lunes, 28 de mayo de 2012

Las cerillas


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En primero de carrera nos explicaron el funcionamiento de la cerilla en Química Inorgánica, parece un chiste de Lepe... Pero, ¿nunca te has preguntado por qué al frotarla se enciende tan fácilmente el fuego? El fuego es, irremediablemente, algo que nos atrae o nos asusta, o quizá ambas cosas...

Recuerdo que en infantil, encontramos una caja de cerillas y nos pasamos el recreo intentando encenderlas. No lo conseguimos. Aún ahora pienso que es difícil que no lo consiguiéramos: o bien estaban defectuosas, o bien algún ser invisible nos protegió de quemarnos. Aquella caja era nuestro tesoro, y lo intentábamos con una mezcla de temor y respeto. Porque en una ocasión en unos talleres de verano del ayuntamiento, hacíamos casas al estilo de pagodas con cajas de cerillas y cerillas, y la de mi hermano se incendió... No sé si esto influyó en el miedo que le tengo al fuego, o fue el hecho de quemarme al encender una cerilla por primera vez, o el hecho de ver arder una sartén en la cocina, o vete a saber qué...

Ahora soy capaz de encender una vela sin que me tiemblen las manos, pero no sé si podría decir lo mismo de una barbacoa, un fuego en la chimenea o el mismo mechero Bünsen del laboratorio. Y es que cuando se mezcla con gas inflamable y fuego azul y grande, lo cierto es que me da miedo... Pero me gusta observar el fuego: es algo que hipnotiza. ¿Habéis observado el humo al apagar una vela? Se aprecia el paso de flujo laminar a turbulento y fue una de las fotografías que ganó el concurso de Ciencias en mi Facultad en primero de carrera.
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Vayamos ahora con el comportamiento de la cerilla: el compuesto de la tabla periódica llamado fósforo arde en contacto con el aire. Las primeras cerillas eran fósforo, recubierto con azufre, y al rascarlas se desprendía la capa protectora, de manera que el fósforo quedaba “al aire” y la cerilla se encendía. En realidad, la primera cerilla comercial del científico John Walker era una mezcla de sulfuro de antimonio, clorato de potasio, goma y almidón. Pero tenía algunos problemillas..., que iban desde que producía un olor desagradable, y que la reacción de encendido era prácticamente explosiva... Para eliminar el mal olor, se añadió fósforo blanco a la mezcla. Sin embargo, el fósforo es tóxico y en cada cerilla había suficiente cantidad como para causar la muerte de personas, y obreros que fabricaban cerillas tuvieron numerosos problemas..., hasta que se prohibieron.

También se empleaba en las cámaras fotográficas. ¿Tenéis la imagen de aquello de “mirad al pajarito”, y se quitaba una tela y se encendía el flash? Pues en realidad era fósforo, que en contacto con el aire, producía la suficiente luz como para tomar la foto.

http://t3.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcSBXq9vDtfbOn_CBGBgpLJZSdED4Fi-_mYOIVscHc2CsECxS_IwsRy7-94-Zw
Lo que se produce es una reacción de combustión: es decir se necesita una sustancia combustible (el fósforo), un comburente (el oxígeno) y energía. Por tanto, para apagar cualquier tipo de fuego se necesita eliminar una de las tres cosas: por eso se emplea agua (disminuir la energía calorífica) o arcillas, o bien se emplea una manta (evitar que haya oxígeno), y por eso se apaga una vela, si evitamos que entre oxígeno...

http://mediateca.educa.madrid.org/imagen/imagenes/publica
s/tam3/k1/k1kr4lj3wrq8ja8k.jpg
El fósforo no solo está en forma de fósforo blanco: el fósforo rojo es menos peligroso, y se empezó a emplear. Además, se separaron los componentes de la cerilla: en la cabeza había sulfuro de antimonio y clorato potásico, y en la superficie tenía vidrio en polvo, cola y fósforo rojo. Cuando se frotaba la cerilla, debido a la fricción parte del fósforo rojo pasaba a la forma blanca y se encendía. Ahora se utiliza un compuesto de fósforo: el sesquisulfuro de fósforo para reducir los riesgos.

Lo que no sabía es que existen dos tipos de cerillas, aquellas que se encienden por fricción con cualquier superficie y las llamadas de seguridad porque solo se encienden al frotarlas con una zona de la caja, que es donde en realidad se encuentra el fósforo (¡igual por eso, no conseguí encenderlas en infantil!).
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6 comentarios:

  1. Me ha gustado esta entrada sobre cerillas, aunque me han quedado dudas:
    - ¿Por qué en el núcleo tenía sulfuro de antimonio y clorato potásico, si es el fósforo el que arde en contacto en el aire?
    - ¿Por qué, si las cerillas de seguridad tienen el fósforo en la caja, ésta no arde al encenderlas, sino que arde la cerilla?

    Ahora entiendo por qué nunca he conseguido encender una cerilla en otra superficie, o en la propia uña.

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    1. Buenas preguntas, Leti!!
      1. John Walker consiguió de casualidad esa cerilla: todos los compuestos formaban una especie de lágrima, que puesta sobre un palito, se convirtió en la primera cerilla (o al menos eso cuenta la Wikipedia...)
      2. Tendría que investigar más... Te copio la respuesta de la wikipedia, a mí no me acaba de convencer...
      La seguridad viene dada por la sustitución del fósforo blanco por fósforo rojo, y por la separación de los ingredientes: la cabeza de la cerilla se compone de sulfuro de antimonio y clorato potásico, mientras que la superficie sobre la que se frota es de vídrio en polvo, cola y fósforo rojo. Las superficies de raspado suelen estar compuestas principalmente por sulfuro de fósforo, perclorato potásico, azufre y cola. En el momento de frotar ambas, debido al calor de la fricción parte del fósforo rojo se convierte en fósforo blanco, éste se prende, y comienza la combustión de la cerilla.
      Si encuentro algo mejor, vuelvo a responder ;)

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  2. Sí, si encuentras algo mejor, vuelve a responder, porque no me ha solucionado mucho. Sigo sin saber por qué le pone sulfuro de antimonio y clorato potásico, en vez de otras cosas. ¿Sólo porque formaban una lágrima?

    Y lo de la caja, igual que antes. Algo tiene que tener la cerilla para que arda ella y no la caja, sobre todo si tenemos en cuenta que la caja está llena de fósforo, por lo que dice Wikipedia.

    Qué lío me estoy haciendo yo sola...

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    1. Este comentario ha sido eliminado por el autor.

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    2. Arde la cerilla y no la caja porque es más combustible el trisulfuro de tetrafósforo que el fósforo blanco, según las entalpías de combustión siguientes :

      P4 + 5 O2 = P4O10 + 3.013 kJ/mol

      P4S3 + 8 O2 = P4O10 + 3 SO2 + 3.676 kJ/mol

      Con respecto a la otra pregunta, habiendo ya un combustible como el P4S3 , ¿ para qué hacen falta el clorato de potasio y el sulfuro de antimonio (III) ? . La respuesta está nuevamente en la entalpía de combustión del P4S3 , tan alta , que si fuera éste el combustible empleado en la cabeza , se inflamaría en cualquier superficie rugosa , y ya no serían "cerillos de seguridad". Por eso sólo se agrega una muy pequeña cantidad de P4S3 como para que se inflame la cabeza y para que el alto calor producido proporcione la energía de activación para las dos reacciones que siguen : (a) La descomposición del clorato de potasio KClO3 en presencia de catalizador MnO2 produce O2 (sin catalizador no porque produciría perclorato de potasio) :

      2 ClO3 = 2 KCl + 3 O2

      El calor (alto) que produjo la combustión del P4S3 , más el oxígeno O2 que produjo la reacción anterior , hacen posible la combustión del sulfuro de antimonio (III) , que no es tan exotérmica y sólo se inflama si se raspa contra la caja :

      Sb2S3 + 9/2 O2 = Sb2O3 + 3 SO2 + 1.436 kJ/mol

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    3. Muchas gracias por la respuesta, Físicoquímica 3!

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