856. Descomposición de p-nitroanilina por ácido sulfúrico

Denís Paredes Roibás / José M.ª Gavira Vallejo

La p-nitroanilina experimenta una reacción formadora de espuma con ácido sulfúrico concentrado. El resultado es el surgimiento repentino y espectacular de una columna negra esponjosa junto a densos humos blanquecinos y amarillos.

El experimento

Se necesita p‐nitroanilina, ácido sulfúrico concentrado, crisol o cápsula de evaporación, placa calefactora u otro dispositivo de calentamiento y varilla de vidrio.

Simplemente se ponen 2 g de p‐nitroanilina y unas gotas de ácido sulfúrico concentrado en un vaso de precipitados alto. Se remueve bien y se coloca la mezcla en placa calefactora o bien se calienta con un mechero. A los pocos segundos y de forma repentina se formará una gran masa negra como la de la imagen.

Una variante del experimento consiste en emplear nitroacetanilida en vez de p-nitroanilina. Los resultados son muy parecidos.

Explicación

Lo que sucede es que la p-nitroanilina (4-nitroanilina) produce carbono y restos orgánicos sólidos, con liberación de vapor de agua, dióxido de carbono, dióxido de azufre, amoniaco y probablemente diversos óxidos de nitrógeno. El producto es esponjoso y flexible. Son los gases mencionados los que lo esponjan y elevan la masa formada.

La reacción ha sido estudiada por su capacidad para crear un material retardador del fuego. Según algunos autores, consta de tres etapas, en cada una de las cuales se producen distintos compuestos químicos:

1. En una primera etapa el agua es el componente gaseoso principal, con algo de sublimación de p-nitroanilina; el dióxido de azufre está ausente. Además de producir la deshidratación, el ácido sulfúrico provoca la sulfonación (introducción de un grupo SO₃H en el anillo aromático) de la nitroanilina. También ocurre una desaminación (pérdida del grupo amino (NH₃)). La generación de amoniaco puede detectarse con papel indicador húmedo si se hace el experimento a muy pequeña escala en un recipiente con boca estrecha.
2. La segunda etapa es la intumescente (es decir, de hinchamiento). La espuma se expande rápidamente. El dióxido de azufre y el agua son los principales productos gaseosos (también es probable que se produzca dióxido de carbono).
3. La tercera etapa supone la oxidación en el aire de los residuos.

Se ha analizado la espuma y tiene esta proporción (atómica) comparada con la de la p-nitroanilina:

La espuma es muy probablemente un producto reticulado formado a partir de lo que queda de la p‐nitroanilina y por ello la reacción se considera de polimerización (se conoce como polimerización explosiva). No obstante, la naturaleza estructural exacta del residuo insoluble que constituye la espuma se desconoce.

Se ha comprobado que la relación molar de p-nitroanilina a ácido sulfúrico no es demasiado importante para que se produzca la reacción. Así, se han obtenido espumas voluminosas a partir de mezclas con distintas relaciones molares. Todo el azufre en el residuo está presente como sustituyentes  sulfónicos en los anillos de benceno.

Los grupos nitro desaparecen de las moléculas en su mayor parte por reducirse a amonio.

El producto esponjoso obtenido es un buen aislante térmico bastante resistente a ácidos minerales concentrados, álcalis, disolventes orgánicos e inorgánicos y oxidantes. Si se expone a una llama, el producto brilla sin quemarse.

Seguridad

Hay que usar guantes y gafas e incluso una mascarilla y trabajar en vitrina, pues se producen gases tóxicos. También es posible hacerlo en una habitación bien ventilada, pero se recomienda colocarse tras una pantalla de protección.

La reacción es muy exotérmica; cuidado con las quemaduras.

Referencias

• What are the products produced in the decomposition reaction between p-nitroaniline and sulfuric acid at temperatures above 392 degrees Fahrenheit? UCSB ScienceLine, 2014. http://scienceline.ucsb.edu/getkey.php?key=3329.
• A. C. Poshkus y J. A. Parker. Studies on nitroaniline–sulfuric acid compositions: Aphrogenic pyrostats. J. Appl. Polym. Sci. 1970, 14, 2049–2064. DOI: 10.1002/app.1970.070140813.
• MEL Science. Experiment: A huge snake from nitroaniline and sulfuric acid («Gluconate snake» experiment). YouTube, 2018. https://www.youtube.com/watch?v=JQWBFieGzZ0.
• Random Experiments Int. – Experiments and syntheses. Reaction between p-Nitroaniline and sulfuric acid. YouTube, 2017. https://www.youtube.com/watch?v=7TRuXwI1ir8.

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/ .