La creación de la asombrosa paleta de colores que admiramos cuando estallan los fuegos artificiales es una tarea de una complejidad fascinante. Requiere un verdadero arte y la aplicación de conocimientos que abarcan las ciencias físicas y químicas. Excluyendo los propulsores o efectos especiales, esos hermosos destellos de luz que los fuegos artificiales arrojan al cielo, a menudo llamados «estrellas», en realidad dependen de un conjunto de elementos: un agente oxidante (que aporta oxígeno), una sustancia combustible, un aglutinante (para mantener todos los componentes unidos) y un agente colorante.
¿Qué produce los fuegos artificiales?
Existen dos principales mecanismos para producir color en los fuegos artificiales: la incandescencia y la luminiscencia. Veamos en detalle cada uno.
¿Qué es la incandescencia?
La incandescencia es el fenómeno que implica la emisión de luz a partir del calor (o energía térmica) aplicado a una sustancia. Cuando aplicamos calor a una sustancia, esta se calienta gradualmente y comienza a brillar. Imagina una barra de metal, como un alambre, que colocamos sobre la llama de una hornilla de cocina. Inicialmente, no observamos nada especial, pero a medida que se calienta y su temperatura aumenta, comienza a emitir luz infrarroja, que no es visible para nuestros ojos. Con un aumento aún mayor de temperatura, el alambre muestra una coloración definida, pasando por tonos rojos, naranjas, amarillos y, finalmente, blanco a medida que se calienta más. Cuando alcanza la etapa de «calentamiento al rojo-blanco», el metal emite luz en todos los colores del espectro visible, y por eso la vemos blanca, sin un color específico. Otro ejemplo conocido de incandescencia es el de las antiguas bombillas con filamentos, que emitían luz blanca al elevar la temperatura del fino filamento de tungsteno a más de 3,000°C.
En los fuegos artificiales, controlar la temperatura de sus componentes, como el carbón, permite manipular el brillo para obtener el color deseado en el momento adecuado. Los metales, como el aluminio, el magnesio y el titanio en forma de polvo, queman intensamente, liberando una gran cantidad de energía y aumentando la temperatura de otros componentes en los fuegos artificiales. ¿Te has preguntado cómo un metal «arde»? Es interesante notar que muchos metales en forma de polvo reaccionan rápidamente con el oxígeno del aire cuando se calientan moderadamente, generando una reacción altamente exotérmica que produce óxidos metálicos y emite luz por incandescencia.
¿Qué es la luminiscencia?
La luminiscencia es la luz generada por una sustancia que absorbe energía de fuentes distintas al calor. A veces se le llama «luz fría» porque puede ocurrir a temperatura ambiente o incluso a temperaturas más bajas. Para que una sustancia genere luminiscencia, un electrón en un átomo o molécula de esa sustancia debe absorber energía, lo que lo excita y lo lleva a niveles de energía electrónica más altos. En los fuegos artificiales, la energía necesaria para excitar los electrones proviene del calor generado durante la combustión de otros componentes, como la pólvora.
¿Sabías que esta exhibición pirotécnica es pura química? Los deslumbrantes colores que iluminan el cielo se logran mediante la combinación de diferentes elementos químicos, mientras que la explosión de los cohetes sería imposible sin la reacción química provocada por la pólvora.
Por eso, el origen de los fuegos artificiales está íntimamente ligado a la invención de este material en el siglo IX. Los alquimistas chinos utilizaron la pirotecnia para alejar a los espíritus malignos, y pronto, gracias a la fórmula química de la pólvora, los fuegos artificiales viajaron por la Ruta de la Seda, llegando a los países europeos. Hoy en día, la química detrás de los fuegos artificiales es un conocimiento globalmente reconocido.
¿CUÁL ES LA FÓRMULA Y COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA PÓLVORA?
La pólvora es la responsable de las explosiones y el sonido característico de los fuegos artificiales. No solo se utiliza en la pirotecnia, sino también en armas de fuego, proyectiles y minería. Por lo tanto, es uno de los inventos más significativos en la historia de la humanidad.
Originalmente, la fórmula química de la pólvora consistía en una mezcla de nitrato potásico (salitre), carbón y azufre, típicamente en proporciones de 75 % de nitrato potásico, 15 % de carbón y 10 % de azufre. Sin embargo, la «pólvora» utilizada hoy en día tiene una composición química diferente, mejorada con la incorporación de nuevos materiales como la nitroglicerina o el clorato de potasio, que produce una combustión más rápida.
Al principio, la producción de pólvora conllevaba riesgos considerables. Alfred Nobel mejoró el proceso, aunque no sin enfrentar accidentes que destruyeron algunos de sus laboratorios.
¿Por qué la pólvora explota?
La explosión de la pólvora se debe a una reacción química que implica la transferencia de electrones entre los diferentes componentes. Es una reacción de reducción-oxidación (redox) que desencadena la combustión.
La fórmula química de la pólvora incluye un combustible (carbono) y un agente oxidante (nitrato potásico), mientras que el azufre estabiliza la fórmula. Sin embargo, para crear fuegos artificiales coloridos y llamativos como los que celebramos en festividades como San Juan, la pólvora no es suficiente.
¿Hay química detrás del color de los fuegos artificiales?
Si bien China descubrió la pólvora, fueron los italianos quienes le dieron color a los fuegos artificiales al agregar cloruros de metal.
Para lograr un color específico, se añade un elemento químico particular a la fórmula. El sodio (Na) produce destellos dorados, el titanio (Ti) genera destellos plateados y blancos, el cobre (Cu) crea el color azul y el bario (Ba) produce el verde. Al incorporar otros elementos químicos, se pueden lograr efectos visuales diversos y ajustar el brillo y la intensidad de los fuegos artificiales. ¿Cómo se logra el color de los fuegos artificiales?
Cuando los fuegos artificiales comienzan, los pequeños gránulos de polvo negro de la explosión encienden las partículas de metal (en las sales metálicas) que absorben gran cantidad de energía. Cuando estas partículas comienzan a enfriarse, emiten energía en forma de luz, y el color de esta luz depende del tipo de metal presente. Diferentes elementos químicos generan una amplia gama de colores, como los siguientes ejemplos:
- Fuegos artificiales verdes: se utiliza cloruro de bario para producir el color verde.
- Fuegos artificiales rojos: el cloruro de estroncio es responsable del color rojo.
- Fuegos artificiales amarillos: el sodio, presente en la sal común, produce un vibrante amarillo.
- Fuegos artificiales azules: el cloruro de cobre crea el azul característico.
- Fuegos artificiales naranjas: el calcio da origen al color naranja.
¿CUÁLES SON LOS EFECTOS DE LOS FUEGOS ARTIFICIALES EN EL MEDIO AMBIENTE?
Aunque los fuegos artificiales ofrecen un espectáculo impresionante que ha cautivado a la humanidad durante siglos, los residuos que generan pueden ser perjudiciales para el medio ambiente. Por eso, científicos y pirotécnicos están investigando alternativas menos contaminantes utilizando materiales y procesos más respetuosos con el entorno. La creciente concienciación sobre la química sostenible está impulsando esfuerzos para desarrollar avances científicos que cuiden tanto de la salud de las personas como del planeta, al tiempo que mantienen o mejoran la eficacia del producto tradicional.
