Cámaras de alta velocidad registran la explosión del sodio y el potasio con el agua

La reacción explosiva que se produce cuando se vierte algún metal alcalino, como el sodio o el potasio, sobre agua líquida es una de las más llamativas que los profesores de química enseñan a sus alumnos. Investigadores checos y alemanes han fotografiado con detalle todo el proceso y han detectado que se generan unas puntas metálicas sobre la superficie de contacto, lo que facilita la reacción. Las simulaciones por ordenador también revelan que una liberación inicial de electrones parece ser el gatillo que enciende la explosión.

Dejar caer gotas de sodio, potasio u otros metales alcalinos (los del grupo 1 de la tabla periódica) sobre un recipiente con agua a menudo se usa para impresionar a los alumnos en las clases de química del colegio o el instituto. A los estudiantes se les enseña que la explosión resultante se produce por una liberación de calor, la formación de vapor y la ignición del gas de hidrógeno que se origina durante el proceso.

Aunque esto es verdad, el verdadero desencadenante del fenómeno, y la razón por la que la formación del vapor de agua y el gas hidrógeno inicial no desactiva la reacción en la superficie antes de que ocurra la explosión, hasta ahora no se había comprendido bien.

La clave la ha encontrado un equipo de investigadores checos y alemanes, dirigidos por el profesor Pavel Jungwirth desde la Academia de Ciencias de la República Checa en Praga, utilizando cámaras de alta velocidad y efectuando simulaciones por ordenador para estudiar los átomos y las moléculas que intervienen reacción explosiva.

Los resultados, que publica esta semana la revista Nature Chemistry, indican que la reacción explosiva se activa por una liberación casi inmediata de electrones desde el elemento metálico justo cuando contacta con el agua. En ese momento quedan atrás átomos metálicos cargados positivamente, que se repelen fuertemente entre sí.

Esto conduce, en cuestión de milisegundos, a la formación de multitud de puntas de metal en la pared de la gota, lo que aumenta considerablemente la superficie sobre la que se puede producir la reacción agua-metal, lo que explica su rápida propagación y el comportamiento explosivo.

“De esta forma el sistema alcanza rápidamente un límite de la inestabilidad, que al superarse, conduce a una explosión de Coulomb (mecanismo de acoplamiento de la energía de excitaciones electrónicas en el movimiento de los átomos) en la gota de metal alcalino”, señalan los autores en su estudio.

Referencia bibliográfica:

Philip E. Mason, Frank Uhlig, Václav Vaněk, Tillmann Buttersack, Sigurd Bauerecker, Pavel Jungwirth. “Coulomb explosion during the early stages of the reaction of alkali metals with water”. Nature Chemistry, 26 de enero de 2015.