La ciència en els focs artificials

Luis Ventura i Martí

Darrere de la llum, el color, el so i el fum s’amaguen una reacció química i una taula d’elements químics.

Tot comença amb un esclat sord, al qual segueix el dibuix d’espurnes grogues i verdoses en el cel nocturn, que culmina en una explosió de color, amb llums blaves, blanques i ataronjades. Seguidament hi ha una palmera de garlandes roses i una cascada d’espurnes blanques, que acaben en una cortina sonora eixordadora. Són els efectes característics d’una nit màgica amb focs artificials.

El secret de la pirotècnia està en la ciència, concretament en una reacció d’òxid-reducció en la qual s’allibera energia. La reacció química de la pólvora que fa que aquesta explote es deu a l’intercanvi d’electrons entre els diferents ingredients. És a dir, es tracta d’una reacció de reducció-oxidació (reacció redox) que dona lloc a la combustió.

El principal compost químic dels focs artificials és la pólvora negra, que segons la fórmula clàssica està composta per set parts de salnitre, cinc de carbó vegetal i cinc de sofre.

En el segle XVIII la recepta primigènia va evolucionar cap a tres quartes parts de nitrat de potassi, un quinze per cent de carbó vegetal i un deu per cent de sofre.

Les sals són les responsables del color. Doncs bé, els mestres pirotècnics l’han modificada substancialment en substituir el nitrat de potassi per clorat de potassi, que actua com a element oxidant i que aconsegueix una combustió molt més ràpida. Això es deu al fet que els nitrats tan sols cedeixen una tercera part de l’oxigen que contenen, enfront del cent per cent dels clorats. En la fórmula actual el sofre i el carboni són els elements reductors que actuen com a combustibles.

Depenent de molts factors com la velocitat, l’emissió d’energia i la combinació, pot variar l’efecte que podem aconseguir. Et nomenaré les diferents sals que poden estar dins dels artefactes de pirotècnia i els colors que resulten d’aquestes mescles.

Sals d’Estronci. Entre aquestes sals podem nomenar el nitrat d’estronci, el carbonat d’estronci i també el sulfat d’estronci. Són les responsables de donar la tonalitat roja en les explosions dels focs artificials.

Sals de Calci. Conegudes com: el carbonat de calci, el clorur de calci, i el sulfat de calci. Aquestes sals són les encarregades de donar el color taronja.

Sals de Sodi com: nitrat de sodi, oxalat de sodi i la criolita. Amb aquestes sals podem crear el color groc.

Sals de Bari: en elles s’inclouen nitrat de bari, el carbonat de bari, el clorur de bari o el clorat de bari. Amb aquestes sals s’aconsegueix la tonalitat del color verd.

Sals de Coure: ací tenim al clorur de coure, el carbonat de coure i també l’òxid de coure. Amb aquest element s’aconsegueix el color blau.

El combinat de compost de Coure i Estronci són els que causen el color morat.

Alumini i Magnesi són els que generen el color platejat.

Hi ha altres mescles, per exemple amb Magnesi també es pot aconseguir el color blanc que dona una lluentor molt impactant i detallat. També, està el Titani que al costat de l’Alumini formen les conegudes espurnes.

Amb aquestes sals metàl·liques, després d’un procés de combinació es poden aconseguir els diferents colors que són tan atractius en els focs artificials. Com veiem en tot això la química té molta responsabilitat i és l’encarregada d’aconseguir les increïbles tonalitats que podem apreciar en els espectacles de pirotècnia.

De tots ells el més difícil d’aconseguir és el blau intens. La raó consisteix en el fet que perquè el clorur de coure emeta llum blava cal aconseguir els 1200 °C, però a aqueixa temperatura també es descompon. Si s’usa nitrat de coure en lloc de clorur, que té l’avantatge de cremar-se a temperatures més baixes, el blau és menys intens i si s’opta per temperatures intermèdies el blau es torna ràpidament en blanc. Quan el que es vol aconseguir són centellejos platejats i blancs s’empra titani, mentre que si el que es desitja és lluentor i la lluminositat és millor usar el magnesi, i els mestres pirotècnics opten pel calci quan l’objectiu és enlluernar amb un núvol de partícules brillants.

En definitiva, darrere d’una palmera o d’un castell de focs artificials hi ha oculta, almenys en aparença, una enorme taula d’elements químics.

Física aplicada a la pirotècnia.

Per a propulsar els elements químics cal disposar de coets, els quals solen tindre dues cambres, una d’elles amb la càrrega de pólvora, que a més disposa d’una eixida en la part inferior i que és la responsable d’impulsar el projectil verticalment.

Quan es crema aqueixa cambra s’encén la segona, que és la que allotja les sals que donen lloc als colors. Perquè l’explosió siga segura, allunyada del públic, i creme amb intensitat les sals han de tindre forma de boletes.

La combinació del perclorat potàssic amb una sal d’àcid orgànic és capaç de generar emissions intermitents de gas que, en estar comprimides en tubs de xicotet diàmetre, produeixen les xiulades característiques d’alguns focs artificials.

Si volem conéixer la distància en quilòmetres que hi ha entre nosaltres i l’explosió del coet bastarà que comptem els segons que hi ha entre l’explosió de colors i el so eixordador, i dividir el número obtingut per tres.

Després de l’espectacle lumínic s’origina fum i s’alliberen partícules metal·líferes d’una grandària molt xicoteta, però prou gran com perquè puguen ser inhalades i arribar fins als nostres pulmons, la qual cosa pot suposar un risc per a la salut en persones amb patologies respiratòries.

Alguns trucs

Els professionals de la pirotècnia utilitzen un aglomerant que es diu dextrina, aquest és un derivat de midó soluble en aigua que serveix per a crear boletes explosives de colors que generen una explosió més brillant i visible que crema amb molta més intensitat.

Això és el que col·loquen en la majoria dels coets. També ho acompanyen d’una pols fina coneguda com trisulfit d’antimoni que permet que l’explosió deixe un núvol amb partícules brillants molt cridaneres i belles.

Estructura i composició interna

La forma en la qual exploten els colors dels focs artificials te molt a veure amb la forma en la qual són elaborats perquè és perceba en forma de centelleig globular. Per exemple un coet està compost de 2 parts. En la primera està la capsula amb pólvora que és la responsable d’impulsar el recorregut del projectil cap amunt.

I la segona que és la que explota causant l’eixida dels espurnes en l’aire. La velocitat amb la qual cauen aquests centellejos de foc depén principalment de la velocitat en què cremen. És en aquesta capsula on és col·loquen els sals que he explicat al principi de l’article.

Això també explica perquè l’última part del coet o foc artificial és de forma de redó o ovalada, ja que d’aquesta manera serà l’esclat dels colors en el cel.

Detonadors electrònics

Actualment en aquests espectacles molt poques vegades es realitzen les detonacions de manera manual com es coneix tradicionalment. Ara el més normal és col·locar els detonadors electrònics amb els quals és possible realitzar les explosions en diferents ritmes acompanyats de música i altres espectacles més atractius.

D’aquesta manera, també és molt més segur ja que la persona que opera l’explosió dels coets es troba lluny dels aparells explosius. Per a aquest sistema és necessària la utilització de morters en forma de tub on es col·loquen les substàncies.

Aquesta és la forma més senzilla de fer-ho i també molt més segura. En qualsevol cas ja està creada la tecnologia per a fer realitat espectacles amb focs artificials sense la necessitat de prendre una metxa i eixir corrent.