Per molte persone in tutto il mondo, i primi momenti del nuovo anno saranno pieni dei suoni e degli spettacoli di luci colorate dei fuochi d'artificio. Da forti scoppi a lunghi fischi, rossi brillanti e azzurri pallidi, ci sono migliaia di variazioni di fuochi d'artificio e un intero ramo della chimica che esplora queste divertenti esplosioni.

Sono un chimico e presidente della Pyrotechnics Guild International, un'organizzazione che promuove l'uso sicuro dei fuochi d'artificio e il loro uso per celebrare feste come il nuovo anno.

Ci sono centinaia di formule chimiche - o come mi piace pensarle, ricette pirotecniche - per i fuochi d'artificio. Queste ricette sono ancora basate su un'antica miscela di sostanze chimiche che produce la quintessenza del botto, ma i moderni fuochi d'artificio usano ogni sorta di magia chimica per mettere in scena gli incredibili spettacoli di oggi.

Tutto inizia con la polvere nera

Il primo ingrediente di qualsiasi fuoco d'artificio è l'antica polvere nera esplosiva. Fu scoperto dagli alchimisti cinesi più di mille anni fa e la ricetta è rimasta praticamente invariata nei secoli successivi. Per fare la polvere nera, tutto ciò che devi fare è mescolare il 75% di nitrato di potassio, il 15% di carbone e il 10% di zolfo. Per fare un semplice fuoco d'artificio o un petardo, metti semplicemente questa polvere in un contenitore, solitamente di cartone o carta spessa.

La polvere nera viene utilizzata per lanciare i fuochi d'artificio nell'aria, nonché per accendere e spingere gli effetti, come il colore, in uno schema nel cielo. Quindi, come funziona?

Una volta acceso con una miccia o una scintilla, lo zolfo si scioglie prima a 235 F (112,8 C). Lo zolfo scorre sul nitrato di potassio e sul carbone, che poi brucia. Questa reazione di combustione produce rapidamente una grande quantità di energia e gas, in altre parole, un'esplosione. Se c'è un piccolo foro per la fuoriuscita del gas, la reazione lancia il fuoco d'artificio in aria. In uno spazio molto ristretto, fa saltare in aria i componenti del fuoco d'artificio e incendia tutto ciò che si trova nelle vicinanze.

Oltre a modificare il modo in cui è confinata la polvere nera, cambiare la dimensione dei granuli di polvere può anche cambiare la velocità con cui brucia. Pensa a un falò. Quando aggiungi un grosso ramo d'albero, le fiamme bruciano più a lungo e più lentamente. Se lanci una manciata di segatura nella fiamma, brucia velocemente e velocemente. La polvere nera funziona in modo simile e questo rende facile controllare quanta e quanto velocemente l'energia viene rilasciata.

Diverse sostanze chimiche per diversi colori

Se metti una polvere di polvere nera molto fine in uno spazio ristretto, esplode in una nuvola di calore, gas e rumore. Allora da dove vengono i colori e la luce brillante?

Quando riscaldi qualsiasi materiale, quello che stai veramente facendo è immettere energia negli elettroni degli atomi di quel materiale. Se ecciti abbastanza gli elettroni, quando ricadono ai loro livelli di energia normali rilasciano quell'energia in eccesso sotto forma di luce.

Ci sono un certo numero di elementi diversi che, quando aggiunti a un fuoco d'artificio e riscaldati, rilasciano diverse lunghezze d'onda della luce che appaiono come colori diversi. Lo stronzio fa rosso. Il bario produce verde. Il rame brucia di blu e così via.

Fare fuochi d'artificio che producono blues è stata a lungo una sfida per i chimici dei fuochi d'artificio. I blu profondi sono troppo scuri e non possono essere visti contro il cielo notturno. Ma se il blu è troppo chiaro, appare bianco. Quindi la lunghezza d'onda del "blu perfetto" deve essere molto precisa. Questo è difficile da ottenere perché la luce blu ha una lunghezza d'onda più corta, il che significa che la distanza tra i picchi e le valli dell'onda di luce sono molto vicini tra loro.

Alcuni elementi producono colori diversi, ma che dire di scintillii e bagliori? Per realizzare questi effetti, alle formule pirotecniche possono essere aggiunti vari metalli. Alluminio, magnesio e titanio producono tutti scintille bianche. Aggiungendo il ferro si ottengono scintille d'oro. La miscelazione di vari tipi di carbone può produrre scintille rosse e arancioni. Ciascuno di questi elementi brucia a una velocità e in un modo diversi, producendo così colori e intensità di luce variabili.

Fare un fischio o un boom

L'ultimo pezzo di un buon fuoco d'artificio è un eccitante effetto sonoro.

Per aggiungere effetti sonori ai fuochi d'artificio è necessaria una formula che produca una grande quantità di gas molto rapidamente. Se un fuoco d'artificio ha una piccola apertura per l'uscita del gas, produrrà un sibilo. La velocità del gas e la dimensione dell'apertura varieranno il tono e il suono di un fischio.

Fare un boom è molto più facile. Metti semplicemente una formula energetica in uno spazio ristretto senza dove andare il gas. Una volta acceso, la pressione aumenterà e i fuochi d'artificio esploderanno, producendo un boom o un botto improvviso.

Mentre guardi i fuochi d'artificio questa notte di Capodanno o ne lanci alcuni di tuoi nel cortile, ora saprai come funzionano. I fuochi d'artificio sono molto divertenti, ma le esplosioni e le sostanze chimiche in fiamme sono pericolose, anche se vengono fornite in confezioni colorate. Se puoi lanciare legalmente fuochi d'artificio nella tua città, ti preghiamo di gestirli correttamente.