NOTA   Reacciones químicas peligrosas con el agua


 

Réactions chimiques dangereuses avec l'eau
Hazardous chemical reactions with water

Redactores:

Manuel Bestratén Belloví
Ingeniero Industrial

Tomás Piqué Ardanuy
Ingeniero Técnico Químico

CENTRO NACIONAL DE CONDICIONES DE TRABAJO

Introducción. Objetivos

El agua es una sustancia química fundamental para el desarrollo de la vida en el Planeta y que además interviene como disolvente universal y como refrigerante en infinidad de procesos industriales. Sus extraordinarias propiedades refrigerantes la convierten en el producto básico por excelencia en instalaciones fijas de extinción de incendios. Si bien generalmente el agua es una sustancia inocua, existen diversas sustancias químicas que pueden reaccionar de forma peligrosa con ella por diversos motivos: exotermicidad de la reacción, generación de sustancias inflamables, tóxicas o corrosivas, o incluso descomposición violenta o explosiva de los reactivos.

Esta nota tiene por objeto indicar las reacciones peligrosas del agua con los elementos y sustancias químicas de posible aplicación en la industria. La relación de sustancias no es exhaustiva y con el objeto de facilitar el conocimiento de la peligrosidad de las mismas se han agrupado por familias o grupos químicos que tienen un comportamiento similar.

El riesgo de tales sustancias por su reactividad con el agua debería ser identificado en todos los envases que las contengan (a título de ejemplo, el código 704 de la NFPA -National Fire Protection Assotiation- para la IDENTIFICACIÓN DEL RIESGO DE UN PRODUCTO exige para tales sustancias el símbolo pictograma "), adoptando las consiguientes medidas preventivas en su almacenamiento y manipulación. Deberían almacenarse separadas de los materiales inflamables, a fin de evitar que puedan verse implicadas en un incendio en el que presumiblemente pudiera utilizarse agua como sustancia extintora.

Reacciones químicas peligrosas con el agua

Metales alcalinos - Grupo 1A

Los elementos metálicos alcalinos del grupo 1 de la Tabla Periódica son todos ellos sólidos que en contacto con el agua provocan la rápida descomposición de ésta para combinarse vigorosamente con el anión (OH) -creando los correspondientes hidróxidos estables y liberando hidrógeno.

Dicha reacción es muy exotérmica.

Influye en la celeridad o violencia de la reacción, además de la temperatura del agua, el grado de subdivisión del sólido, ya que si el elemento está troceado o particulado, la superficie de contacto con el agua es mucho mayor, acrecentándose entonces la peligrosidad.

  • Li Litio

  • Na Sodio

  • K Potasio

  • Rb Rubidio

  • Cs Cesio

Reacción típica

2 K + 2 H2O 2 KOH + H2

Singularidades

  • El calor de reacción en el caso del potasio es suficiente para inflamar el hidrógeno.

  • El potasio en contacto con el oxígeno del aire genera trazas de hiperóxido potásico (KO2), producto también muy reactivo con el agua (ver peróxidos), por lo que una atmósfera rica en oxígeno acrecienta la peligrosidad del potasio en su reacción con el agua.

  • En el caso del Cesio la reacción de descomposición del agua es capaz de iniciarse a muy baja temperatura (-116 ºC), inflamándose fácilmente también el hidrógeno liberado.

Metales alcalino térreos - Grupo 2A

Los elementos alcalino térreos igual como los alcalinos pero con menor vigorosidad reaccionan exotérmicamente con el agua generando los correspondientes hidróxidos y liberando hidrógeno.

Su reactividad se acrecienta al incrementarse su peso atómico aunque el calor liberado por la reacción no es suficiente para iniciar la combustión del gas inflamable.

  • Mg Magnesio

  • Ca Calcio

  • Sr Estroncio

  • Ba Bario

Reacción típica

Mg + 2 H2 O Mg(OH)2 + H2

Singularidades

  • El magnesio finamente dividido, en contacto con el agua es susceptible de explotar bajo la acción de un impacto.

  • La acción del calcio sobre el agua puede ser vigorosa particularmente en presencia de cloruro férrico, cloruro de oro o cloruro de platino.

Cinc - Grupo 2B

El cinc en estado de subdivisión y en masa humidificada por vapor de agua da lugar a un desprendimiento de hidrógeno susceptible de inflamarse por el calor de reacción.

Reacción típica

Zn + 2 H2 O Zn(OH)2 + H2

Singularidad

  • En contacto con el aire y una pequeña cantidad de agua el cinc en polvo reacciona desprendiendo calor suficiente para mantener incandescente el polvo del metal.

Boro y aluminio - Grupo 3B

Tales elementos en estado pulverulento descomponen vigorosamente el agua liberando hidrógeno capaz de inflamarse por el calor de la reacción.

Reacción típica

2 Al + 3H2O Al2O3 + 3 H2

Silicio, titanio, circonio y hafnio - Grupo 4 A y B

Estos elementos en un alto grado de subdivisión y en condiciones térmicas especiales reaccionan exotérmicamente con el agua liberando hidrógeno capaz de inflamarse en presencia de un foco de ignición.

  • Si Silicio

  • Ti Titanio

  • Zr Circonio

  • Hf Hafnio

Reacción típica

Ti + 2H2O TiO2 + 2H2

Singularidades

  • El Titanio a 700 ºC descompone el vapor de agua, autoinflamándose el hidrógeno liberado.

  • El Circonio y el Hafnio en estado pulverulento, conteniendo bajos porcentajes de humedad (5-10%), son más difíciles de inflamar que secos, pero si se inflaman arden explosivamente proyectando partículas en combustión. El polvo debe contener al menos un 25% de humedad para poder ser manipulado con seguridad.

Amalgamas cerio-bismuto y cerio-mercurio

La aleación Cerio-Bismuto en estado de subdivisión se pone incandescente en contacto con agua, por la elevada exotermicidad de la reacción, ardiendo el hidrógeno liberado.

El agua descompone la almagama de Cerio-Mercurio produciendo también hidrógeno que puede inflamarse por el calor de la reacción.

Reacción típica

2Ce - Bi + 7H2O 2CeO2 + Bi2O3 + 7H2

Peróxidos inorgánicos

Estos productos dan reacciones exotérmicas muy violentas.

  • Na2O2 peróxido de sodio

  • KO2 hiperóxido de potasio

  • K2O2 peróxido de potasio

  • SrO2 peróxido de estroncio

  • BaO2 peróxido de bario

Reacciones típicas

2 KO2 + 2 H2O O2 + H2O2 + 2 KOH

Na2O2 H2O2 + NaOH

Singularidades

  • Na2O2 - Con agua caliente o vapor libera además de hidróxido sódico, O2 (oxígeno).

Óxidos inorgánicos

Estos productos dan reacciones exotérmicas y en ocasiones muy violentas.

  • Cs2O óxido de cesio

  • CaO óxido de calcio

  • P2O3 trióxido de fósforo

  • CIO3 trióxido de cloro

Reacciones típicas

CaO + H2O Ca(OH)2

Singularidades

  • P2O3 - con agua hirviendo libera hidrógeno fosforado, espontáneamente inflamable en aire.

  • Cs2O - reacciona con incandescencia.

  • CIO3 - reacciona de forma explosiva con formación de CI2 (cloro) y O2 (oxígeno).

Hidróxidos inorgánicos

Los hidróxidos alcalinos en estado sólido, muy solubles en agua, al diluirse libern mucho calor, pudiendo dar lugar a proyecciones de líquidos corrosivos.

  • NaOH Hidróxido sódico

  • KOH Hidróxido potásico

Reacción típica

NaOH + H2O Na+ + [OH]- + [H3O]+

Halógenos: flúor

El Fluor reacciona violentamente con el agua, generando ácido fluorhídrico y oxígeno y algo de difluoruro de oxígeno.

Reacciones típicas

2F2 + 2H2O 4 HF + O2

2F2 + H2O F2O + 2 HF

Singularidad

  • En contacto prolongado con hielo puede explotar debido al parecer a la formación de hidrato de fluor muy inestable.

Haluros

Se incluyen en este grupo a los fluoruros, cloruros, bromuros e ioduros. Generan reaciones violentas, liberando sustancias ácidas corrosivas, generalmente los hidrácidos correspondientes.

Principales haluros que producen reacciones peligrosas con el agua:

Reaciones típicas

2 CIF + 2 H2 O 2HCI + 2HF + O2

CH3COCI + H2O HCI + CH3COOH

Cl2Ca + 2 H2O 2 HCI + Ca(OH)2

SO2Cl2 + 2 H2O H2SO4 + HCI

AICI3 + 3 H2O 6 HCI +Al2O3

Singularidades

  • HCOF - Libera además de HF, CO (monóxido de carbono muy tóxico).

  • XeF6 - Es hidrolizado en trióxido de xenon (XeO3), compuesto muy inestable y explosivo. Su explosividad se acentúa en concentraciones de humedad superiores al 20%.

  • SOCI2- Libera además de HCI, SO2 (anhídrido sulfuroso), cuando reacciona con poca cantidad de agua con respecto a la de SOCI2.

  • ZrCI3 y TiCl2 - Liberan además de HCI, H2 (Hidrógeno).

Hidruros

Se incluyen en este grupo a los hidruros simples que son combinaciones binarias del hidrógeno con algún elemento, y los hidruros complejos.

La mayoría de los hidruros encierran peligrosidad pero no todos ellos son reactivos con el agua, siendo incluso su reactividad con ésta muy dispar.

Las reacciones con el agua son exotérmicas liberando hidrógeno capaz de inflamarse.

Principales hidruros que producen reacciones peligrosas con el agua:

Reacciones típicas

CaH2 + 2 H2O Ca(OH)2 + 2 H2

LiAIH4 + 4 H2O AI(OH)3 + LiOH + 4 H2

Singularidades;

  • Los hidruros de álcalis dan reacciones más violentas que las de los propios metales con agua.

  • El Hidruro de magnesio comercial del 97% preparado por síntesis directa es estable y reacciona lentamente con agua. El preparado por reducción de compuestos de magnesio por hidruro de Aluminio y Litio (LiAIH4) es inestable y muy reactivo. Es descompuesto violentamente por el agua y puede inflamarse.

  • En general los hidruros de los metales alcalinos y alcalinotérreos al reaccionar con poca cantidad de agua en relación con la cantidad de hidruro, se incrementa la posibilidad de inflamación del hidrógeno liberado por el calor de la reacción.

  • El Hidruro de Berilio es violentamente descompuesto por el agua incluso a -196 ºC.

Ácido sulfúrico

Esta sustancia reacciona exotérmicamente y de forma muy violenta al adicionarle agua, provocando proyecciones corrosivas.

Reacción típica

H2 SO4 + H2O SO4H2·H2O (monohidrato)

Singularidad

  • La afinidad del SO4H2 por el agua es tan elevada que no sólo la elimina de los materiales que la contienen, si no que con frecuencia elimina también el hidrógeno y el oxígeno de los compuestos, y especialmente si contienen estos elementos en igual proporción a la que están en el agua.
    Por ejemplo el papel y la madera constituidos en su mayor parte por celulosa (C6H10O5)x y el azúcar-sacarosa (C12H22O11) se carbonizan.

Sulfuros, carburos, fosfuros y nitruros

Algunas de estas sustancias se hidrolizan exotérmicamente con agua liberando productos inflamables y en algunas casos tóxicos.

Sulfuros

  • P2S5 Pentasulfuro de fósforo

Reacción típica

P2S5 + 8 H2O 5 SH2 + 2 PO4H3

Singularidad

  • El pentasulfuro de fósforo puede inflamarse por el simple contacto con el aire húmedo.

Carburos

Los carburos son compuestos binarios que contienen carbono aniónico. Algunos de ellos son reactivos con el agua.

El carbón se presenta en varios grupos C2-2C-4 y C3-4

  • Be2C Carburo de berilio

  • Mg2C3 Carburo de magnesio

  • CaC2 Carburo cálcico

  • Al4C3 Carburo de aluminio

Reacciones típicas

Be2C + 4 H2O 2 Be(OH)2 + CH4 (metano)

Mg2C3 + 4 H2O 2 Mg(OH)2 + [H-CºC-CH3] (propino)

CaC2 + 2 H2O Ca(OH)2 + C2H2 (acetileno)

Al4C3 + 12 H2O 4 AI(OH)3 + 3 CH4

Singularidades

  • Cada una de estas reacciones es suficientemente exotérmica para provocar la ignición de los gases desprendidos.

Fosfuros

Los fosfuros son compuestos binarios que contienen el anión Fósforo P-3

Los más frecuentes son el fosfuro de aluminio y de calcio, que son utilizados como fumigantes de granos.

Reacción típica

AIP + 3 H2O AI(OH)3 + PH3

Singularidad

La fosfamina liberada - PH3 -es además de altamente inflamable, entrando espontáneamente en combustión por el calor de la reacción, muy tóxica.

Nitruros

Los nitruros son compuestos binarios que contienen el anión Nitrógeno N-3, liberando al reaccionar con agua, amoníaco y en algunos casos hidrógeno. Las reacciones son en general explosivas.

  • K3N Nitruro de potasio

  • Mg3N2 Nitruro de magnesio

  • Cu3N2 Nitruro de cobre

  • BN Nitruro de boro

  • SbN Nitruro de antimonio

  • BiN Nitruro de bismuto

  • CeN Nitruro de cerio

  • Ti3N Nitruro de talio

  • N3S2O6K Nitruro polisulfato de potasio

Reacciones típicas

K3N + 3 H2O 3 KOH + NH3

CeN + 2H2O CeO2 + NH3 + 1/2 H2

Singularidades

  • El Nitruro de cerio se pone incandescente con la adición de gotas de agua o agua pulverizada.

  • Varios nitruros han sido encontrados en la combustión inicial de ciertos metales como el Magnesio, Litio, Titanio, que son capaces de arder en atmósfera de Nitrógeno, según la reacción siguiente:
    Mg3N2 + 6 H2O 3Mg(OH)2 + 2 NH3

Derivados alquílicos de metales y metaloides

Los derivados alquílicos de los metales alcalinos reaccionan exotérmicamente con agua de forma violenta. La reacción de hidrólisis puede estar acompañada de inflamación de la masa orgánica y de proyecciones por formación brusca de vapor de agua.

Ciertos derivados alquílicos de algunos elementos de los grupos II, III y IV de la tabla periódica (Be, Mg, Zn, Cd, Ga, Si, Sn), reaccionan asimismo también violentamente con el agua.

  • C2 H5Na Etil sodio

  • C14 H9Na Sodio antraceno y sodio fenantreno

  • C10H7Na Sodio naftaleno

  • (C3H7)2Be Diisopropil berilio

  • (CH3)2Mg Dimetil magnesio

  • (C2H5)2Mg Dietil magnesio

  • (CH3)2Zn Dimetil cinc

  • (CH3)2Cd Dimetil cadmio

  • (CH3)4Sn Tetrametil estaño

  • (C2H5)3Ga Trietil galio

  • CH3SiCl3 Triclorometil silicio

  • (CH3)2SiCl2 Diclorodimetil silicio

  • (CH3)3SiCl Monoclorotrimetil silicio

  • C2H5SiCl3 Tricloroetil silicio

  • C2H3SiCl3 Triclorovinil silicio

Alquilaluminios y derivados

Los alquilaluminios y sus derivados producen reacciones exotérmicas muy violentas con el agua.

  • (CH3)3Al Trimetil aluminio

  • (C2H5)3Al Trietil aluminio

  • (C3H7)3Al Triisopropil aluminio

  • (C4H9)3Al Triisobutil aluminio

  • (CH3)4Al2H2 Hidruro de tetrametil dialuminio

  • (CH3)5Al2H Hidruro de pentametil dialuminio

  • (CH3)3Al2H3 Hidruro de trimetil dialuminio

  • (C3H7)2AIH Hidruro de dipropil aluminio

  • (C4H9)2AIH Hidruro de diisobutil aluminio

  • (CH3)3Al2CI3 Tricloro trimetil dialuminio

  • (C2H5)AlCl2 Dicloroetil aluminio

  • (C2H5)2AICI Monocloro dietil aluminio

  • (C2H5)3Al2CI3 Tricloro trietil dialuminio

  • (C4H9)2AICI Monocloro diisobutil aluminio

  • (CH3)3AI2Br3 Tribromo trimetil dialuminio

  • (C2H5)2AIBr Monobromo-dietil aluminio

  • (C2H5O)3Al2Br3 Etilato de Tribomodialuminio

Derivados nitrados de metales alcalinos

Son sustancias explosivas con una pequeña cantidad de agua.

  • KCH2-NO2 Nitrometano potasio

  • NaCH2-NO2 Nitrometano sodio

Aminas

  • N(SiH3)3 - Trimonisililamina. Es violentamente descompuesta por el agua en Silicio (Si), Amoníaco (NH3) e Hidrógeno (H2).

  • (CICH3)2 NH - Diclorometil amina. Puede reaccionar violentamente con el agua sometida a calentamiento externo.

Amiduros e imiduros

Determinados amiduros e imiduros reaccionan violentamente con el agua, pudiendo producirse la combustión espontánea de la materia orgánica.

Cianuros

Todos los cianuros en medio ácido liberan gas cianhídrico, sustancia inflamable y muy tóxica. Dado el carácter anfótero del agua, puede igualmente favorecer la formación del ácido cianhídrico.

Reacción típica

NH4CN + H2O NH4OH + CNH

 

Fuente: Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo, España.                                                
                                                                                                                                                                                            
Volver arriba