¿Las bengalas para niños se basan en una reacción de magnesio?

Question

Estábamos dejando que nuestros hijos jugaran con bengalas en Nochevieja, y el hijo de mi amigo le preguntó a su padre:

¿Qué pasaría si tiramos la bengala al agua? ¿Seguiría ardiendo bajo el agua?

Mi amigo reflexionó durante un momento y dijo que dependía de si la reacción se basaba en el magnesio o no.

Mi pregunta es: ¿Las bengalas para niños se basan en una reacción de magnesio?

Answer 1

Para responder a la pregunta, entendamos la química de las bengalas. Una bengala se compone de:

1. Un oxidante : nitrato de potasio o clorato de potasio. Queman una mezcla y forman parte de la reacción de oxidación-reducción: $$ \begin{align} \ce{\underset{potassium nitrate}{2 KNO3 (s)} &-> \underset{potassium nitrite}{2 KNO2 (s)} + O2 (g)}\\ \ce{\underset{potassium chlorate}{2 KClO3 (s)} &-> \underset{potassium chloride}{2 KCl (s)} + 3 O2 (g)} \end{align} $$

2. Combustible El combustible de los fuegos artificiales es el carbón vegetal y el azufre. Tanto el azufre como el carbono (carbón vegetal) son agentes reductores que forman dióxido de azufre y dióxido de carbono.

3. Polvo metálico polvo o escamas de aluminio, hierro, acero, zinc, magnesio, titanio o ferrotitanio. Estas escamas de metal se vuelven incandescentes y brillan en presencia de oxidantes. Si las temperaturas son lo suficientemente altas, estas escamas metálicas arden. Las temperaturas de estas chispas oscilan entre 1800 °F y 3000 °F (1000 °C - 1600 °C)(Ref. I). Muchos elementos se calientan y emiten en una longitud de onda característica (Ref. II).

4. Un aglutinante de combustible Los aglutinantes mantienen unidos los oxidantes, el combustible y los polvos metálicos. Los aglutinantes comunes son la dextrina (un azúcar) humedecida con agua.

5. Colorantes El aluminio, el magnesio y el titanio producen chispas blancas casi brillantes. El hierro produce chispas anaranjadas.

Juntar todo: estos productos químicos se mezclan para formar una pasta. La lechada se recubre con alambre y se deja secar. Cuando se encienden, las escamas de metal -polvo o escamas de aluminio, hierro, acero, zinc o magnesio- crean las brillantes y relucientes chispas. En cuanto a su pregunta, las bengalas infantiles se basan en reacciones de oxidación de metales.

Referencias

• Ref. I https://www.wired.com/2014/07/the-awesome-physics-in-a-simple-sparkler/
• Ref. II https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2016/07/01/the-physics-of-fireworks/#3895e0711eee
• http://www.compoundchem.com/2014/11/04/sparklers/
• http://www.compoundchem.com/2013/12/30/the-chemistry-of-fireworks/
• http://www.compoundchem.com/2014/07/02/the-chemistry-of-gunpowder/
• http://www.skylighter.com/fireworks/how-to-make/sizzler-sparklers.asp

Answer 2

¿Qué pasaría si tiramos la bengala al agua? ¿Seguiría ardiendo bajo el agua?

Lo más probable es que no. El agua es un refrigerante eficaz, por lo que una bengala húmeda no podría propagar un frente de combustión. Las composiciones pirotécnicas suelen degradarse gravemente en un aire húmedo (algunas podrían autoencenderse y otras perderían la capacidad de arder).

¿Las bengalas para niños se basan en una reacción de magnesio?

La composición más común de las bengalas que conozco es

• fino $\ce{Al}$ polvo como combustible,
• $\ce{KNO3}$ como oxidante
• dextrina u otro aglutinante combustible
• Polvo grueso de hierro para chispas anaranjadas.

$\ce{Ti}$ , $\ce{Al}$ o $\ce{Sb2S3}$ en polvo grueso puede utilizarse para producir chispas blancas. El polvo de carbón vegetal o los polisulfuros de potasio pueden producir chispas más rojas. Que yo sepa, no hay forma de producir chispas de color púrpura, azul o verde.

La composición exacta es un delicado equilibrio entre los gases producidos (para que las chispas se desprendan a una distancia significativa) la estabilidad y la temperatura de la combustión, la cantidad y el color de las chispas producidas, la seguridad y el coste.

Por favor, tenga en cuenta. Mientras que una bengala común no puede arder en el agua, una gran escoria con la misma composición y el mismo recubrimiento a prueba de agua ciertamente puede hacerlo. Pero no querrás estar cerca cuando ocurra. En absoluto. Un ejemplo con un combustible mucho más suave aquí:

https://www.youtube.com/watch?v=czwBWB5u6Hg

Además, el magnesio suele evitarse en las composiciones pirotécnicas en favor del aluminio. El magnesio suele producir mucho humo blanco y espeso y es más sensible cuando se almacena en condiciones reales. Si el aluminio no arde lo suficiente, $\ce{Mg/Al}$ aleación puede ser utilizada.