Fuegos artificiales. La magia de la química

Por. Alfredo Negro Albañil

La química explica la belleza detrás de los fuegos artificiales
La química explica la belleza detrás de los fuegos artificiales

Los fuegos artificiales que fascinan a niños y a mayores, son una parte de la pirotecnia y están basados en una serie de reacciones químicas, que hacen que distintos cationes emitan luz de diferentes colores, veremos en este artículo que compuestos intervienen y porque ocurre todo esto.

Siempre que hay una gran fiesta, se lanzan fuegos artificiales, la iluminación del cielo con multitud de colores y destellos, unida al ruido muchas veces ensordecedor, fascina a los mayores y produce admiración y miedo a los pequeños.

Origen de los fuegos artificiales.

Los fuegos artificiales, son una de las ramas de la pirotecnia, su origen está unido a la invención de la pólvora por los chinos sobre el año 1000. Los alquimistas chinos utilizaban instrumentos pirotécnicos, muy rudimentarios para espantar a los espíritus malignos. La pólvora y los fuegos artificiales, viajaron por la Ruta de la Seda, hasta llegar a los países europeos.

Pirotecnia

Las reacciones pirotécnicas, se producen por combustión no explosiva de productos químicos, que pueden generar llamas, chispas y humos.

Los artificios pirotécnicos, se utilizan en múltiples actividades:

Señalamiento y localización. En ferrocarriles, transportes terrestres, aéreos y marítimos, así como para la localización de personas.

Agricultura y ganadería. Botes de humo, tiras detonantes y cohetes antigranizo para evitar la caída del granizo sobre las cosechas.

Pesca. Bengala submarina, que genera un efecto de luz resistente al agua.

Automóvil. El “airbag”, se considera un mecanismo de base pirotécnica, ya que un detonador, activado electrónicamente en caso de accidente, provoca la reacción de descomposición de la azida sódica, que produce por cada mol (65 gr.) 1,5 moles de N2 (33,6 litros) de N2, en 40 milisegundos.

Reacción de descomposición de la azida sódica
Reacción de descomposición de la azida sódica

Distribución interior

Los fuegos artificiales son química de alto nivel de especialización, utilizan compuestos muy sofisticados, tanto para su ascensión, emisión de variedad de colores y efectos especiales, así como para toda la gama de sonidos, unas veces suaves silbidos y otros ruidos atronadores, que se alternan de forma totalmente programada.

Partes de un fuego artificial. Imagen Gizmodo y Correo

Los fuegos artificiales, han tenido hasta hace unos años, la forma típica de los “cohetes”, es decir un tubo de mayor o menor diámetro, sujeto por el “palito” característico, que servía para manejarlos y colocarlos en plataformas para su lanzamiento, previo encendido manual de la mecha de cada cohete. Hoy día, los fuegos artificiales, tienen forma de tubo o esfera y en su interior se alojan los diferentes componentes, por costumbre se siguen llamando cohetes. Estos cohetes se alojan, para su disparo, en unos tubos en forma de mortero y el encendido de cada uno se realiza de forma eléctrica o electrónica, la mayoría de las veces controlada por ordenador, para gestionar adecuadamente la secuencia del espectáculo, este sistema además de ser más cómodo y eficiente evita riesgos en el encendido y evita incendios y otros accidentes provocados por los “palitos” al caer incontroladamente.

Base de lanzamiento de carcasas o “cohetes” de fuegos artificiales. Foto Nippon.com

En el interior de los cohetes, existen varias cámaras o cargas separadas, la primera es una capsula donde se aloja la carga de pólvora, que actuará como propelente, tiene un orificio en su parte inferior por donde salen los gases que se generan en la combustión de la pólvora, que servirán para impulsar el cohete o carcasa en altura y producen el efecto de “silbido” característico. Las siguientes cámaras o cargas del cohete, van explotando sucesivamente al quemarse por completo la primera. Dependiendo de la espectacularidad que se quiere alcanzar, habrá varias cámaras, en las que se encuentran los diferentes compuestos que producen los colores y las formas típicas de los fuegos artificiales.

Polvora

Los principales componentes químicos de los fuegos artificiales son los siguientes:

Pólvora negra, que está compuesta por 75% de nitrato potásico, 15 % de carbón y 10% de azufre. Es necesario un agente oxidante, para producir el oxígeno necesario para la combustión del carbón y del azufre, el más frecuente es nitrato potásico, también se utilizan clorato y perclorato potásico, en esta combustión se generan elevadas temperaturas y los gases necesarios para la ascensión del cohete. Se utiliza también, como fuente de calor y gases, nitrocelulosa o nitroglicerina, que se denomina pólvora sin humo, porque produce gases, pero sin y humo y esto permite visualizar con más nitidez los colores y efectos deseados.

¿Y cómo se produce el color?

Al producirse la combustión de la pólvora, se generan temperaturas muy elevadas que hace que los distintos cationes metálicos, emitan luz de diferentes colores, dentro del espectro visible, comenzando por el rojo, naranja, amarillo y finalmente luz blanca. A este proceso se le denomina incandescencia y solo se produce a elevadas temperaturas.

En los fuegos artificiales, también se produce emisión de luz en el rango del visible, por efecto de la luminiscencia, los electronesal recibir energía ascienden a niveles de energía superiores, llamado estado de “excitación”, que no es estable y pasado un tiempo vuelven a niveles de menor energía, emitiendo la energía sobrante en forma de energía luminosa de distintas

frecuencias y en consecuencia de distintos colores. Si la emisión de energía es elevada observaremos colores azules, a menor energía nos acercaremos a la zona roja del espectro.

La frecuencia de la luz emitida,n, está en función del salto energético que realice el electrón y viene dada por la ecuación de Einstein.

ΔE = hn

h = es la constante de Planck

Compuestos que se utilizan, para generar los distintos colores:

  • Rojo:  Li2CO3, SrCO3, Sr(NO3)2, SrC2O4·H2O
  • Violeta: Sr(NO3)2 + CuNO3
  • Naranja: CaCl2, CaSO4·H2O, CaCO3
  • Dorado: Fe y mezcla Ti-Fe
  • Amarillo: NaNO3, Na3AlF6, Na2C2O4, NaHCO3, NaCl
  • Verde: BaCl2, Ba(NO3)2, Ba(ClO3)2, BaCO3
  • Verde Intenso: CuNO3
  • Azul: CuCl, CuSO4·5H2O. CuNO3
  • Violeta. Sr (NO3)2 + Cu NO3
  • Plata: Al, Ti, Mg.
  • Blanco: BaO y sales de  Al, Mg.
  • Destellos blancos. Ti
  • Produce más luminosidad: Mg
  • Efecto “Glitter” produce halos en los destellos y deja una nube de partículas brillantes. Sb
  • Aumenta la intensidad de todos los colores: Ca

Para que las sales se agreguen en partículas de mayor tamaño y los colores o efectos sean más visibles, se emplea un aglomerante llamado dextrina, que permite crear pequeñas bolitas de explosivo de colores que viajan más lejos en el aire al explotar y arden con más intensidad

Legislación para el uso, comercio y fabricación.

Teniendo en cuenta que los fuegos artificiales, no dejan de ser artefactos explosivos (en España se producen cada año varios muertos por esta causa) el reglamento de Artículos Pirotécnicos, Real Decreto 989/2015,  determina la legislación para el uso, comercio y fabricación de artículos pirotécnicos y otorga a las entidades locales autoridad para autorizar el disparo y el uso de los fuegos artificiales.

En una sesión de fuegos artificiales, se genera una enorme cantidad de gases y humos, que pueden ser perjudiciales para el medio ambiente. Los pirotécnicos y los científicos que trabajan en esta área, están investigando para buscar alternativas menos contaminantes, mediante el uso de materiales y procesos más respetuosos con el medio ambiente, sin disminuir el nivel de espectacularidad

Alfredo Negro Albañil Doctor en Química. Profesor e investigador, durante más de 35 años en las Facultades de Veterinaria y Biología de la Universidad de León. Actualmente está jubilado y dedica parte de su tiempo a la divulgación científica en conferencias, prensa y otros medios.