de emergencias los llamamos espumógenos para hidrocarburos y espumógenos antialcohol o resistente al alcohol.

Otros aditivos que se utilizan, sobre todo en el ámbito forestal, son los humectantes. Los humectantes son sustancias preparadas con tensoactivos que reducen la tensión superficial del agua, haciendo que el agua “moje” más aumentando la efectividad de esta.

Incluso en una salida de rescate los conocimientos en Química hacen más segura la intervención de los rescatadores. En el caso de los rescates en espacios confinados el equipo de intervención puede verse afectado por atmósferas deficientes de oxígeno y por la presencia de gases tóxicos. De estos gases tóxicos, es el sulfuro de hidrógeno el que más problemas causa entre los trabajadores en espacios confinados. Este gas de fórmula H₂S es más pesado que el aire por lo que se acumulará en las partes bajas, tiene olor a huevos podridos, es incoloro, inflamable y tóxico. Puede estar presente en espacios confinados en los que haya materia orgánica en descomposición, es decir, por degradación de proteínas.

En muchas situaciones se debe comprobar para comprobar la atmósfera en en espacios confinados, para comprobar la presencia de gases inflamables y/o tóxicos en incidentes con mercancías peligrosas por ejemplo. Para determinar la concentración de oxígeno y la presencia de gases tóxicos se emplean unos aparatos que están basados en reacciones químicas. Los sensores en los que se basan los detectores de gases inflamables es un sensor catalítico. Dentro de este sensor se produce una combustión sobre la superficie de un filamento en presencia de un catalizador. La diferencia de tensión producida por el calentamiento del sensor se traduce mediante un algoritmo en concentración de gases inflamables.

Otro sensor que se utiliza en estos aparatos es el sensor electroquímico, con dos electrodos que están en un medio líquido que hace electrolito. Entonces se produce una reacción en la que se produce una de transferencia de electrones. Esta transferencia de electrones produce corriente eléctrica que es proporcional a la concentración de gas que queremos medir generalmente en ppm para gases tóxicos (CO, p. ej.) o en porcentaje en volumen si mide concentración de oxígeno.

La reacción electródicas son:

CO + H₂O ⟶ CO₂ + 2H⁺ + 2e^–
½ O₂ + 2H⁺ + 2e^–  ⟶ H₂O

En servicios de bomberos suele haber una unidad especializada NBQ, que responde a las emergencias Nucleares, Bacteriológicas y Químicas. La mayor parte del trabajo que realiza esta unidad es el de intervención en incidentes catalogados como químicos, ya sea en la propia fabricación, elaboración, manipulación o transporte de sustancias consideradas como peligrosas. El origen de estos peligros está en las propias características químicas de las materias, siendo estas clasificadas por la ONU de acuerdo a sus principal peligro, así pues, tenemos la siguiente clasificación:

Es muy importante conocer a la hora de intervenir en incidentes en los que están involucradas estas sustancias sus características físico-químicas. Saber interpretar correctamente y desde el punto de vista técnico estas características hace que el equipo trabaje con un mayor grado de seguridad. Estas características vienen recogidas en las Fichas Internacionales de Seguridad Química (FISQ) (www.insht.es).

La información recogida en estas fichas sirve al equipo para determinar el grado de protección que debe emplear en la intervención. Los materiales que se emplean en las prendas de intervención son específicos para el compuesto. Se crea una relación entre el producto químico y la composición del equipo que determina el BT, breakthrough time (tiempo de paso) que indica el tiempo que tarda el producto químico en atravesar el material.

Los puntos de fusión y ebullición nos informan sobre el estado de agregación de la sustancia. El estado de agregación de la materia implicada será determinante para la elección del equipo de protección. No es lo mismo proteger las vías respiratorias de partículas que de gases o vapores. En el primer caso podríamos utilizar un equipo filtrante y para los gases se suele emplear equipos de protección independiente del medio.

Conocer el pH nos dará información sobre el grado de corrosividad que tiene la sustancia. Este dato es útil para la elección del tejido que tiene que tener el equipo de protección para la intervención. No todos los tejidos resisten el ataque de los corrosivos, traje, botas y guantes deben tener el mismo grado de resistencia.

La presión vapor nos da información sobre la volatilidad de la sustancia.

En los líquidos inflamables es especialmente interesante conocer la temperatura de inflamación que es la mínima temperatura a la que empieza a emitir vapores inflamables, que a su vez está relacionada con las fuerzas intermoleculares. Cuanto menor sean estas fuerzas, más baja será la temperatura de inflamación y por tanto más peligroso es manejar el líquido. Conocer los límites de inflamabilidad nos informa del rango en el cual la concentración de vapores inflables en aire puede ser explosiva.

En caso de derrame o fuga hay que conocer la interferencias que puede haber al mezclarse diferentes sustancias. Se pueden potenciar los peligros existentes o aparecer nuevos peligros al mezclarse diferentes sustancias. Por ejemplo, en caso de derrame de un ácido fuerte es importante no depositarlo en un recipiente metálico puesto que el ácido reaccionará con el metal desprendiendo H₂ y creando una atmósfera explosiva. En un accidente de tráfico vuelca un camión que transportaba nitrato amónico, en principio, esta sustancia la catalogamos como comburente, es decir, que favorece la combustión. En el incidente no se había producido ningún fuego, por lo que la peligrosidad del nitrato amónico parecía que estaba controlada. En un momento determinado se produce una gran explosión que afecta gravemente al personal de intervención. ¿Qué pudo ocurrir? Debido al accidente se rompió el depósito de gasoil del camión que iba lleno en ese momento. Así que, por un lado había gasoil derramado y por otra el nitrato amónico que transportaba, esas sustancias por separadas son fáciles de manejar y no tienen demasiado peligro. El problema surgió al mezclar ambas sustancias. Esa combinación de nitrato amónico y gasoil generó ANFO (Ammonium Nitrate/Fuel Oil) que es un potente explosivo.

Conocer los mecanismos de las reacciones, las características de los elementos y las sustancias es fundamental para hacer el trabajo más seguro. Hemos visto que la elección de los equipos de protección individual adecuados a los riesgos, la determinación de las sustancias extintoras a emplear, la tácticas en las intervenciones NBQ están condicionadas por unos sólidos conocimientos de Química. Por eso no es extraño que términos como combustión, radicales libres, puntos de ebullición y de fusión, reacción exotérmica, pH, etc. formen parte del bagaje técnico de los servicios de bomberos.

Hace tiempo que la profesión de bombero se está tecnificando y cargándose de las herramientas que la ciencia en general y la química en particular nos ofrece para realizar el trabajo de la manera más eficiente y más segura posible prestando un mejor servicio a la sociedad.