Denís Paredes Roibás / José M.ª Gavira Vallejo
El nitrato de amonio, NH4NO3, es un conocido fertilizante utilizado en agricultura para añadir nitrógeno al suelo, un elemento vital para el desarrollo de los aminoácidos de las plantas y por tanto mejorar su crecimiento y productividad. Normalmente es un compuesto bastante estable, pero si se dan ciertas condiciones aún no bien conocidas puede provocar fuertes explosiones. Como, además, se fabrica y acumula en grandes cantidades, estas explosiones suelen producir grandes tragedias, con decenas o centenares de muertos. En este experimento se demostrará que el nitrato de amonio puede sostener la combustión de ciertas sustancias en ausencia de oxígeno.
El experimento
Para llevar a cabo el experimento se empieza amontonando una pequeña cantidad de nitrato de amonio sobre una superficie ignífuga. Se le aplica la llama de un pequeño soplete o mechero Bunsen y se observará que el nitrato de amonio se funde, pero no se quema.
Después se amontona serrín y se le prende fuego. Es probable que la llama languidezca y se acabe extinguiendo. Si se separa el montón por la mitad, se verá que el serrín de dentro no se ha quemado. La razón es que el oxígeno no tiene acceso al interior.
Seguidamente se mezcla serrín con nitrato de amonio y se enciende la mezcla con el soplete. Se verá que al cabo de un rato el serrín se ha quemado completamente, incluido el interior.
Finalmente, se repite la prueba anterior, pero, cuando la mezcla empiece a arder, se tapa con un embudo de cristal resistente al fuego (o metálico; cuidado con las quemaduras) en el que se ha taponado el canal cilíndrico. Se observará que, a pesar de que se ha impedido al acceso de oxígeno a la mezcla, esta sigue ardiendo.
Explicación
El nitrato de amonio contiene iones nitrato, NO3–, e iones amonio, NH4+, es decir, dos especies de nitrógeno en las que este elemento tiene distintos estados de oxidación: +5 en el nitrato y –3 en el amonio. Dicho de otro modo, como la sal la forman una parte fuertemente oxidada y otra fuertemente reducida, contiene en su interior, al mismo tiempo, un oxidante y un reductor. Eso hace que al aplicarle calor se produzca esta reacción de desproporción o dismutación en la que el N se oxida y reduce al mismo tiempo:
NH4NO3 ⟶ N2O + 2 H2O
La reacción es exotérmica y podría llegar a ser explosiva. Para evitar ese riesgo debe hacerse con cantidades pequeñas.
La formación de N2O (“gas hilarante”) explica que el nitrato de amonio queme serrín incluso sin presencia de oxígeno, ya que dicho gas es conocido por mantener las combustiones casi tan eficientemente como el oxígeno. De hecho, se ha usado N2O como oxidante en los motores de cohetes, pues tiene la ventaja de ser relativamente poco tóxico y, debido a su estabilidad a temperatura ambiente, es fácil de almacenar y relativamente seguro de transportar.
El serrín es un material vegetal principalmente compuesto por celulosa, molécula que tiene un gran contenido en carbono. Por ello, cuando se quema serrín, se produce CO2 y H2O (además de otros subproductos). Eso mismo le sucede cuando se “quema” con nitrato de amonio, el cual, por su parte, da lugar a diversos óxidos de nitrógeno (N2O4, N2O3…). El mecanismo de la combustión de la celulosa con N2O es complejo, produciéndose intermedios en los que los grupos alcohol de la celulosa se oxidan a grupos ácido antes de generar finalmente CO2 y H2O.
La reacción se podría representar aproximadamente así (sin ajustar):
NH4NO3 + (C6H10O5)n ⟶ CO2 + H2O + NOx
representando NOx diversos óxidos de nitrógeno.
Precauciones
El experimento debe realizarse en campana extractora porque producirá mucho humo y gases de óxidos de nitrógeno, especialmente N2O. Se deben utilizar cantidades muy pequeñas ya que el nitrato de amonio puede llegar a ser explosivo. Se debe tener cuidado para evitar incendios y quemaduras.
Bibliografía
- Química Insólita: https://quimins.wordpress.com/2018/11/24/nitrato-amonio-fertilizante-arder-mejor-sin-oxigeno/.
- E. D. Kaverzneva y A. S. Salova. S. Mechanism of the oxidation of cellulose with nitrogen oxides. Russ Chem Bull,1959 8: 316. DOI: 10.1007/BF00917382.
- S. Cooley y M. J. Antal. Kinetics of cellulose pyrolysis in the presence of nitric oxide. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 1998, 14, 149-161. DOI: 10.1016/0165-2370(88)85005-8.
- E. C. Yackel y W. O. Kenyon. The Oxidation of Cellulose by Nitrogen Dioxide. J. Am. Chem. Soc. 1942, 64 121–127. DOI: 10.1021/ja01253a032.
Imagen de cabecera: harsha koneru 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/ .
