Università degli Studi di Genova
Dipartimento di chimica e chimica industriale
Progetto Lauree Scientifiche
Laboratori Regionali
2009-2010
Scienza dei Materiali
FUOCHI D’ARTIFICIO
I colori nella pirotecnica
Dr. Riccardo Carlini
Un po’ di storia….
La pirotecnica, ovvero l’arte dei fuochi artificiali, è nata in
epoche remote in Cina. In Europa ha cominciato a svilupparsi
intorno al 1300. Essa è un’antica arte che, pur essendosi
sviluppata su basi essenzialmente empiriche, racchiude in sé
interessanti aspetti scientifici. Alla base di qualsiasi
manifestazione pirotecnica vi è la polvere da sparo, chiamata
anche polvere pirica o polvere nera, anch’essa nata in Cina e
diffusa in Europa da Roger Bacon, che ne rese nota la
composizione nel 1242.
La polvere
nera
La polvere pirica è costituita, oggi come nel passato, dal 75% di
nitrato di potassio (salnitro), dal 15% di carbone in polvere e dal
10% di polvere di zolfo. La combustione della polvere pirica (e in
generale di un esplosivo tradizionale) non è diversa da una
normale combustione, in cui un combustibile (agente riducente) e
un comburente (agente ossidante) reagiscono chimicamente tra
loro. L’unica differenza rispetto alle normali combustioni consiste
nel fatto che il comburente (l’ossigeno) non viene fornito dall’aria,
bensì da uno dei componenti solidi della miscela stessa (nel caso
della polvere pirica il nitrato di potassio).
Durante la reazione chimica il combustibile cede elettroni al
comburente, formando legami con l’ossigeno. I legami che
caratterizzano i prodotti della reazione sono più stabili di quelli che
caratterizzano i reagenti. Di conseguenza la reazione produce la
liberazione di energia sotto forma di calore. In seguito all’ignizione
la reazione avviene molto rapidamente, analogamente allo sviluppo
di energia.
La reazione chimica complessiva è la seguente:
10 KNO3 (S)+ 12C(S) + 4S(S) → K2 CO3↓+ 2K2S↓+ 2K2 SO4 ↓+ 8CO2 ↑+ 3CO↑ + 5N2↑
In campo pirotecnico, oltre a questi combustibili ne vengono
utilizzati altri: zucchero (per fumogeni), silicio e boro (utilizzati
soprattutto per le micce) ed elementi metallici, quali alluminio,
magnesio e titanio (come acceleratori d'innesco). Questi ultimi
bruciano con l’ossigeno dell’aria raggiungendo elevate temperature
ed emettendo una luce molto intensa e brillante.
La luce che si vede in uno spettacolo pirotecnico deriva
essenzialmente da tre meccanismi: incandescenza, emissione
atomica ed emissione molecolare. Le particelle solide portate ad
alta temperatura dal calore liberato dall’esplosione emettono per
incandescenza un ampio spettro di radiazione. Tanto più è alta la
temperatura, tanto minore è la lunghezza d’onda delle radiazioni
emesse. Il diverso miscelamento dei due riducenti agisce sulla
velocità di combustione: spesso per aumentarla si aggiungono
alcuni metalli in polvere tipo Al, Ti, Mg.
Gli ultimi reagenti sono le sostanze coloranti e si usano negli
artifici pirotecnici detti STELLE: esse sono quelle luci che
vengono proiettate radialmente nel cielo dopo l'esplosione della
bomba.
METODICA
Si pesano , con l'ausilio di un vetro d'orologio, su
bilancia elettronica le sostanze.
Si uniscono tutti i reagenti, TRANNE il clorato di
potassio, in un mortaio e si amalgamano con l'aiuto di
un pestello. Si aggiunge il clorato di potassio alla
miscela e si amalgama con un bastoncino di legno o di
plastica. La miscela ottenuta si raccoglie in un
barattolino di plastica e si consegne immediatamente
all'insegnante esercitatore.
STELLA ROSA
ClO3 Clorato di potassio = 4 g
S Zolfo = 1,5 g
SrCO3 Carbonato di stronzio = 1,5 g
STELLA FUOCO ROSSO
STELLA VIOLETTO
KClO3 Clorato di potassio = 4,4 g
S Zolfo = 1 g
SrCO3 Carbonato di stronzio = 2,9 g
Cu(NO3)2 Nitrato rameico = 0,4 g
KClO3 Clorato di potassio = 3 g
S Zolfo = 4,8 g
SrCO3 Carbonato di stronzio = 1,6 g
C Nerofumo = 0,6 g
STELLA VERDE
KClO3 Clorato di potassio = 3,5 g
S Zolfo = 1,5 g
Ba(NO3)2 Nitrato di bario = 3,5 g
Si preleva il miscuglio ottenuto lo si pone su un
foglio di carta o su del cotone che ha la funzione di
miccia. Con molta attenzione si accenderà la miccia
allontanandosi velocemente a più di 2 metri.
Dopo pochi istanti…….
“Il fuoco spande intorno a sé calore e
luce: è la legge della natura, valida
anche nel mondo dello spirito”
Vergilio Gamboso
