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Los Fuegos artificiales son utilizados en gran número de eventos alrededor del mundo, son sinónimo de celebración y un ejemplo fascinante de la química y la ingeniería en acción. Con el paso de los años la tecnología entorno a ellos ha ido cambiando, pero ¿Cómo funcionan? ¿Cómo forman diferentes patrones y colores? ¿Cuál es la ciencia tras tan asombrosa explosión de luces, colores y variadas formas? Veamos algunas respuestas a estas interrogantes…
Los dispositivos pirotécnicos contienen sustancias químicas; generalmente, está compuesto por un oxidante, un combustible, un aglutinante y opcionalmente por una sustancia química que mejora el color. Las luces, colores y sonidos de los fuegos artificiales provienen de estos químicos.
La pólvora es el combustible más utilizado en los fuegos artificiales el cual proporciona la energía para hacer volar al cartucho en el aire; los oxidantes pueden ser: nitratos, cloratos y percloratos; cuya función es generar el oxígeno suficiente para la combustión; el aglutinante (dextrina, goma, resina, etc.) mantiene unido todos los demás componentes y, por último, las sales metálicas producen colores específicos.
LUCES, SONIDO Y FORMAS
Los colores pueden formarse por dos mecanismos: luminiscencia e incandescencia.
En la incandescencia se produce por calentamiento, el calor hace que el material comience a brillar y emita luz a diferentes longitudes de onda (luz infrarroja, luego roja, naranja, amarilla y blanca a medida que la sustancia se calienta cada vez más). Cuando se controla la temperatura de un fuego artificial, el brillo de los compuestos metálicos se puede manipular para que tenga el color deseado en el momento adecuado. La creación de luces azules y verdes requieren una mayor temperatura, lo cual es impráctico en los fuegos artificiales; por ello estos colores se logran por el mecanismo de luminiscencia. En la luminiscencia no se requiere calor para que un cuerpo emita luz y por eso ocurre a temperaturas más bajas. La luz es generada por los electrones del átomo del metal, que al absorber energía del calor generado en la explosión saltan a un nivel superior, pasando a ser electrones excitados y luego vuelven a su estado fundamental, de menor energía, liberando un fotón de luz de determinada energía y color característico.
La explosión de un fuego artificial se produce en dos pasos: el proyectil aéreo se dispara al aire y luego explota en el aire, a muchos metros del suelo. Durante la explosión del proyectil no solo se producen gases rápidamente, sino que también se calientan y se expanden siguiendo la ley de Charles (Si la presión es constante, a medida que aumenta la temperatura de un gas encerrado, el volumen también aumenta). El estruendo se debe a la expansión de los gases a un ritmo más rápido que la velocidad del sonido.
En esa misma línea, la disposición de las estrellas (ver figura 1) determina la forma que tomaran las luces; si están dispuestas al azar en el proyectil, se esparcirán uniformemente en el cielo después de la explosión. Pero, si se agrupan cuidadosamente en patrones determinados, los fuegos artificiales tendrán una forma específica porque las estrellas se envían en direcciones puntuales durante la explosión.
¡Es por ello, que, en cuanto al sonido y las formas de los fuegos artificiales, todo se reduce a la construcción del proyectil aéreo!
Tabla SEQ Tabla \* ARABIC 1 Colorant compounds used in Fireworks and the colors they produced.
IMPACTO AMBIENTAL Y FUTURO
Si bien los fuegos artificiales son un espectáculo para nuestra vista también se debe considerar que los restos del proyectil generan desperdicios, además, la combustión genera humo y partículas que contaminan el aire. En un estudio reciente se diseñaron bengalas proporcionándoles un revestimiento funcional que tiene propiedades potenciales de inhibir la absorción de humedad y controlar las emisiones gaseosas de partículas. Por ello, es que se debe seguir con la investigación y búsqueda de alternativas más eco amigables, como por ejemplo proyectiles biodegradables o formas de combustión verde.
Hoy en día, las computadoras desempeñan un papel fundamental tanto en el desarrollo de los fuegos artificiales como en el diseño de sus exhibiciones. Se pueden utilizar programas informáticos para sincronizar el disparo de miles de fuegos artificiales desde un solo panel de control.
Diseñar un espectáculo de fuegos artificiales es tanto un arte como una ciencia. Los diseñadores de fuegos artificiales deben comprender las propiedades químicas de varios compuestos para producir los colores deseados. Deben considerar la física de la dinámica de las explosiones para crear las formas y patrones requeridos. Además, también deben tener una visión artística para coreografiar estos elementos de una manera que ofrezca un espectáculo cautivador.
Figure 1. Structure of an aerial shell. The black balls are the stars, and the gray area is gunpowder. The stars and the powder are surrounding a bursting charge, which alsocontains black powder.
Referencias
- Utkarsha W., Girivyankatesh H, Suraj J., Anirban M., Rakesh K., Sadhana R.; “Glazing of the fireworks: Functional coating materials for enhancing the shelf life and reducing emissions”; Environmental Technology & Innovation 28 (2022) 102926; https://doi.org/10.1016/j.eti.2022.102926
- N. Selvakumar, A. Azhagurajan, A. Suresh; “Experimental analysis on nano scale flash powder composition in fireworks manufacturing”; J Therm Anal Calorim (2013) 113:615–621; DOI 10.1007/s10973-012-2749-9
- 10 Chemmatters, October 2010.
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