Desmenuzando la Química del Fuego Valyrio de “Juego de Tronos”

En el post anterior, os dejé un enlace al reportaje de SINC sobre la Química del Fuego Griego, en el que tuve la oportunidad de colaborar como experto en Química.

Al hilo de esta reseña tan interesante, me gustaría compartir con todos vosotros una información más completa sobre la Química que hay detrás de esta arma incendiaria, tratando de desmenuzar punto por punto cada una de las declaraciones que se recogen en el reportaje y en la infografía “Así ardía el arma más misteriosa del Imperio bizantino”, que lo acompaña, y en las que me basaré para escribir este post. Allá voy con la Química del Fuego Valyrio de “Juego de Tronos”:

En primer lugar, ¿qué se necesita para iniciar un fuego? En general, para la obtención de fuego es necesaria la actuación simultánea de tres factores (de ahí que se hable de “triángulo de fuego”): (1) Combustible, la sustancia química que se oxida y arde, (2) Comburente, que proporciona el oxígeno necesario para que arda el combustible, y (3) Foco de ignición (normalmente en forma de calor), que proporciona la energía necesaria para que la reacción de combustión se inicie. Si falta alguno de ellos no se puede obtener fuego.

Veámoslo mejor de esta manera: Cuando un combustible se calienta, desprende vapores y gases que se combinan con el oxígeno del aire (comburente), los cuales en presencia de un foco de ignición (chispa o llama que proporciona la energía de activación) y al alcanzar la temperatura adecuada, arden, liberando gran cantidad de energía en forma de calor. Y ya está, ¡ya tenemos fuego!

Pero ojo, que si el calor desprendido no es suficiente para generar más vapores del material combustibles, el fuego se apaga. En caso contrario, el fuego se retroalimenta absorbiendo parte del calor que genera la reacción de combustión, de manera que el combustible sigue descomponiéndose, formando productos intermedios muy reactivos (radicales libres) y desprendiendo más vapores que se combinan con el oxígeno y se inflaman, verificándose una reacción en cadena que mantiene el fuego (“tetraedro del fuego”: combustible, comburente, foco de ignición y reacción en cadena).

Y básicamente, esto es todo amigos. No hay más misterio. Por tanto, ahora que ya somos todos expertos en la química del fuego, continuaré con las declaraciones del reportaje de SINC.

SINC: “La nafta, muy inflamable y que no se mezcla con el agua, y el azufre actuarían como combustible”, explica Justo Giner, Doctor en Química e investigador de la Universidad de Oviedo.

Efectivamente. La nafta (fracción del petróleo cuyo punto de ebullición se encuentra aproximadamente entre 28 y 177°C) es una mezcla líquida de diversos compuestos volátiles, muy inflamables y por tanto podría actuar como un gran combustible. De hecho, como todo compuesto orgánico en general, se quemaría originando dióxido de carbono y agua (CO₂ + H₂O). Respecto al azufre, desde muy antiguo ha sido el representante de la “combustibilidad”. Así pues, podría actuar también como combustible, transformándose en dióxido de azufre (SO₂).

SINC: “El nitrato aportaría el oxígeno necesario para que arda el combustible, como ocurre en los fuegos artificiales y la pólvora, que contiene un 75% de nitrato de potasio y un 15% de azufre”, añade Giner.

Está claro. Ya hemos hablado de la imprescindible presencia de un comburente, que proporcionará el oxígeno necesario para que arda el combustible. En la mayoría de los fuegos el comburente es el oxígeno del aire, pero este rol lo pueden desempeñar también otros compuestos químicos, como los nitratos. En esencia, tendríamos una reacción química de oxidación y reducción (como las que ajustábamos en la escuela). Es decir, una reacción de transferencia de electrones, donde los átomos del combustible ceden electrones a los átomos del oxidante y se combinan con el oxígeno de manera que los nuevos enlaces que se forman son más estables que los iniciales y por ello se libera energía en forma de luz y calor. Los agentes de reducción proporcionan el combustible para quemar el oxígeno producido por los oxidantes, y generan gas caliente (CO₂, SO₂, CO, etc.).

Como dato anecdótico, el nitrato también forma parte de los ingredientes para formar pólvora. La proporción en masa de la pólvora, que prácticamente ha permanecido inalterada a lo largo de los siglos, está constituida por 75% de nitrato de potasio, 15% de carbón vegetal y 10% de azufre.

SINC: Con un combustible que arde –nafta y azufre– y una sustancia que aporte oxígeno –nitrato–, solo faltaría una chispa que encienda el fuego. “Al entrar en contacto con el agua, la cal viva eleva su temperatura por encima de 150 ºC, por lo que actuaría como mecha encendiendo el combustible”, explica Giner.

La manera más simple de conseguir el fuego con los combustibles que se han comentado (nafta y azufre), sería utilizando una pequeña llama (básicamente, esto es lo que hacen los tragafuegos…). Otra posibilidad, sería utilizando la cal viva, que actuaría como “detonante”. Os cuento: la cal viva (CaO, óxido de calcio) reacciona con el agua (H₂O) para originar Ca(OH)₂ (hidróxido de calcio, también conocido como cal hidratada o cal apagada): CaO + H₂O → Ca(OH)₂. Esta reacción es altamente “exotérmica”. Es decir, está muy favorecida y hace que se desprenda calor cuando se produce. Y este calor desprendido sería nuestro foco de ignición (proporciona la energía de activación) para que se alcance la temperatura adecuada y se produzca el fuego (recordad el “triángulo de fuego”).

SINC: Algunos documentos hablan de “truenos” y “mucho humo” durante los ataques con fuego griego. Según Giner, “cuando una reacción forma una gran cantidad de gases, estos se expanden generando altas presiones, por lo que se producen explosiones”.

Vamos a verlo así: cuando las reacciones químicas que se producen en la combustión, implican la formación de una gran cantidad de gases rápidamente, junto con la generación de una gran cantidad de calor (reacciones muy favorecidas porque sus productos son muy estables), que hace expandirse a los gases generando altas presiones, tendremos explosiones (“truenos”).

SINC: Giner también señala que el humo que produciría un fuego como éste sería tóxico. “En general los gases derivados del uso del arma –especialmente debidos al azufre y al amoníaco– formarían un cóctel muy venenoso”.

Pues sí, ¡menudo cóctel! Pensad que el tipo de gas que se genera en un fuego depende de varios factores, entre ellos: la composición química del combustible (aquí está la clave), la cantidad de oxígeno y la temperatura. Pues bien, con los combustibles que estamos barajando, nos podríamos encontrar con monóxido y dióxido de carbono (CO y CO₂ originados por la nafta), dióxido de azufre (SO₂ procedente del azufre), monóxido y dióxido de nitrógeno, e incluso cianuro de hidrógeno (NO, NO₂ y HCN derivados del amoniaco). Vamos, que respirar los humos producidos en esos fuegos, sería “tela marinera”, nunca mejor dicho…

SINC: “Apagarlo con agua no sería una buena idea”, aclara Giner. “Ese es el origen de muchos incendios y quemaduras, al intentar sofocar las llamas producidas por aceite con agua”, añade.

Ya comenté que la nafta y el agua son líquidos inmiscibles (no se mezclan bien, pensad en el agua y el aceite). Entonces, como la nafta es menos densa, se creará una película (sobre el agua) que arderá. Al echar el agua, la nafta seguirá manteniéndose por encima y además salpicará, pudiendo prender otros objetos cercanos. Sin duda, no sería buena idea.

SINC: Para Giner, la forma más eficaz de sofocarlo sería por asfixia. “La combustión consume mucho oxígeno. Con una concentración inferior al 14% no es posible la combustión”. Éste sería el papel de las esteras de esparto o de la arena, otro sistema sobre el que también se ha especulado.

La clave para apagar cualquier fuego consiste en atajar alguno de los pilares del “tetraedro del fuego”, del que ya hemos hablado. Una buena estrategia, en este caso, iría encaminada a reducir el oxígeno (comburente), ya que por debajo de una concentración del 14% en volumen de oxígeno la combustión no es posible, y por tanto el fuego se apaga. Es decir, si se reduce el comburente (<14%), adiós al fuego.

Éste sería el rol de las esteras de esparto y de la arena. En este último caso, la arena, además del efecto de asfixia (al depositarse un residuo sobre el material incendiado, que actúa desplazando al oxígeno), posee una gran capacidad de absorción de calor y en consecuencia disminuye la temperatura del fuego, lo enfría, evitando así la reacción entre el combustible y el oxígeno. De ahí que la arena sea un agente extintor tan útil, casi universal.

En la línea de este último comentario, como curiosidad, algunos bomberos recomiendan apagar el incendio de aceite inflamado en una sartén, añadiendo más aceite, con la finalidad de disminuir la temperatura por debajo del punto de inflamación del aceite (250^oC).

Y así termina el post de hoy Desmenuzando la Química del Fuego Valyrio de “Juego de Tronos”.

Por cierto, ¿sabéis cómo podemos obtener una llama de color verde como la del fuego valyrio de “Juego de Tronos”? Pues añadiendo a la mezcla sales de bario (Ba). ¿Rojo? Con sales de estroncio (Sr). Amarillo con las de sodio (Na), azul con las de cobre (Cu) y rojo-violeta con las de potasio (K). La obtención de esta gama de colores se fundamenta en la propiedad que tienen estas sustancias (sólo el catión de la sal origina el color) de absorber o emitir determinadas radiaciones electromagnéticas que pueden observarse en el espectro visible. En esto se basan las mezclas pirotécnicas utilizadas en cohetes y bengalas.

Justo

«Ciencia Química en el siglo XXI» | Dr. Justo Giner

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