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NTP 237: 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 NTP 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.

Reacción típica

2 K + 2 H2O 2 KOH + H2

Singularidades

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.

Reacción típica

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

Singularidades

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

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.

Reacción típica

Ti + 2H2O TiO2 + 2H2

Singularidades

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.

Reacciones típicas

2 KO2 + 2 H2O O2 + H2O2 + 2 KOH

Na2O2 H2O2 + NaOH

Singularidades

Óxidos inorgánicos

Estos productos dan reacciones exotérmicas y en ocasiones muy violentas.

Reacciones típicas

CaO + H2O Ca(OH)2

Singularidades

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.

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

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

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;

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

Sulfuros, carburos, fosfuros y nitruros

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

Sulfuros

Reacción típica

P2S5 + 8 H2O 5 SH2 + 2 PO4H3

Singularidad

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

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

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.

Reacciones típicas

K3N + 3 H2O 3 KOH + NH3

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

Singularidades

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.

Alquilaluminios y derivados

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

Derivados nitrados de metales alcalinos

Son sustancias explosivas con una pequeña cantidad de agua.

Aminas

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

Bibliografía

(1) I.N.R.S.
Les réactions chimiques dangereuses
(Colection 75 notes)

(2) MEYER, E.
Chemistry of Hazardous Materials
Prentice - Hall, Inc. Englewood Cliffs, New Jersey, 1977.