LOS FÓSFOROS DE SEGURIDAD
INGENIERÍA QUÍMICA EN LA COCINA DE CASA
Los usamos todos los días, de
manera casi mecánica, sin prestar demasiada atención a que este adminículo
encierra mucha e interesante química y es una obrita de ingeniería. Comencemos
por su forma de uso: SIEMPRE debe encenderse raspando el fósforo en sentido
opuesto al del cuerpo, y en forma inclinada, de arriba hacia abajo. La razón es
obvia: el salto de alguna chispa o la rotura de la cabeza debe terminar en el
piso y no en sobre cuerpo propio o de otra persona o animal.
En la web hay muy buenas páginas
explicando la historia de este dispositivo y las variedades que se utilizan
actualmente, incluyendo los fósforos de madera que son tan comunes en nuestras
casas. Repasemos, entonces, la ingeniería y la química de un fósforo de seguridad, que no
están tan detalladas en la red.
Parte esencial es la denominada
raspa, una tira que puede tener diversos colores, y que se encuentra en la
parte externa de la caja. Está formada principalmente por vidrio finamente
molido y una pequeña cantidad de fósforo rojo, mezclados con un material
adhesivo para formar la superficie de fricción sobre la que se deslizará el
fósforo para encenderlo.
El fósforo propiamente dicho
contiene una pequeña cantidad de un oxidante (comburente, clorato de potasio) y un reductor
(combustible, generalmente azufre o trisulfuro de antimonio). Estos, con algún
material de carga (tierras diatomeas u otro), un colorante y goma, constituyen
la cabeza del fósforo. Esta cabeza está adherida a un palillo, generalmente de
madera blanda, como la de álamo, el que encierra un gran secreto: está embebido
en parafina y en fosfato diácido de amonio: en ambos reside la clave del buen
funcionamiento del fósforo después de que fue encendido.
La química del fósforo tiene
varias etapas:
1) Al frotar la cabeza del
fósforo sobre la raspa, pequeñas cantidades de fósforo rojo pasan a su cabeza
transformado en fósforo blanco, el que inflama espontáneamente en contacto con
el (dioxígeno del) aire.
2) Esto inicia la reacción entre
el oxidante y el reductor, formándose una llama y desprendimiento de dióxido de
azufre, que confiere el olor característico al fósforo recién encendido encendido y, muy
especialmente, cuando se apaga.
3) La llama se
"traslada" hacia abajo, alimentándose de la parafina que actúa como
combustible (además de la madera).
4) El fosfato actúa como
moderador de la combustión, de modo que esta ocurra con rapidez constante, no
sea demasiado rápida, la madera no se quiebre y no se formen brasas. En este
aspecto, la presencia de fosfato hace que se forme una capa protectora que impide
que demasiado oxígeno llegue a la superficie del fósforo, lo que hace que la
madera se carbonice sin oxidarse completamente a dióxido de carbono y agua. Muy
probablemente la capa protectora esté formada por pirofosfato de calcio u
otros iones metálicos presentes en la madera:
2 (NH4)H2PO4
+ 2 CaCO3 → Ca2P2O7 + 2 CO2
+ 2 NH3 + 3 H2O
Todos los productos de la reacción son gaseosos, con excepción del pirofosfato; la reacción entre el fosfato y el carbonato de calcio constituye una típica reacción ácido base de sales fundidas de Lux y Flood (de las que hablaremos en otra oportunidad).
Hemos desarrollado una
experiencia sencilla que incluiremos en otro articulito. Consiste en observar y
filmar en cámara lenta la combustión de un fósforo y, por otro lado, en medir
la rapidez con que quema el cuerpo de madera. Este experimento puede realizarse
de manera segura en casa o en un aula, y
es un buen entrenamiento para adquirir destreza experimental y realizar
mediciones sencillas.
Empleamos esta actividad durante
2020 y 2021, para que los estudiantes de primer año de la universidad
realizaran experimentos sencillos, con ayuda de algún familiar. Sin embargo,
sin ninguna duda, podría realizarse en un curso de Ciencia en la enseñanza media
o, incluso, en el último año de la primaria.
Para quienes hayan realizado
cursos universitarios básicos de Química General y de Química Inorgánica,
proponemos las siguientes preguntas vinculadas con lo desarrollado hasta aquí:
a) ¿Qué tipo de transformación es
la que ocurre entre el fósforo rojo y el fósforo blanco?
b) ¿Cuál es la estructura de cada
una de las sustancias anteriores y por qué el fósforo blanco es más reactivo
que el fósoforo rojo?
c) Escribir la ecuación química
para la reacción que explica la inflamación del fósforo blanco al aire.
d) Escribir las ecuaciones
químicas para la reacción del clorato de potasio con azufre y con trióxido de
antimonio.
Quienes lo deseen pueden enviar sus respuestas a quimicaconceptuallibro@gmail.com (en una próxima entrada publicaremos las respuestas).
En la Argentina la fábrica de fósforos más importante se instaló en 1877 en el barrio de Barracas. Actualmente en la localidad de José León Suárez, fabrica las dos marcas más conocidas.
Los fósforos de seguridad
reemplazaron en los hogares a los fósforos de fricción, capaces de encender
sobre cualquier superficie áspera. Estos, aún muy comunes en los EE.UU. de
N.A., fueron sustituidos para evitar accidentes, ya que tenían al fósforo
(principalmente como trisulfuro de tetrafósforo) en su cabeza. No se comenta demasiado que el cuerpo de papel encerado era
comúnmente mordido por los niños pequeños, con el consiguiente riesgo de
intoxicación por fósforo.
Lo más importante de todo es que hay mucha -muchísima- química en la vida de todos los días. Por cierto, no todo es Química, pero con nociones básicas de Física y Biología, se podría entender de manera simple (repitiendo a un maestro) "el mundo que nos rodea por dentro y por fuera de nuestra piel".
Héctor J. Fasoli
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