Denís Paredes Roibás / José M.ª Gavira Vallejo
Existen reacciones químicas que, convenientemente realizadas, tienen como resultado visual algo que se asemeja a la erupción de un volcán (lo que no significa que estas reacciones reflejen los fenómenos geoquímicos que se producen en un volcán real). Algunos de estos “volcanes” son muy realistas, pero tienen el inconveniente de que producen mucho calor, fuego y chispas. Los tres que describimos a continuación solo generan vapores y “lava” fríos.
Experimentos
Con hielo carbónico
Uno de ellos consiste en una lata de refresco (o la parte inferior de una botella de plástico) llena de agua hasta su mitad y colocada dentro de un recipiente que simule un cono volcánico (puede ser de escayola, arcilla, pasta de sal…). Se añade media cucharilla de detergente líquido y algún colorante alimentario líquido si se desea. Finalmente se agrega un pequeño trozo de hielo carbónico (que es dióxido de carbono congelado, también conocido como “hielo seco”).
El hielo carbónico sublima espontáneamente a –78,5 oC, pero al entrar en contacto con el agua, que está a una temperatura mucho más alta, sublimará a gran velocidad produciendo grandes cantidades de CO2 gaseoso. El gas formará muchas burbujas, que son la base de la espuma. Esta saldrá por la boca del cono y correrá “ladera” abajo al tiempo que se creará una densa humareda blanca de CO2.
Con vinagre y bicarbonato
Una alternativa menos realista pero sin riesgos y mucho más al alcance de todos es mezclar bicarbonato de sodio, vinagre (ácido acético diluido) y un poco de detergente.
Como el experimento es apto para niños, parte de la actividad puede ser también modelar el volcán. Para ello pueden emplearse diversos materiales que no tienen por qué ser ignífugos, ya que no se va a producir ningún tipo de fuego, chispas ni calor (el calor de neutralización solo elevará muy ligeramente la temperatura de la mezcla). Puede utilizarse cartón grueso (para que no moje, se puede recubrir de plástico), arcilla, pasta de sal, escayola…
Una buena opción es la pasta de sal. Esta se obtiene mezclando harina y sal fina (en proporción 2 a 1 en peso o 3 a 1 en volumen) y añadiendo poco a poco agua caliente mientras se remueve con una cuchara inicialmente y amasando con las manos cuando la pasta esté formándose (opcionalmente se puede agregar un poco de aceite). Se obtendrá un volcán blanco (será como si estuviese nevado), pero si se desea otro color bastará añadir colorante.
Esta pasta se puede moldear alrededor de una botella de plástico pequeña formando un cono, sin cubrir la boca de la botella. Posteriormente, por la boca se añadirán, en este orden, agua caliente (ayudándose de un embudo si es necesario) hasta los ¾ de la botella aproximadamente, unas gotas de detergente y dos cucharadas de bicarbonato, más el colorante, si se desea. Finamente se agrega el vinagre lentamente. La erupción comenzará enseguida.
Con peróxido de hidrógeno, catalizando con levadura
Se puede conseguir un efecto parecido con levadura rápida y agua oxigenada, ya que la primera cataliza la descomposición de la segunda, produciéndose mucho oxígeno que sale en forma de burbujas. En este caso no se necesitaría detergente.
Fundamentos
Para que un gas forme burbuja en un líquido, la tensión superficial del líquido debe ser la adecuada. La del agua pura es demasiado alta y no permite que se formen burbujas estables. Pero un detergente, por ser un tensioactivo, disminuye la tensión superficial del agua en grado suficiente como para que se formen muchas burbujas de CO2 en el experimento del hielo seco y en el del vinagre y bicarbonato.
Las primeras burbujas formarán una capa que cubrirá totalmente la superficie del agua, pero esta capa se elevará empujada por capas sucesivas que se irán creando a gran velocidad. Esto generará una espuma consistente que saldrá del líquido.
Hablando de burbujas y espumas es interesante comentar que si al agua se le añadieran una o más pastillas de simeticona (un fármaco a base de α-(trimetilsilil)-ω-metilpoli[oxi(dimetilsilileno)] y dióxido de silicio que se emplea para combatir la formación de gases intestinales) se dificultará, e incluso se impedirá, la creación de espuma, incluso en presencia de detergente. La simeticona es un potente agente antiespumante que rompe las burbujas de gas.
Cuando se usa vinagre (ácido acético) y bicarbonato, el CO2 se obtiene por esta reacción ácido-base:
NaHCO3 + HAc ⟶ CO2 + H2O + NaAc
En el caso del agua oxigenada (H2O2) y la levadura, las burbujas las formará el oxígeno generado en esta reacción de descomposición:
2 H2O2 ⟶ 2 H2O + O2
Esto se debe a que la levadura contiene catalasa, una enzima presente en casi todos los organismos expuestos al oxígeno que la emplean para proteger sus células del daño oxidativo que pueden sufrir al entrar en contacto con compuestos oxidantes externos o producidos por la propia célula, en particular el peróxido de hidrógeno. La función de la catalasa es descomponer esta sustancia en agua y oxígeno.
La reacción de la catalasa depende de las concentraciones del sustrato (H2O2). Si hay un exceso de enzima pero no de sustrato, la reacción estará limitada por la disponibilidad de este. Es decir, si la reacción se detiene será porque se habrá consumido el peróxido de hidrógeno; en ese caso, bastará agregar más para que continúe. Pero la enzima no se consume. Sin embargo, una excesiva concentración de sustrato podría provocar la saturación de la enzima, en cuyo caso ese sería el factor limitante. Habría que añadir más levadura si se quiere que la reacción siga produciéndose con cierta intensidad. (Hay otros factores que afectan a la actividad de las enzimas, como el pH o la temperatura; con una temperatura inadecuada la reacción enzimática se puede ralentizar o detener completamente).
Hielo seco
Puede parecer que el experimento en el que se usa hielo carbónico sea difícil de realizar por ser difícil obtener esta sustancia, pero no es así. Basta disponer de una botella extintora de incendios a base de CO2 (otras no funcionarán). Si, con las debidas precauciones (uso de guantes adecuados), se abre la válvula del extintor dentro de una bolsa de tela (o de otro material poroso; no debe emplearse una bolsa hermética como las de plástico), en el interior se formarán pequeños trozos de “hielo seco” al tiempo que saldrá una gran nube blanca. Esta nube consistirá en pequeñas partículas de hielo seco y también de hielo de agua producido instantáneamente por la humedad atmosférica.
La razón de que se formen estos hielos es que, al salir al exterior el CO2 que está a gran presión dentro de la botella y a temperatura ambiente, experimenta una gran expansión repentina (gran aumento de volumen), lo que supondrá su rápido enfriamiento por el efecto Joule-Thomson. Por este mismo efecto todos los gases a temperatura ambiente se enfrían al salir por un orificio estrecho y expandirse, excepto el hidrógeno, el helio y el neón (estos experimentan también el fenómeno, pero a temperaturas más bajas).
Precauciones
En general, es un experimento de poco riesgo que puede realizarse hasta con niños. Pero precisamente por eso, la educación en la seguridad invita a adoptar las medidas básicas habituales: uso de guantes, gafas y bata.
Como se producen gases, debe permitirse su libre expansión, es decir, no confinarlos en recipientes cerrados.
Referencias
- S. Lohner. Exploring Enzymes – A catalyzing science project. Scientific American, 2016. https://www.scientificamerican.com/article/exploring-enzymes/.
- E. L. Palder. Magic with Chemistry; Grosset & Dunlap, 1966, p. 71.
- Voodoo30x. How to Make Dry Ice With a Fire Extinguisher. YouTube. 2013. https://www.youtube.com/watch?v=WleXk7eu1tU.
- S. Lohner. Battling Gas Bubbles – A gassy science project. Scientific American, 2016. https://www.scientificamerican.com/article/battling-gas-bubbles/.
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/ .
