La notte dell'ultimo dell'anno il cielo è rischiarato dai colori e dalle luci dei fuochi d'artificio, mentre il suono delle esplosioni risuona nel silenzio; sicuramente uno spettacolo tanto familiare a tutti noi quanto magnifico.
Una questione di chimica!
La combustione della polvere nera
Alla base della chimica dei giochi pirotecnici c'è una reazione apparentemente molto banale: la combustione.
Tutti hanno presente la combustione della legna nel caminetto acceso, ma forse non si pensa che anche la notte di capodanno si assiste a centinaia di incredibili combustioni nei cieli delle nostre città
Non sono legna e ossigeno i protagonisti, ma la cosiddetta polvere nera.
La polvere nera, o polvere pirica, è una miscela di tre principali componenti:
- Nitrato di Potassio (KNO3) per il 74.65%
- Carbone vegetale per il 13.50%
- Zolfo per l'11.85%
La combustione di questa miscela produce tutta una serie di specie gassose come ossigeno, idrogeno, il carbonato di potassio, il solfato di potassio, il solfuro di potassio, il carbonato di ammonio, il biossido di carbonio (o anidride carbonica), il monossido di carbonio, la cui veloce espansione all'interno del cilindro in cui avviene la combustione provoca l'esplosione che lascia in ogni direzione i materiali luminosi, creando quindi i vari giochi di forme e colori.
Una grande differenza con una classica combustione sta nell'assenza dell'Ossigeno O2 come comburente: è infatti la polvere stessa, in particolare il nitrato di potassio, a fornire l'ossigeno necessario alla reazione.
Variando le percentuali dei suoi componenti è inoltre possibile variare la velocità con cui avviene la combustione.
Luci, colori e suoni
Uno dei primissimi esperimenti che uno studente di chimica impara a conoscere è il saggio alla fiamma, uno di quegli esperimenti che vengono spesso riproposti anche nei vari eventi divulgativi perché molto semplice da realizzare e di grande impatto visivo.
Quello che avviene è che diversi metalli, sia tal quali che in forma di sali, danno una diversa colorazione alla fiamma di un becco bunsen, questo a causa della loro diversa conformazione elettronica.
Sfruttando questo principio, chi crea i fuochi d'artificio mescola alla polvere diversi sali per ottenere i colori desiderati: nitrato di bario per una colorazione rossa, sali di rame per il verde e l'azzurro, il sodio per il giallo, i sali di calcio per l'arancione, sali di potassio per una colorazione violetta e così via, miscelandoli fra loro per ottenere diverse sfumature ed effetti pirotecnici.
Un altro trucco è quello di aggiungere solfuro di antimonio per avere una luce intensa ed abbagliante.
Infine anche il suono non viene trascurato: alcuni acidi organici, come l'acido gallico o l'acido pirico, quando bruciano hanno la caratteristica di emettere un suono particolarmente forte. Il botto finale, quello che chiude lo spettacolo lasciando tutti un po' più sordi, dipende da loro.
Per approfondire:
- http://www.asspi.it/
- https://www.chimica-online.it/laboratorio/saggi-fiamma.htm
- http://antincendio-italia.it/il-processo-di-combustione/
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