Para muchas personas en todo el mundo, los primeros momentos del nuevo año estarán llenos de sonidos y coloridos espectáculos de luces de fuegos artificiales. Desde fuertes explosiones hasta largos silbidos, desde rojos brillantes hasta azules pálidos, hay miles de variaciones de fuegos artificiales y toda una rama de la química que explora estas divertidas explosiones.
Soy químico y presidente de Pyrotechnics Guild International , una organización que promueve el uso seguro de los fuegos artificiales y su uso para celebrar días festivos como el Año Nuevo.
Hay cientos de fórmulas químicas, o como me gusta pensar en ellas, recetas pirotécnicas, para los fuegos artificiales. Estas recetas todavía se basan en una antigua mezcla de productos químicos que produce la explosión por excelencia, pero los fuegos artificiales modernos utilizan todo tipo de magia química para montar los increíbles espectáculos de hoy.
Todo empieza con pólvora negra
El primer ingrediente de cualquier fuego artificial es el antiguo polvo negro explosivo. Fue descubierto por alquimistas chinos hace más de mil años , y la receta prácticamente no ha cambiado en los siglos posteriores. Para hacer polvo negro, todo lo que necesita hacer es mezclar 75 por ciento de nitrato de potasio, 15 por ciento de carbón vegetal y 10 por ciento de azufre. Para hacer un fuego artificial básico o una galleta de fuego, simplemente coloque este polvo en un recipiente, generalmente hecho de cartón o papel grueso.
La pólvora negra se utiliza para lanzar los fuegos artificiales en el aire, así como para encender e impulsar los efectos, como el color, en un patrón en el cielo. ¿Entonces, cómo funciona?
Una vez encendido con una mecha o chispa, el azufre se derrite primero a 235 F (112.8 C). El azufre fluye sobre el nitrato de potasio y el carbón, que luego se queman. Esta reacción de combustión produce rápidamente una gran cantidad de energía y gas, en otras palabras, una explosión. Si hay un pequeño agujero para que escape el gas, la reacción lanza los fuegos artificiales al aire. En un espacio muy reducido, hace estallar los componentes de los fuegos artificiales y enciende todo lo que está cerca.
Además de cambiar qué tan confinado está el polvo negro, cambiar el tamaño de los gránulos de polvo también puede cambiar la rapidez con que se quema. Piense en una fogata. Cuando agrega una rama de árbol grande, las llamas arden más y más lentamente. Si arroja un puñado de aserrín a la llama, se quema rápido y caliente. El polvo negro funciona de manera similar, y esto facilita el control de la cantidad y la rapidez con la que se libera la energía.
Diferentes productos químicos para diferentes colores
Si coloca una pólvora negra muy fina en un espacio confinado, estalla en una nube de calor, gas y ruido. Entonces, ¿de dónde provienen los colores y la luz brillante?
Cuando calienta cualquier material, lo que realmente está haciendo es poner energía en los electrones de los átomos de ese material. Si excita los electrones lo suficiente, cuando vuelven a sus niveles normales de energía, liberan ese exceso de energía en forma de luz.
Hay una serie de elementos diferentes que, cuando se agregan a un fuego artificial y se calientan, liberan diferentes longitudes de onda de luz que aparecen en diferentes colores. El estroncio enrojece. El bario produce verde. El cobre arde en azul, etc.
Hacer fuegos artificiales que produzcan blues ha sido durante mucho tiempo un desafío para los químicos de fuegos artificiales . Los azules profundos son demasiado oscuros y no se pueden ver contra el cielo nocturno. Pero si el azul es demasiado claro, parece blanco. Por tanto, la longitud de onda del “azul perfecto” tiene que ser muy precisa. Esto es difícil de lograr porque la luz azul tiene una longitud de onda más corta, lo que significa que la distancia entre los picos y los valles de la onda de luz está muy cerca.
Ciertos elementos producen diferentes colores, pero ¿qué pasa con los destellos y los destellos? Para lograr estos efectos, se pueden agregar varios metales a las fórmulas pirotécnicas. El aluminio, el magnesio y el titanio producen chispas blancas. Añadiendo hierro se obtienen chispas de oro. Mezclar varios tipos de carbón vegetal puede producir chispas rojas y anaranjadas. Cada uno de estos elementos se quema a una velocidad diferente y de una manera diferente y, por lo tanto, produce diferentes colores e intensidades de luz.
Haciendo un silbido o un boom
La pieza final de un buen fuego artificial es un efecto de sonido emocionante.
Para agregar efectos de sonido a los fuegos artificiales, necesita una fórmula que produzca una gran cantidad de gas muy rápidamente. Si un fuego artificial tiene una pequeña abertura para que salga el gas, producirá un silbido. La velocidad del gas y el tamaño de la abertura variarán el tono y el sonido de un silbato.
Hacer un boom es mucho más fácil. Simplemente coloque una fórmula energética en un espacio confinado sin ningún lugar al que pueda ir el gas. Cuando se enciende, la presión aumenta y los fuegos artificiales explotan, produciendo una explosión o explosión repentina.
Mientras observa los fuegos artificiales esta víspera de Año Nuevo o lanza algunos propios en el patio trasero, ahora sabrá cómo funcionan. Los fuegos artificiales son muy divertidos, pero las explosiones y los productos químicos en llamas son peligrosos, incluso si vienen en envases coloridos. Si puede lanzar legalmente fuegos artificiales para consumidores en su ciudad, manipúlelos correctamente .
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Por Paul E. Smith, demostrador de conferencias de química de la Universidad de Purdue.
*The Conversation es una fuente independiente y sin fines de lucro de noticias, análisis y comentarios de expertos académicos.