FUOCHI D ARTIFICIO I colori nella pirotecnica

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1 Università degli Studi di Genova Dipartimento di chimica e chimica industriale Progetto Lauree Scientifiche Laboratori Regionali Scienza dei Materiali FUOCHI D ARTIFICIO I colori nella pirotecnica Dr. Riccardo Carlini

2 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 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.

3 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).

4 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.

5 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.

6 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.

7 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

8 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.

9 Il fuoco spande intorno a sé calore e luce: è la legge della natura, valida anche nel mondo dello spirito Vergilio Gamboso