Denís Paredes Roibás / José M.ª Gavira Vallejo
Se puede simular una erupción volcánica prendiendo fuego a una mezcla de nitrato de potasio, azufre y carbón o pólvora negra.
Procedimiento
Se crea una pieza ignífuga que semeje un volcán. Esto se puede hacer con escayola, con una plancha metálica doblada en forma cónica, invirtiendo una maceta que tenga un agujero grande en el fondo, etc. En cualquier caso debe dejarse una boca suficientemente ancha en la cúspide. Como soporte puede usarse una losa, una baldosa, un ladrillo….
Conviene preparar estas tres mezclas (las proporciones son en peso):
- Mezcla de ignición. Nitrato de potasio: 15; azufre en polvo: 2,5; carbón vegetal: 2,5.
- Mezcla “verde”. Nitrato de bario: 7; azufre en polvo: 4; carbón vegetal: 1; nitrato de potasio: 1.
- Mezcla “roja”: nitrato de estroncio: 11; azufre en polvo: 4; carbón vegetal: 1; carbonato cálcico: 1; nitrato de potasio: 1.
El significado de los colores “verde” y “rojo” se explica más abajo.
Se vierte en el cono invertido la mezcla de ignición y, sobre ella, las otras dos. Se da la vuelta al recipiente con ayuda de papel de aluminio para evitar que el material se vuelque o mezcle. Se inserta una mecha en la mezcla y se enciende, retirándose la persona en el acto. Los gases generarán presión en el interior del recipiente y expulsarán partículas incandescentes.
Una variante que acrecienta la cantidad de materia incandescente proyectada consiste en emplear esta otra mezcla: nitrato de potasio: 2 partes en peso; magnesio el polvo (cuidado, porque el magnesio muy pulverizado es extremadamente inflamable al contacto con aire o agua): 1 parte; zinc en polvo: 1; limaduras de hierro: 1; carbón vegetal pulverizado: 1; y azufre en polvo: 1.
Fundamento
La mezcla de nitrato de potasio (KNO3), carbón vegetal (C) y azufre (S) en determinadas proporciones es lo que desde hace mucho tiempo se ha llamado pólvora negra. Estas tres sustancias químicas reaccionan de forma compleja y con variada estequiometría global, ya que se producen distintas reacciones que dependen de las condiciones. No obstante, la ecuación siguiente da una idea bastante aproximada de las transformaciones químicas que suceden:
10 KNO3 + 3 S + 8 C → 2 K2CO3 + 3 K2SO4 + 6 CO2 + 5 N2
En la ecuación se ha supuesto que el carbón vegetal tiene por fórmula simplemente C, lo cual es una simplificación, pues también contiene, al menos, H y O. Además, diversos estudios han probado que se obtienen muchos más productos, como los sólidos sulfuro de potasio, azufre, nitrato de potasio, tiocianato de potasio, carbono y carbonato de amonio y los gases monóxido de carbono, sulfuro de hidrógeno, hidrógeno, metano y agua.
Como puede observarse, hay un elemento químico que se reduce (el N, que pasa de tener número de oxidación +5 a número de oxidación 0) y dos que se oxidan: el C (de 0 a +4) y el S (de 0 a +6). La reacción genera muchos moles de gases (CO2 y N2) que ocupan un gran volumen por estar muy calientes, ya que la reacción es bastante exotérmica.
A estas características hay que agregar que el nitrato de potasio se descompone a las altas temperaturas que se alcanzan en la reacción proporcionando oxígeno (2 KNO3 ® 2 KNO2 + O2), el cual provoca la combustión de los combustibles C y S. Es decir, la pólvora no necesita oxígeno para quemarse; lo produce ella misma. El azufre es un elemento que tiende a dar reacciones exotérmicas a bajas temperaturas, lo que genera aún más calor.
Todo esto explica las propiedades explosivas de la pólvora, si bien hay que precisar que es un explosivo de los considerados débiles porque, más que detonar, deflagra (arde rápidamente) Ahora bien, si la pólvora está confinada dentro de un recipiente, la producción de gases y el calor pueden reventarlo, con consecuencias parecidas a las de una explosión propiamente dicha. Al contrario, si la reacción se hace de modo que se impida que los gases se concentren, es decir, si se facilita su expansión libre, esos efectos violentos se verán muy mermados. Es el caso del experimento que nos ocupa.
Chispas y colores
Si se añaden a la mezcla limaduras de metales (hierro, magnesio, zinc) la reacción será aún más atractiva porque los gases expulsarán partículas metálicas calientes y estas se avivarán con el oxígeno del aire porque formarán los óxidos correspondientes mediante reacciones muy exotérmica, lo que aumentará mucho la temperatura de las partículas.
Por otra parte, se puede dar colorido al volcán agregando un poco de nitrato de bario o de estroncio; en el primer caso las llamas se verán verdes; en el segundo, rojas. Esto se debe a los espectros de emisión del bario y el estroncio. Efectivamente, cuando estos elementos se calientan experimentan excitaciones electrónicas; las subsiguientes relajaciones emiten radiaciones en las que destacan los colores mencionados. Este es el espectro de emisión del bario:
Y este es el del estroncio:
Seguridad
Si no se dispone de laboratorio con vitrina, el experimento debería realizarse en lugar abierto en el que no haya ningún riesgo de incendio. Siempre debería probarse primero con cantidades muy pequeñas para valorar los riesgos. Si se quiere ralentizar el proceso para mayor seguridad se puede añadir serrín a las mezclas “verde” y “roja”. Si la persona que realice el experimento no está protegida por una vitrina o pantalla, debe retirarse para evitar respirar gases tóxicos y no ser alcanzada por partículas incandescentes. Los residuos deben desecharse como esté indicado en la normativa oficial.
Referencias
El experimento en el canal de YouTube de Química Insólita
- E. L. Palder. Magic with Chemistry; Grosset & Dunlap, 1966, pp. 42-43 y 45-46.
Espectros de emisión del bario y el estroncio: chemistry.bd.psu.edu.
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/ .
