Denís Paredes Roibás / José M.ª Gavira Vallejo
Una termita es una mezcla de un metal (pulverizado) que sirve de combustible y un óxido metálico. Es muy conocida la termita de aluminio en polvo y óxido de hierro, pero hay otras muchas. La reacción principal es del siguiente tipo:
M’ + M”O ⟶ M” + M’O
Como se puede deducir, se produce un intercambio de electrones entre el metal que se halla en forma elemental y el metal oxidado: el elemental se oxida y el oxidado se reduce a la forma elemental. Este tipo de reacciones rédox son muy llamativas porque, debido a las altas temperaturas que se generan, se producen efectos pirotécnicos espectaculares. Por eso las mezclas reactivas de este tipo son llamadas termitas. La primera reacción de termita fue descubierta y patentada a finales del siglo XIX por el químico alemán Hans Goldschmidt, por lo que también es conocida como reacción de Goldschmidt.
En un principio este tipo de reacciones se desarrolló para producir metales sin el uso de carbón, pues este quedaba mezclado con el metal y era de difícil eliminación. No obstante, pronto se vio su utilidad como herramienta de soldadura, siendo una de sus primeras aplicaciones la soldadura de vías ferroviarias. Usando la termita era posible tanto soldarlas como cortarlas sin requerir equipo pesado, agilizando así la construcción de estas líneas de trasponte.
La reacción de Goldschmidt también ha tenido usos militares. Una adaptación de ella fue usada para obtener uranio puro en el Proyecto Manhattan. Debido a su alta exotermicidad fue ampliamente empleada como material incendiario y para destruir piezas de artillería en la Segunda Guerra Mundial. Para ello se solía introducir termita dentro del ánima del arma, de forma que, al prenderla, el interior quedaba fundido. La reacción de la termita puede alcanzar temperaturas de 2000 oC.
El experimento
El dispositivo experimental puede ser como el que se muestra en la figura. Consiste en una maceta y, en su interior, arena y un crisol.
La termita propiamente dicha puede estar formada por 12 g de óxido de hierro(II) y 4 g de aluminio, ambos finamente pulverizados y previamente calentados por separado en sendos tubos de ensayo para desecarlos. Después se mezclan (no usar una espátula metálica) y se introducen en el crisol.
A continuación, con ayuda de una varilla de vidrio se prepara una mezcla de ignición consistente en 0,2 g de magnesio en polvo y 1,7 g de peróxido de bario. La mezcla se coloca sobre la de la termita formando un montículo y en ella se inserta una cinta de magnesio a modo de mecha.
A partir de este momento solo la persona responsable del experimento deberá acercarse al dispositivo. Con la ayuda de un mechero prenderá la cinta de magnesio, que a su vez incendiará la mezcla reactiva y comenzará la reacción. Una vez terminada se debe esperar un tiempo prudente para que se enfríe el recipiente y solo entonces se podrán recoger los productos. Se encontrarán pepitas de hierro (es posible que se deba fragmentar el sólido con la ayuda de un martillo para apreciarlas mejor).
Variantes
Existen numerosos tipos de termitas, como:
- Óxido de cobre(II) y zinc
- Óxido de cobre(I) o cobre(II) y aluminio
- Magnetita y aluminio en una atmósfera rica en oxígeno
- “Termato”, en la que además del óxido de hierro y aluminio se añaden sulfuro y/o nitrato de bario.
También se puede variar la mezcla de ignición:
- Permanganato de potasio y glicerina
- Llama de acetileno
- Bengalas
- Una cerilla si la termita está muy bien pulverizada y mezclada.
Fundamentos
La termita más clásica es la de aluminio y óxido de hierro. Es la que se usa en este experimento y la reacciona es esta:
2 Al + Fe2O3 ⟶ Al2O3 + 2 Fe
Como se ha indicado en el procedimiento, lo componentes han de estar finamente pulverizados.
Para iniciar la reacción es necesaria una alta temperatura de ignición, más alta que la de la llama de un mechero. No se inicia empleando pólvora. Incluso si la termita se calienta al rojo vivo, lo más probable es que no reaccione.
Para conseguir que la reacción se inicie habitualmente se emplea una cinta de magnesio, que al arder alcanza altas temperaturas. La cinta de magnesio se introduce en la mezclar y suele añadirse una pequeña cantidad de magnesio pulverizado. Después se prende la cinta.
El método más sencillo de ignición para realizar la reacción en un laboratorio es el que se propone en este experimento. Consiste en mezclar magnesio en polvo con peróxido de bario en polvo e introducir en esta mezcla la cinta de magnesio, que se enciende con un mechero u otra llama.
Existen otros métodos eficaces como la reacción entre permanganato de potasio y glicerina, pero el proceso es más lento, ya que estos reactivos irán produciendo calor poco a poco.
Por otro lado, para obtener los mejores resultados, tanto el aluminio como el óxido de hierro deben estar lo más secos posibles. Por ello se recomienda calentarlos previamente en tubos de ensayo o estufa.
Precauciones
La reacción de la termita es extremadamente exotérmica, por lo que se debe tener muchísima precaución para evitar incendios y quemaduras. Además, la reacción expulsa trozos de metal fundidos, por lo que se debería llevar a cabo tras una pantalla protectora. Si no se dispone de vitrina de laboratorio, el experimento debería realizarse en el exterior. Una forma de reducir los riesgos es emplear pequeñas cantidades de reactivos. Lógicamente, deben portarse gafas protectoras.
El peróxido de bario es peligroso por inhalación o ingestión. Además, puede producir una mezcla explosiva con materiales combustibles. Una vez preparada la mezcla de ignición (magnesio y peróxido de bario) esta no se debe almacenar, por lo que solo se debe preparar la cantidad necesaria para iniciar la reacción y consumirla toda.
El aluminio en polvo y el magnesio pueden arder violentamente.
En el caso de que sobrara material, este debe tratarse antes de tirarlo. La termita debe disolverse en ácido clorhídrico; la mezcla de ignición, en ácido sulfúrico. En caso de que el experimento falle y no se inicie la reacción, la mezcla de ignición y la termita se deben disolver en ácido clorhídrico y agregar sulfato de magnesio. Esto formará un precipitado que podrá ser echado al contenedor de residuos.
Bibliografía
- The thermite reaction between aluminium and iron(III) oxide. Education (Royal Society of Chemistry / Nuffield Foundation). https://edu.rsc.org/experiments/the-thermite-reaction-between-aluminium-and-ironiii-oxide/724.article.
Imagen de cabecera: Wikimedia.
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/ .
