La ciencia detrás de los fuegos artificiales: 'La química en acción'
El uso más temprano de compuestos químicos para producir un espectáculo de fuego se remonta a miles de años atrás.
Fuegos artificiales se disparan desde el Hatch Shell mientras cae confeti durante el espectáculo anual de fuegos artificiales de Boston Pops en el Esplanade de Boston en esta foto de archivo del 4 de julio de 2017. (Foto de AP/Michael Dwyer)
Cada 4 de julio, millones de estadounidenses se reúnen para presenciar los estruendos, explosiones y ráfagas incandescentes de los espectáculos pirotécnicos de celebración.
La mecánica de nuestros pirotécnicos patrióticos proviene enteramente de la química, la fuerza impulsora detrás del movimiento, el calor, la luz, el humo y el sonido de estos brillantes y cautivadores espectáculos.
"Todo lo que ves en un espectáculo de fuegos artificiales es química en acción", explica John Conkling, profesor de química en el Washington College, en un video educativo de 2014 que ha sido visto casi medio millón de veces.
Si bien la química de los fuegos artificiales ha evolucionado con el tiempo, el uso más temprano de compuestos químicos para producir una reacción ardiente se remonta a miles de años atrás.
Muestra de fuegos artificiales de Macy's vista desde Nueva Jersey. (Foto/Getty Images)
Se cree que los primeros fuegos artificiales se originaron en China e India, según el libro "Chemistry of Pyrotechnics: Basic Principles and Theory" escrito por Conkling, quien falleció en diciembre de 2021.
Uno de los ingredientes principales en los primeros fuegos artificiales era el salitre, o nitrato de potasio, que se mezclaba con azufre y otros combustibles orgánicos para aplicaciones militares incendiarias. Al mezclar nitrato de potasio con azufre y carbón vegetal, se creaba el polvo negro.
El polvo negro, o pólvora, se considera la primera composición moderna de alta energía, según el libro de Conkling. El azufre y el carbón actúan como el combustible, mientras que el nitrato de potasio actúa como un oxidante, lo cual es crucial para la creación de fuegos artificiales.
Según la Sociedad Química Estadounidense, se necesitan un agente oxidante, un combustible, compuestos metálicos para el color y un aglutinante para crear un fuego artificial adecuado.
Se utilizan óxidos metálicos y sales metálicas para producir los vivos colores de los modernos espectáculos de fuegos artificiales. El aglutinante mantiene unidos el agente oxidante, el combustible y los colorantes. Todos estos productos químicos se empaquetan en una carcasa aérea de cartón que contiene una mezcla de polvo negro en la parte inferior.
Para propulsar la carcasa hacia el cielo, se utiliza una carga de elevación de polvo negro junto con un tubo o mortero. Después de que la carga de elevación envía la carcasa hacia arriba, una mecha de temporización secundaria enciende la mezcla de polvo negro en la parte inferior, lo que produce una intensa reacción química en forma de gas y calor.
Esta violenta y explosiva expansión libera los pellets de efectos encendidos, o estrellas, en su interior para crear el despliegue de fuego en el cielo.
La mecha secundaria se utiliza para sincronizar la explosión de la carcasa y mantener a los espectadores a salvo al asegurarse de que se libere a una altura segura.
"El estruendo fuerte que acompaña a los fuegos artificiales en realidad es una onda sónica producida por la expansión de los gases a una velocidad más rápida que la del sonido", según la Sociedad Química Estadounidense.
En cuanto a la forma y el comportamiento únicos de un fuego artificial, todo depende de la disposición calculada de los pellets de efectos. Diferentes disposiciones se pueden utilizar para crear formas como sauces o giradores.
Quizás la parte más emocionante de un espectáculo de fuegos artificiales proviene de su amplia gama de colores, que dependen de los tipos de metales que se utilizan, según Conkling.
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"Cuando los fuegos artificiales explotan en el cielo, las reacciones del polvo de pólvora generan mucho calor, lo que hace que las sustancias metálicas presentes en las estrellas absorban energía del calor y emitan luz", según la Sociedad Química Estadounidense.
"Estas sustancias metálicas son en realidad sales metálicas, que producen luz luminiscente de diferentes colores cuando se dispersan en el aire. Esta luz es producida por los electrones dentro de los átomos metálicos".
Los fuegos artificiales de color rojo son el resultado de sales de estroncio o sales de litio, como el carbonato de litio o el carbonato de estroncio. El cloruro de calcio y el sodio se utilizan para producir luz naranja y amarilla. Para los despliegues de color verde vivo, se utilizan compuestos de bario.
El color más difícil de producir pirotécnicamente es el azul, según Conkling, que depende de compuestos de cobre como el cloruro de cobre. El color morado se puede lograr mezclando compuestos de estroncio para la luz roja y compuestos de cobre para el azul.
"La mezcla de colores está avanzando. Por lo general, podemos obtener un rojo bastante intenso, un verde agradable, un azul razonable. Ahora, si comienzas a combinar el rojo y el azul, obtienes violeta, lila, púrpura", dijo Conkling en una entrevista con PBS NOVA.
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