225. Humareda con azúcar y nitrato

Denís Paredes Roibás / José M.ª Gavira Vallejo

Este tipo de humareda se basan en la producción de grandes cantidades de vapor de agua que arrastra partículas sólidas producto de las reacciones. Pueden conseguirse mediante dos tipos de componentes: un fuerte oxidante como el nitrato de potasio o el clorato de potasio y una sustancia que contenga muchos grupos OH para que se produzcan grandes cantidades de agua (por ejemplo, azúcar, lactosa, celulosa, harina…). Opcionalmente se puede añadir un colorante térmicamente estable y algún compuesto que en cierto modo estabilice la reacción o bien la modere o enfríe para evitar que sea explosiva, ya que estas reacciones son muy exotérmicas (normalmente producen llamas).

El experimento

Para realizar el experimento basta mezclar el azúcar (la reacción será más vigorosa con azúcar en polvo o azúcar glas) con un oxidante que puede ser el nitrato de potasio (en grano fino) en una proporción aproximada de 2:3 o 3:5 en peso o en cucharadas. Después se añaden opcionalmente el colorante y el retardante y se prende fuego a la mezcla. Hay que hacerlo sobre una superficie ignífuga y con mucho cuidado, con un encendedor de mango largo o valiéndose de una mecha. Es imprescindible realizar el experimento en una zona bien ventilada o en vitrina. La mezcla arderá vigorosamente con una llama de color púrpura debido al potasio, ya que este metal presenta una línea muy intensa de dicho color en su espectro de emisión.

También se pueden hacer “pastillas” con los reactivos calentando el azúcar y el nitrato hasta que la mezcla se vuelve como caramelo, vertiéndola en un molde y añadiendo colorante y retardante (si se desea) antes de que deje de ser fluida. Una vez preparada la pastilla, debe “encenderse” para iniciar la reacción.

Una alternativa es mezclar en un vaso de plástico 3 cucharadas de nitrato de potasio y 2 de azúcar. Después se añade un poco de agua para formar una pasta espesa. Se hacen pequeños conos con esta pasta y se dejan secar uno o dos días. Una vez secos se pueden encender.

Si se usa clorato de potasio, una proporción adecuada es 3 g de clorato y 1 g de azúcar. Si se añaden unas gotas de ácido sulfúrico la reacción se iniciará por sí sola.

Bote de humo

Los “botes de humo” que se venden como material de fuegos artificiales y para otras aplicaciones contienen generalmente KClO₃ y sacarosa. El CO₂ y el vapor de agua productos de la oxidación salen a chorros por agujeros del bote arrastrando partículas muy finas. Suele usarse también bicarbonato de sodio como moderador de la reacción.

No es difícil autofabricarse un bote humo o “bomba de humo”. Solo se necesita un tubo de cartón (por ejemplo, el de un rollo de papel higiénico o de cocina) recubierto interiormente con papel de aluminio. Dentro se colocaría la mezcla, ya sea en polvo o en pastilla. Hay que insertar en ella una mecha. Las bocas del tubo de cartón pueden taparse con papel de aluminio y los posibles resquicios se taparían con papel celofán, aunque siempre dejando los correspondientes orificios para la entrada de la mecha y la salida del humo. (Si en vez de tapar completamente el tubo se llena de una buena cantidad de mezcla 1:1 de azúcar y nitrato, se rodea de papel de aluminio y se deja la boca abierta para que el humo y el fuego salgan por la parte superior, podría observarse una fuente de chispas muy llamativa).

Fundamentos

Consideremos la sacarosa, que es el azúcar de mesa. Se trata de un disacárido de α-glucopiranosa y β-fructofuranosa cuya fórmula empírica es C₁₂H₂₂O₁₁ y que podemos representar espacialmente como se observa en la figura.

Nótese que se trata de una molécula con muchos grupos OH. Cuando se combina con clorato de potasio (KClO₃) se producen esencialmente estas dos reacciones rédox:

Oxidación:           C₁₂H₂₂O₁₁  +  13 H₂O          →  12 CO₂  +  48 H⁺  +  48 e^– 
Reducción:           8 ClO₃^–  + 48 H⁺  +  48 e^–    →    8 Cl^–  +  24 H₂O

La suma de ambas da la siguiente reacción molecular neta (ajustada con iones K⁺):

C₁₂H₂₂O₁₁  +   8 KClO₃         →     12 CO₂  + 8 KCl  +  11 H₂O

Como se puede observar, la oxidación rompe la cadena carbonada y produce bastante cantidad de CO₂ y de H₂O por cada molécula de sacarosa. El H₂O sale en forma de vapor, pues absorbe el calor de la reacción exotérmica. Parte de este vapor se puede enfriar rápidamente, condensando en su interior microgotas de agua que dispersan la luz, y esa es la razón de que veamos la “humareda”. Además, el humo también podría contener pequeñas partículas de KCl, una sal bastante estable.

Como oxidante también se puede emplear nitrato de potasio.

Estas reacciones pueden ser muy vigorosas, por lo que a menudo se añade algún tipo de estabilizador o “refrigerante” como bicarbonato de sodio, carbonato de magnesio o incluso serrín.

Hay que tener en cuenta que también se producirán reacciones secundaras en mayor o menor extensión que generarán gases tóxicos. Concretamente, los cloratos pueden generar Cl₂, ClO y ClO₂, y los nitratos, óxidos de nitrógeno de variada estequiometría (NOx).

En vez de sacarosa se podría usar glucosa. Si la tratamos con nitrato de potasio la reacción será:

12 KNO₃  +  C₆H₁₂O₆   →  6 CO₂  +  6 H₂O  +  12 KNO₂

Estos gases pueden propulsar a un cohete. De hecho, algunos aficionados lanzan estos artefactos con una mezcla de nitrato de potasio (KNO₃) y glucosa (C₆H₁₂O₆) u otro azúcar.

Humos de colores

Si se quiere que el humo tenga color hay que añadir un colorante. Pero no se puede –ni se debe– utilizar cualquiera. Primero, porque podría generar compuestos tóxicos; segundo, porque podría quemarse, dando lugar a un humo negro, no del color deseado.

El colorante elegido debe volatilizarse rápidamente a temperaturas muy por debajo de 500 ^oC con una descomposición mínima. Además, conviene que esté en un porcentaje significativo en la mezcla (aproximadamente un 30 %), no solo para que el color se observe bien, sino para que actúe como retardante de la reacción, disminuyendo la probabilidad de que entre en combustión. Suelen funcionar bien los colorantes de antraquinona, los azoicos, la auramina, el azul de metileno o derivados del xanteno como la rodamina B. Estos colorantes tienen diversas aplicaciones industriales como tintes para el cabello, histología, pirotecnia, pinturas… Para producir humaredas coloreadas se han probado con éxito los siguientes, según el color del humo (se menciona también su uso habitual):

Rojo:

• 1,4-diamino-2-metoxi-9,10-antraquinona (tinte de cabello)
• Rojo Sudán 5B (colorante CI 26125; pirotecnia, histología…)

Verde:

• 1,4-bis(p-tolilamino)antraquinona (colorante CI 61565, tinte de cabello)

Naranja:

• 1-fenilazo-2-naftol (colorante CI 12055; aceites minerales, humos…)

Amarillo:

• 1,3-isobenzofurandiona (colorante CI 47000, tinte de cabello…)

Azul:

• 1,4-bis(butilamino)antraquinona (colorante CI 61554; plásticos, velas, aceites minerales…)

Violeta:

• Rodamina B
• 1-hidroxi-4-(p-toluidino)antraquinona (CI 60725, tinte de cabello…)

Precauciones

Es muy recomendable hacer pruebas de estos experimentos a muy pequeña escala.

Al ser las reacciones muy exotérmicas y producir llamas, los experimentos deben hacerse sobre superficies ignífugas y en lugares donde no exista riesgo de incendio y bien ventilados (o al aire libre) porque, como se ha dicho, generan gases tóxicos. Hay que tomar precauciones por si hubiera que sofocar incendios.

Las mezclas que se van a obtener son sensibles al calor, la fricción, el impacto o la presión. En determinadas condiciones, estas mezclas pueden ser explosivas. No se debería triturar juntos el azúcar y el nitrato. (En general, muchas sustancias pulverizadas fácilmente combustibles y aparentemente inocuas pueden producir grandes explosiones. Por ejemplo, a veces han sucedido verdaderas tragedias por explosión del polvo de los granos en los silos; es lo que se conoce como una “explosión de polvo”, y también la pueden sufrir el carbón, el serrín, la harina, el azúcar, la leche en polvo y algunos metales, siempre que todos estos materiales estén finamente divididos y se den otras condiciones, como su confinamiento en altas concentraciones, la presencia de un oxidante y, normalmente, una fuente de ignición).

Siempre que se utilicen cloratos hay que evitar triturarlos junto con otras sustancias. Además, no deben mezclarse con azufre o compuestos de este como sulfuros o sulfatos (tampoco con antimonio y compuestos análogos).

Referencias

• A. M. Helmenstine. Colored Smoke Recipes. ThoughtCo.2018. https://www.thoughtco.com/colored-smoke-recipes-607310.
• A. M. Helmenstine. Ultimate Colored Smoke Bomb. ThoughtCo, 2021, https://thoughtco.com/ultimate-colored-smoke-bomb-605967.
• A. M. Helmenstine. Smoke Bomb Safety Information. ThoughtCo, 2023, https://thoughtco.com/smoke-bomb-safety-3976043.
• Colored smoke. Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/Colored_smoke.
• The King of Random. How to make colored smoke. YouTube, 2017. https://www.youtube.com/watch?v=7DVpSFL_bFA.
• B. Z. Shakhashiri. Chemical demonstrations. A handbook for teachers of chemistry. Universidad de Wisconsin, 1983; vol. 1, pp 51-52.
• Colored smoke. Xtrem-Experiments, 2014. http://xtrem-experiments.com/en/colored-smoke/.

Imagen de cabecera: Masterjoa3000 /Wikimedia Commons.

Este experimento pertenece al libro:

Denís Paredes Roibás, José M.ª Gavira Vallejo: 125 experimentos de química insólita para la Enseñanza de Física y Química. Triplenlace.com, 2025. https://triplenlace.com/aula-libros/125eqi/ .