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LA HERMANDAD DE PRIMEROS RESPONDIENTES ANTE UNA EMERGENCIA

¿Cómo funcionan los fuegos artificiales? Un químico pirotécnico explica la ciencia detrás de los colores y sonidos brillantes.

Publicado: 21 de diciembre de 2021 13:12 GMT

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 fiestas como el Año Nuevo.

Hay cientos de fórmulas químicas, o como me gusta pensar en ellas, recetas pirotécnicas, para 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 usan todo tipo de magia química para presentar los increíbles espectáculos de hoy.

La pólvora negra, o pólvora, es el ingrediente principal de todos los fuegos artificiales. Lord Mountbatten , CC BY-SA





Todo comienza con polvo negro

El primer ingrediente de cualquier fuego artificial es la antigua pólvora negra explosiva. 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% de nitrato de potasio, 15% de carbón y 10% de azufre. Para hacer un petardo o petardo básico, basta con poner este polvo en un recipiente, normalmente de cartón o papel grueso.

La receta más antigua registrada para la pólvora negra data del año 1044 en China. Pericles de Atenas/Wikimedia Commons

El polvo negro se usa para lanzar los fuegos artificiales en el aire, así como para encender y propulsar 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 orificio para que escape el gas, la reacción lanza los fuegos artificiales al aire. En un espacio muy reducido, destruye los componentes de los fuegos artificiales y enciende todo lo que está cerca.

Además de cambiar cuán confinada está la pólvora negra, cambiar el tamaño de los gránulos de pólvora también puede cambiar la rapidez con la que se quema. Piensa en una fogata. Cuando agrega una rama de árbol grande, las llamas arden más y más lentamente. Si arrojas un puñado de aserrín a la llama, se quema caliente y rápido. La pólvora negra funciona de manera similar, y esto facilita el control de la cantidad y la rapidez con que se libera la energía.

Agregar diferentes elementos a una mezcla puede producir fuegos artificiales de diferentes colores. Dennis Wong/Wikimedia Commons , CC BY





Diferentes productos químicos para diferentes colores.

Si pone polvo de pólvora negra muy fina en un espacio confinado, explota en una nube de calor, gas y ruido. Entonces, ¿de dónde vienen los colores y la luz brillante?

Cuando calientas cualquier material, lo que realmente estás haciendo es poner energía en los electrones de los átomos de ese material. Si excitas los electrones lo suficiente, cuando vuelven a sus niveles de energía normales, 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 hace rojo. El bario produce verde. El cobre se quema azul, y así sucesivamente.

Los editores de ciencia, salud y tecnología de The Conversation eligen sus historias favoritas. Semanalmente los miércoles .]

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. Entonces, 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 destellos? Para realizar estos efectos, se pueden agregar varios metales a las fórmulas pirotécnicas. El aluminio, el magnesio y el titanio producen chispas blancas. Al agregar hierro se obtienen chispas doradas. Mezclar varios tipos de carbón puede producir chispas rojas y naranjas. Cada uno de estos elementos se quema a una velocidad diferente y de una manera diferente y, por lo tanto, produce colores e intensidades de luz variables.

Fórmulas especiales y formas de cohetes pueden producir efectos de sonido como silbidos.

Haciendo un silbato o un boom

La pieza final de un buen fuego artificial es un emocionante efecto de sonido.

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 encienda, la presión aumentará y los fuegos artificiales explotarán, produciendo un estruendo o explosión repentino.

Mientras mira los fuegos artificiales esta víspera de Año Nuevo o lanza algunos de los suyos en el patio trasero, ahora sabrá cómo funcionan. Los fuegos artificiales son muy divertidos, pero las explosiones y las sustancias químicas en llamas son peligrosas, incluso si vienen en envases coloridos. Si puede lanzar fuegos artificiales de consumo legalmente en su ciudad, trátelos adecuadamente .

FUENTE: https://theconversation.com/how-do-fireworks-work-a-pyrotechnics-ch...

La ciencia de los fuegos artificiales: reacciones químicas a 400 metros de altura

Aunque se han convertido en algo cada vez más sofisticado, todo lo que se ve en un espectác*** de fuegos artificiales es química en acción.


El poeta Goethe dijo en una ocasión que un loco enamorado sería capaz de hacer fuegos artificiales con el sol, la luna y las estrellas. Pero existe una manera de lograrlo más sencilla y práctica, eso sí, menos romántica: la química. Los fuegos artificiales son pura química.

 

¿Cómo se explica su funcionamiento? ¿A qué se deben esos colores? Cada fuego artificial lanzado hacia el cielo es una mezcla de productos químicos y combustible, cuidadosamente calibrados para producir un efecto particular.

A pesar de tener un origen no precisamente lúdico hoy los conocemos por su gran espectacularidad. Dicen que Hong Kong, Río de Janeiro o Dubái están entre los mejores del mundo en el arte de la pirotecnia. Aquí, en España, podemos presumir de los mágicos momentos que ofrecen en Elche, Murcia o la Comunidad Valenciana.

 

Los fuegos artificiales son pura química

 

Aunque las mezclas de los compuestos que nos podemos encontrar en ellos suele ser un secreto que las casas comerciales guardan celosamente, su composición sigue una receta muy concreta: una sustancia química rica en oxígeno y un químico que sirva como combustible.

 

Lo que vemos, lo que oímos con cada explosión, será por tanto el resultado de varias reacciones químicas -oxidaciones y reducciones- que tienen lugar dentro de los fuegos artificiales a medida que ascienden al cielo.

 

Además del carbono, que provee el combustible; el magnesio, que incrementa el brillo y la luminosidad; el calcio, cuya función es dar más intensidad a los colores, existen tres tipos distintos de oxidantes que se encargan de generar el oxígeno que reaccionará durante la combustión: los nitratos, los cloratos y los percloratos. Sus diferencias estriban en la cantidad de oxígeno que ceden en forma de oxígeno molecular. Los nitratos ceden 1/3 del oxígeno que contienen, por el contrario, los cloratos (menos estables y más peligrosos de manejar) y percloratos ceden todo su oxígeno molecular. Estos, combinados con sustancias reductoras, de azufre y de carbono, encargadas de actuar como combustibles, producen la energía de la explosión.

 

Los enormes ‘booms’ escuchados a nivel del suelo serán entoncesel resultado de una rápida liberación de energía en el aire, que, como si se tratara de un cañón, al reaccionar genera de forma muy rápida una gran cantidad de gases que son los encargados de empujar la bala y salir despedidos por la boca del cañón. Esto produce una onda de choque, una explosión sónica.

 

¿Cómo se produce el color?

 

El romántico Goethe se acercaba en parte a la explicación química. Los astrónomos pueden averiguar de qué están hechas las estrellas al ver el tipo de luz que producen. Con la pirotecnia pasa algo similar al observar el color de las llamas cuando se queman diversos productos químicos.

 

Esto se explica porque el color o colores que aparecen en los fuegos artificiales dependen de los productos químicos que están en ellos. Estas sustancias serán diferentes metales que se queman cuando el fuego artificial se apaga, diferentes metales que emiten colores específicos.

 

El causante de que una sustancia brille es el calor, metales como por ejemplo el aluminio, magnesio y titanio, se queman y son útiles para aumentar la temperatura de los fuegos artificiales.

Pero existen dos modos en que los fuegos artificiales producen el color: la incandescencia y la luminiscencia. Por una parte, la incandescencia es la luz producida por el calor como consecuencia de que el cuerpo emisor esté a alta temperatura. Sin embargo, presenta un problema, y es que los únicos colores que puede producir son los rojizos y amarillos o, si la temperatura es muy alta, el blanco.

 

Esto se soluciona gracias a su compañera, la luminiscencia -que atiende a la propiedad que tienen ciertos cuerpos de emitir luz tras haber absorbido energía de otra radiación sin elevar su temperatura-ya que con ella pueden obtenerse todos los colores del espectro visible.

 

Cuanto más energético sea el salto, más cerca estaremos de los colores azules, mientras que los saltos menos potentes estarán relacionados con la zona roja del espectro.

 

Para crearlos, los fabricantes de fuegos artificiales conocen aspectos como que el sodio es el responsable de los amarillos y los dorados, el bario produce los verdes, el cobre da lugar al color azul, las sales de estroncio al rojo y el titanio es el responsable de los destellos blancos y plateados.

 

Una cámara subjetiva muestra su interior

 

Saber qué colores genera cada componente no es suficiente para crear fuegos artificiales. Para que funcionen de forma adecuada necesitan seguir unos diseños que hacen que se calienten lo suficiente como para quemar y mostrar colores. Para hacerlo están colocados en cubos de 3 o 4 cm llamados estrellas. Estas contienen un agente oxidante, uno reductor, el componente de color y el neutralizante que mantiene todo unido.

 

Esos componentes que tienen como objetivo estabilizar la mezcla son agentes aglomerantes que además la protegen de la humedad y garantizan que durante su almacenaje no se eche a perder. Entre estas sustancias suele destacar la goma arábiga.

 

A través de este vídeo se pueden seguir las diferentes fases por las que pasan los fuegos artificiales: instalación, encendido, despegue y explosión de luz, color y sonido en la mayoría de los casos, incluyendo el aterrizaje. Todo esto sin destrucción de por medio, claro

En nuestros días se están explorando nuevas formas de hacer compuestos pirotécnicos pero con mezclas más amigables con el medio ambiente. Este es el caso de un estudio en el que el uso de combinaciones con alto contenido en nitrógeno hace que se produzca menos humo y partículas.


FUENTE: https://www.elconfidencial.com/tecnologia/2014-07-15/la-ciencia-de-...

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