Fuochi d’artificio: colori e composizione

I fuochi d’artificio  provocano un misto di ammirazione e stupore di fronte alla “pioggia di colori” che scende dal cielo oscurato dalla notte.

Ammirazione , stupore e qualche volta spavento provocato dai “botti” improvvisi. Cascate colorate e “botti” sono il risultato di reazioni chimiche di ossidazione molto rapide e di combustioni. Questo stesso tipo di reazioni sta alla base della chimica degli esplosivi, molti dei quali sono trinitroderivati aromatici che vengono preparati a partire da benzene e toluene.

Certo gli esplosivi rievocano immediatamente alla mente immagini di morte e distruzione: alte colonne di fumo nero che si levano delle macerie di quartieri devastati, spesso abitati da civili inermi ed indifesi. Dietro l’uso di questi particolari composti chimici è giusto sottolineare che esistono precise responsabilità di alcuni uomini di scienza, i quali hanno messo o mettono consapevolmente la loro intelligenza al servizio di tutto ciò. Non è la loro chimica che diventa “buona” o “cattiva”  a seconda che si parli dei medicinali o degli esplosivi: la chimica è una disciplina scientifica in quanto tale non è passibile di alcun giudizio morale.

Composizione

I fuochi di artificio sono costituiti essenzialmente da polvere nera cui sono poi aggiunti intensificatori del colore ritardatori dello scoppio, e coloranti.

La polvere nera è una miscela di composti costituiti da:

1)       Nitrato di potassio KNO₃ (74.65%)

2)     Carbone vegetale (13.50%) combustibile prodotto dalla carbonizzazione della legna. Il processo  porta ad una graduale perdita di  ossigeno, azoto e idrogeno con conseguente aumento del tenore di carbonio nel legno

3)     Zolfo (11.85%)

La combustione della polvere nera è una reazione di ossidoriduzione che produce molti prodotti di reazione quali:

• carbonato di potassio K₂CO₃
• solfato di potassio K₂SO₄
• solfuro di potassio K₂S
• carbonato di ammonio (NH₄)₂CO₃,
• biossido di carbonio CO₂
• monossido di carbonio CO.

La combustione della polvere nera nota con il nome polvere pirica non è diversa dalle normali combustioni: combustibile + comburente. L’unica differenza è che il comburente, l’ossigeno, non è fornito dall’aria ma da uno degli stessi componenti della polvere nera, nella fattispecie KNO₃.

Variando la composizione percentuale si possono avere variazioni nella velocità di reazione. I fuochi di artificio sono caratterizzati da una molteplicità di colori

I colori dei fuochi d’artificio

L’aggiunta di magnesio e alluminio in polvere incrementa l’emissione luminosa mentre l’aggiunta di alcuni sali provoca una diversa colorazione ad esempio il nitrato di bario Ba(NO₃)₂ determina una colorazione rossa, i sali di sodio una colorazione gialla, quelli di potassio una colorazione violetta, i sali di calcio una colorazione arancione, mentre quelli di rame conferiscono una colorazione verde-azzurro.

Nelle moderne polveri, il nitrato di potassio è stato sostituito da una miscela di  clorato e perclorato di potassio KClO₃ e KClO₄ rispettivamente. Per ottenere una fiamma splendente e abbagliante si usa l’antimonio sotto forma di solfuro Sb₂S₃. Ad esempio la reazione che avviene tra nitrato di potassio, carbonio e zolfo è la seguente:

10 KNO₃ +  8 C + 3 S → 2 K₂CO₃ + 3 K₂SO₄ + 6 CO₂ + 5 N₂

Tale reazione è una reazione di ossidoriduzione in cui  vi è una sola specie che si riduce ovvero acquista elettroni infatti l’azoto passa da numero di ossidazione +5 a numero di ossidazione 0 mentre vi sono due specie che si ossidano infatti il carbonio passa da numero di ossidazione 0 a numero di ossidazione +4 e lo zolfo da numero di ossidazione 0 a numero di ossidazione +6.

Nella composizione dei fuochi d’artificio possono essere contenuti una serie di altri composti tra i quali l’acido gallico, l’acido triidrossibenzoioco che sono usati in miscele sibilanti e l’acido picrico ovvero trinitrofenolo che è un potente esplosivo.