🎆🧨✨LA CHIMICA DEI FUOCHI D’ARTIFICIO

Siamo finalmente arrivati all’ ultimo giorno dell’anno. Un giorno di transizione, che segna la fine di un anno e l’inizio di uno nuovo. Insomma ci siamo fatti un bel giro intorno alla nostra stella. Per molte persone questo è un giorno particolare, tutte le speranze, le gioie e i sogni vengono proiettati al nuovo anno. Questo è il momento in cui pensiamo maggiormente all’avanzare dei nostri progetti passati e poniamo le basi per quelli futuri.

Un momento di riflessione per altri, anche perché, come disse una volta Cesare Pavese: “Tutti gli anni sono stupidi. È una volta passati che diventano interessanti.”

Quindi un valido motivo per festeggiare e soprattutto un modo per esorcizzare la paura dei giorni infausti (e ultimamente ne abbiamo avuti direi abbastanza).

E quale miglior modo di festeggiare se non con i giochi pirotecnici? Le composizioni pirotecniche hanno lo scopo di sviluppare effetti acustici (suono), ottici (luce o fumo), termici (calore) o meccanici (pressione).

La maggior parte di essi trova applicazioni per uso civile nelle feste e per il divertimento, ma il campo delle applicazioni è molto più ampio. Le composizioni pirotecniche infatti sono essenziali per uso industriale e militare, per disinfestazioni, per esplosivo in miniera o in edilizia.

Quindi, in una notte serena, tutti con lo sguardo in su per guardare meravigliati quei colori e rumori tipici dei fuochi d’artificio.

Ma a prescindere dalle forme che essi assumono, dovuti soprattutto alla maestria dei pirotecnici, sicuramente l’aspetto più interessante (o perlomeno per me) saranno che tipo di reazioni avvengono e la vasta gamma di colori che possiamo apprezzare guardando questi giochi pirotecnici.

E qui entra in gioco la chimica.

Certo in questo caso non serve essere un chimico per sapere che la reazione che avviene inizialmente è una reazione di combustione. A tutti è chiaro che per la combustione c’è bisogno d’aria, in particolare dell’ossigeno in essa contenuto. Tecnicamente, la combustione è una reazione chimica che comporta l’ossidazione di un combustibile da parte di un comburente (che in genere è rappresentato dall’ossigeno presente nell’aria), con sviluppo di calore o luce.

Possiamo aggiungere che, per i chimici, questo tipo di reazione è esotermica, ovvero significa, che è un tipo di reazione che sviluppa come prodotto anche energia. Un esempio banale potrebbe essere la combustione del carbonio con l’ossigeno. Non vi dice niente?

Stiamo parlando della legna che arde.

Come brucia però un fuoco d’artificio?

Si doveva trovare una materia che contenesse di per sé ossigeno, in un certo senso ossigeno sotto forma di polvere. Effettivamente questa cosa era fattibile. La prima materia di questo tipo fu il “salnitro” (potassio o nitrato di potassio), ossia sali presenti in natura o che potevano nascere dalla decomposizione di sostanze organiche che contenevano azoto (ad es. escrementi).

Una volta scaldati, questi si scomponevano e liberavano una quantità d’aria relativamente grande. Nel caso del nitrato di potassio, il componente principale della polvere nera, si tratta almeno del 40 percento del peso. E’ tuttavia per caso che si scoprì che questa sostanza era in grado di intensificare il fuoco, gettandola nella brace. Il salnitro e altri nitrati vengono definiti comburenti. Attualmente esistono diversi comburenti.

Tutti hanno lo scopo di apportare ossigeno alla miscela pirotecnica o, per essere più precisi, al composto pirotecnico. La combustione di un composto pirotecnico può avvenire a diverse velocità. Da una parte questa dipende dal tipo e dalla composizione della formula, dall’altra come è stato lavorato il composto all’interno del corpo del fuoco d’artificio.

Comburenti

Se scaldati rilasciano ossigeno, necessario per la combustione in assenza d’aria.
I principali comburenti sono:

  • nitrati: (salnitro) nitrato di potassio (KNO3), nitrato di sodio(NaNO3), nitrato di stronzio Sr(NO3)2, nitrato di bario Ba(NO3)2 e nitrato d’ammonio (NH4NO3).
  • clorati: clorato di potassio KClO3 , clorato di bario Ba(ClO3)2 .
  • perclorati: perclorato di potassio KClO4, perclorato d’ammonio NH4ClO4 .
  • ossidi: ossido ferrico Fe2O3 , ossido rameico CuO, minio 2PbO·PbO2 , diossido di manganese MnO2 .

Combustibili

Questi apportano energia, producono calore, luce e gas

I principali combustibili sono:

  • non-metalli: carbone di legna, zolfo, silicio, boro,
  • composti organici: zucchero, amido, resina naturale, sali dell’acido benzoico, resina
    artificiale, salicilato, ecc.
  • metalli: magnesio, alluminio, leghe di alluminio e magnesio (“Magnalium”), titanio, ferro, zinco,
    zirconio, ecc.
  • solfuri metallici: solfuro di antimonio.

Coadiuvanti

Agglutinanti: la resina naturale e quella artificiale trasformano il composto di polvere in un corpo solido.

Coloranti: miscelando i diversi elementi la fiamma si colora.

Definite le parti più importanti di un fuoco d’artificio, rimane da capire il perché noi vediamo colori diversi.

Cercando di non descrivere il processo in modo molto tecnico, vi faccio notare che questo meccanismo è simile a quello che noi notiamo gettando un po’ di sale sulla fiamma del fornello a gas e osservando una colorazione giallo- arancio accesa.  

Molti studenti ricorderanno un processo simile, in laboratorio, durante l’esperienza del saggio alla fiamma. Infatti, scaldati sulla fiamma, alcuni elementi chimici emettono luce di colore caratteristico. Il fenomeno è dovuto ad un particolare meccanismo degli elettroni. Ecco immaginate gli elettroni di un elemento, loro sono stabili nei loro livelli energetici. Insomma se non gli “disturbiamo” non succede nulla. Ma quando somministriamo energia sotto forma di calore con una fiamma, ecco andiamo ad eccitare questi elettroni, che “salteranno” da un livello energetico ad uno più alto. Ecco, diciamo che questi elettroni non gradiscono questa nuova sistemazione e quindi tenderanno a ritornare al loro stato iniziale, cedendo questa energia in più sotto forma di luce. Ecco svelato il mistero! Ogni elemento ha un suo colore caratteristico ed è questo il motivo dei vari colori dei fuochi d’artificio.

Allora, quindi, quando vediamo dei fuochi di un bianco luminoso, di solito sta bruciando una lega di magnesio e alluminio. Il giallo-arancio è quello del sodio (come quello del sale da cucina sulla fiamma del fornello, il sale da cucina è quello che i chimici chiamano cloruro di sodio NaCl). Il rosso di litio e stronzio (che non è una parolaccia tranquilli) a seconda dell’intensità. Un verde è prodotto da un sale di bario, BaCl2, mi ricorda non so perché il camino con la fiamma verde nel salone principale nel film di Harry Potter. L’arancione è un sale di calcio, CaCl2 .  Il blu viene dal rame.

Mescolando questi elementi è possibile creare anche tonalità intermedie come il viola, verde acqua, turchese, verde-giallo, ecc.

Insomma, anche per questo amo la chimica. Ci fa tornare bambini mentre guardiamo meravigliati con il naso in su!

Buon anno a tutti!

Dott. Francesco Domenico Nucera


FONTI:

Vannoccio Biringuccio, De la pirotecnidda, Siena, 1540

https://ilblogdellasci.wordpress.com/2014/11/14/a-proposito-di-pirotecnica/#comments

https://www.swissfire.ch/fileadmin/swissfire/IG_Feuerwerk/IG%20Grossfeuerwerk/Kursordner_FWA_FWB/FWA_2020_i/05_AB_Pirotecnica_Chimica_e_fisica-20-i.pdf

https://web.archive.org/web/20160517114343/http://www.pgi.org/

http://www.asspi.it/

Rispondi

Inserisci i tuoi dati qui sotto o clicca su un'icona per effettuare l'accesso:

Logo di WordPress.com

Stai commentando usando il tuo account WordPress.com. Chiudi sessione /  Modifica )

Google photo

Stai commentando usando il tuo account Google. Chiudi sessione /  Modifica )

Foto Twitter

Stai commentando usando il tuo account Twitter. Chiudi sessione /  Modifica )

Foto di Facebook

Stai commentando usando il tuo account Facebook. Chiudi sessione /  Modifica )

Connessione a %s...

%d blogger hanno fatto clic su Mi Piace per questo: