Denís Paredes Roibás / José M.ª Gavira Vallejo
Se puede producir una densa columna de humo simplemente añadiendo un poco de agua a una mezcla de nitrato de amonio y zinc.
Procedimiento
El experimento puede hacerse mezclando una parte en peso de polvo de zinc, una parte de nitrato de amonio y una cuarta parte de NaCl y añadiendo una o varias gotas de agua. La reacción es muy rápida. Como debe ser costumbre en las reacciones potencialmente peligrosas, conviene hacer pruebas con muy pequeñas cantidades.
Explicación
La reacción es la siguiente:
Zn + NH4NO3 → ZnO + N2 + 2 H2O
Se trata de una reacción de oxidación-reducción compleja. Por un lado, el Zn se oxida a ZnO:
Oxidación: Zn + H2O → ZnO + 2 H+ + 2 e–
Por otro lado, en el NH4NO3 tenemos dos iones: NH4+ y NO3–. En el primero, el nitrógeno se encuentra en estado de oxidación –3; en el segundo, el estado de oxidación es +5. Como el N2 tiene estado de oxidación cero, el paso de NH4+ a N2 es una oxidación, pero el paso de NO3– a N2 es una reducción:
Oxidación: 2 NH4+ → N2 + 8 H+ + 6 e–
Reducción: 2 NO3– + 12 H+ + 10 e– → N2 + 6 H2O
La reacción global se puede ajustar simplemente multiplicando la ecuación de la oxidación del Zn por 2 y sumando el resultado a las reacciones de oxidación y reducción del N, ya que de este modo se cancelarán tanto los electrones como los protones.
2 Zn + 2 NH4+ + 2 NO3– → 2 ZnO + 2 N2 + 4 H2O
Basta dividir por 2 y agrupar los iones amonio y nitrato en nitrato de amonio para obtener la ecuación global escrita al principio.
¿Para qué es necesaria el agua? Para facilitar el contacto entre los reactivos, ya que inicialmente lo que tenemos es una mezcla sólida de ellos. Por otro lado, se ha comprobado que un poco de cloruro de sodio (NaCl) añadido a la mezcla cataliza la reacción.
Esta es muy exotérmica (incluso podrá producir llamas si como resultado de alguna reacción secundaria se genera algo de hidrógeno). Por eso, el agua sale en forma de vapor; este vapor y las partículas microscópicas de ZnO creadas constituirán el humo blanco que se observará. Hay quien añade algunos cristalitos de yodo para que se vaporice y se obtenga un humo violeta. Pero hay que tener en cuenta que el yodo hará más tóxicos los vapores generados, que ya de por sí lo son debido al óxido de zinc, por lo que obviamente hay que evitar respirarlos.
Variantes
También se pueden producir mucho humo con nitrato de amonio (2 partes en peso), cloruro de amonio (media parte) y Zn (media parte en peso), todos ellos pulverizados, especialmente el Zn (si hay que triturarlos, hacerlo siempre por separado). Se mezclan todos los ingredientes suavemente, sin ejercer presión sobre la mezcla. Con ayuda de algún dispositivo que permita añadir agua desde cierta distancia, se añaden unas gotas de agua. Aparecerá un fuego azul y mucho humo debido al vapor de agua, el óxido de zinc, y, en este caso, el cloruro de amonio, que es una sal muy volátil (en realidad, lo que le sucede es que con el calor se descompone en amoniaco y cloruro de hidrógeno: NH4Cl → NH3 + HCl, pero al enfriarse en el aire, estos gases vuelven a generar NH4Cl en forma de partículas microscópicas que dispersan la luz).
Una variante más peligrosa es la obtención de un fuego químico instantáneo con nitrato de amonio en polvo, zinc finamente molido y un poco de ácido clorhídrico que se agrega sobre la mezcla de aquellos desde una distancia prudencial. A las reacciones anteriores se suma la producción de gas hidrógeno, que se inflamará.
Un experimento relacionado consiste en mezclar zinc en polvo y cristales de yodo triturados, en proporción de masa 1:1 (se recomienda probar primer con solo 1 g o menos). Se mezclan cuidadosamente y se ponen sobre una superficie ignífuga, como puede ser una losa. Al añadir agua aparecerá un humo violeta debido al yodo, humo que hay que evitar respirar.
Seguridad
El experimento debería realizarse bajo campana extractora o tras una pantalla de seguridad y empleando gafas protectoras, ya que la reacción es muy rápida y muy exotérmica. También puede hacerse en un lugar bien ventilado o al aire libre siempre que no haya riesgo de incendio, a sotavento y añadiendo las gotas de agua desde cierta distancia.
La reacción puede iniciarse incluso en el aire si este es muy húmedo, por lo que se debe tener cuidado al mezclar estos compuestos. Para limpiar el ZnO resultante, dado que este óxido es muy insoluble en agua se puede usar HCl diluido.
Referencias
- E. L. Palder. Magic with Chemistry. Grosset & Dunlap, 1966.
- B. Z. Shakhashiri. Chemical demonstrations. A handbook for teachers of chemistry. Universidad de Wisconsin, 1983; vol. 1, pp 51-52.
Imagen de cabecera: Damien Devaux.
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/ .
