Denís Paredes Roibás / José M.ª Gavira Vallejo
Normalmente, entendemos por explosivo una sustancia que reacciona enérgicamente produciendo muchos gases, calor, luz, sonido y presión en muy breve tiempo. Por ser gaseosos buena parte de los productos, la reacción supone un aumento de volumen. Los sonidos dependen de la reacción, pudiendo distinguirse desde este punto de vista las explosiones supersónicas o detonaciones (cuyas ondas de choque tienen mayor velocidad que la del sonido) y las explosiones subsónicas o deflagraciones.
En este experimento conseguiremos lo que podríamos considerar una explosión pero a la que le faltará una de las características más definitorias de la mayoría de las explosiones: la generación de gases. Sufre este tipo de explosiones el acetiluro de plata (o carburo de plata, Ag2C2), sustancia que fue sintetizada por Berthelot en 1866 a partir de fuentes inorgánicas para refutar la teoría de Berzelius de que los compuestos orgánicos solo pueden ser producidos por organismos vivos.
El experimento
Como no es común en los laboratorios disponer de carburo de plata, primero habrá que sintetizarlo, y ese es un atractivo adicional del experimento.
En una gradilla se disponen tres tubos de ensayo, dos de ellos con tubuladura lateral (o bien tubos de desprendimiento), como se indica en el esquema. En el tubo A se ponen unos 15 o 20 mL de agua. Cuando todo el sistema esté preparado, en este tubo se verterá aproximadamente 1 g de carburo de calcio y se tapará inmediatamente porque la generación de gas acetileno será instantánea.
Este acetileno se hará llegar al tubo B para que el gas burbujee dentro de una disolución de sulfato de cobre 1 M (unos 20 mL) a la que se habrán añadido previamente un par de gotas de ácido sulfúrico (hay autores que recomiendan que esta disolución esté saturada en sulfato de cobre).
El acetileno limpio irá al tubo C, donde se hará burbujear en una disolución de nitrato de plata amoniacal para formar acetiluro de plata, Ag2C2,que precipitará.
Para realizar el experimento se filtra la disolución donde se ha obtenido el acetiluro de plata, y, aún húmeda, se transfiere a una rejilla difusora cerámica colocada sobre un trípode en el interior de una campana extractora de gases. Se enciende un mechero Bunsen bajo la rejilla y se baja la ventana de la campana. Se observarán varias detonaciones acompañadas de pequeños destellos, así como una nube de hollín.
Se puede colocar un cilindro de malla de alambre alrededor del Ag2C2 antes de calentar; esto contendrá la mayoría de los fragmentos de polvo y hará que la limpieza sea más fácil.
Explicación
Obtención del carburo de plata
En primer lugar, al entrar en contacto el carburo de calcio con el agua, aquel se hidrolizará y producirá acetileno gaseoso (C2H2):
CaC2(s) + 2 H2O(l) ⟶ C2H2(g) + Ca(OH)2(s)
El gas se hace pasar al recipiente B, que contiene sulfato de cobre acidulado, para que queden retenidos el sulfuro de hidrógeno (H2S) y el fosfano (PH3) que surgirían de la hidrólisis de las posibles trazas de sulfuro de calcio y fosfuro de calcio que suelen estar presentes en el carburo de calcio. En condiciones ácidas, el sulfuro de hidrógeno se elimina completamente como sulfuro de cobre(II), que es una sustancia extremadamente insoluble (en condiciones básicas se formaría un precipitado de hidróxido de cobre(II))). En cuanto al fosfano, utilizaría su par de electrones solitario para unirse al ion Cu2+ desplazando al agua parcial o totalmente del complejo Cu(H2O)62+, que es la forma habitual del Cu2+ cuando está disuelto en H2O.
El nitrato de plata amoniacal del tubo 3 se llama reactivo de Tollens y hay que tener mucha precaución con él. Se puede preparar agregando una disolución de hidróxido de sodio 1 M gota a gota a 15 mL de nitrato de plata 0,25 M para obtener un precipitado de óxido de plata. Se añaden a continuación unos 5 mL de disolución de amoniaco 2 M gota a gota y se revuelve hasta que el precipitado vuelva a disolverse. No debe prepararse reactivo de Tollens y almacenarse porque puede descomponerse en cuestión de poas horas y formar fulminato de plata, que es explosivo. Hay que prepararlo ex profeso para el experimento.
Al llegar el acetileno al tubo C reaccionará con los componentes del reactivo de Tollens para formar un precipitado de acetiluro de plata:
C2H2 + 2 AgNO3 + 2 NH4OH ⟶ Ag2C2 + 2 NH4NO3 + 2 H2O
(En general, la formación de un precipitado a partir de nitrato de plata amoniacal se utilizaba hace algún tiempo como prueba de la presencia de grupos alquinilo terminales).
Según la bibliografía, procediendo de este modo se evita que se produzca la sal doble Ag2C2·AgNO3, que produce explosiones mucho más fuertes que las del Ag2C2 debido a que genera gases, los cuales experimentan un gran aumento de volumen por el calor. La velocidad de detonación del Ag2C2 es de 1200 m s–1; la del Ag2C2·AgNO3, 1980 m s–1. Esta sal doble se usa a veces como detonador primario. (Un detonador primario o iniciador se descompone con un pequeño estímulo externo: llama, fricción, impacto, choque, corriente o descarga eléctrica, radiación, etc.). Para evitar que se formen estas sales dobles, no se debe agregar el carburo de calcio directamente a una disolución de nitrato de plata ni burbujear el gas acetileno directamente a través de una disolución de nitrato de plata; hay que emplear reactivo de Tollens.
explosión del carburo de plata
Al poner el carburo de plata al fuego, la reacción que se produce es esta:
Ag2C2(s) ⟶ 2 Ag(s) + 2C(s) ΔH = –358 kJ mol-1
de modo que, en teoría, no se producen gases (si bien en la práctica se pueden obtener pequeñas cantidades de hidrógeno, nitrógeno y dióxido de carbono debido a la presencia de impurezas). No obstante, al carburo de plata se le encuadra dentro de los explosivos porque la reacción transfiere calor muy rápidamente al medio, lo que calienta el aire de alrededor, que experimenta un gran aumento de volumen.
Seguridad
En la síntesis y en el experimento de explosión debe usarse protección para los ojos. El procedimiento descrito está diseñado para asegurar que no se produzcan más de 0,5 g de explosivo (más podría ser incluso ilegal).
El carburo de calcio quema la piel y es dañino si se inhala. Reacciona con la humedad del aire para producir gas acetileno, por lo que puede generarse presión en los contenedores sellados que contienen el sólido. Por otro lado, el acetileno es inflamable.
No debe prepararse reactivo de Tollens y guardarse para usarlo horas o días más tarde porque puede generar en breve tiempo nitruro de plata, AgN3, que es fuertemente explosivo.
Referencias
- D. Fleming. Incendiary silver. Education in Chemistry, 2017. https://eic.rsc.org/classroom/incendiary-silver/2500473.article.
Imagen de cabecera: Royal Society of Chemistry en Youtube.
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/ .
