Fogo-de-artifício

O fogo-de-artifício é uma das mais espectaculares manifestações da química no nosso quotidiano. Quem não fica deslumbrado com a explosão de cores e formas que ilumina o céu durante um espectáculo de fogo-de-artifício?

O componente fundamental do fogo-de-artifício é a “concha”, normalmente um tubo de papel cheio com pólvora negra e pequenos globos de material explosivo chamados “estrelas”.

Cada “estrela” contém quatro ingredientes químicos: um material combustível, um agente oxidante, um composto metálico responsável pela cor e um aglutinante para manter estes componentes unidos.

Toda a luz, cor e som resultam destes compostos químicos. Durante a explosão, o agente oxidante e o combustível reagem de forma violenta, libertando calor intenso e materiais em fase gasosa. É a expansão brusca destes materiais gasosos que cria a onda de choque que nos chega aos ouvidos como o som da explosão. E é o calor libertado nesta reacção o responsável pelo brilho e cor do fogo-de-artifício.

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As cores do fogo-de-artifício são obtidas essencialmente por um processo designado por “luminescência”: o calor libertado na explosão é absorvido pelos átomos dos metais presentes na composição da “estrela”. Quando absorvem energia, os átomos dos metais ficam com os seus electrões, digamos, “desarrumados”[Eu tirava os traços. Quebra muito a frase. Porque não “electrões, digamos, “desarrumados””?], fora das suas posições próprias. Quando voltam a arrumar os seus electrões nas posições mais estáveis, os átomos libertam a energia em excesso, mas agora sob a forma de radiação visível, ou seja, luz colorida. A cor da luz emitida varia consoante o metal utilizado:
- O vermelho é normalmente obtido com sais de estrôncio ou de lítio;
- O cor de laranja é característico de sais de cálcio, como o cloreto de cálcio;
- O amarelo é facilmente obtido com sais de sódio, sendo vulgarmente utilizado o cloreto de sódio – o sal das cozinhas;
- O verde é obtido com Cloreto de bário...
- ... enquanto o azul é obtido com cloreto de cobre.

As propriedades destes sais tornam a pirotecnia uma ciência química exigente: é preciso garantir a estabilidade de alguns destes compostos, controlar rigorosamente a temperatura de explosão e impedir a contaminação que mistura as cores. E só assim é possível garantir a beleza da química a iluminar o céu em noites de festa.

Um pouco de história
O fogo-de-artifício não é mais do que uma dança sincronizada de elementos químicos que recriam no céu as cores do arco-íris. Quase todos já assistimos e ficámos[ficámos] fascinados por este espetáculo de reações químicas que teve a sua origem quando a química ainda não existia como ciência. Há registos da utilização de misturas incendiárias em celebrações religiosas na Ásia por volta de 2000 a.C. No entanto, a pólvora – principal componente do fogo-de-artifício – foi descoberta na China apenas no século IX, quando um alquimista chinês juntou, acidentalmente, salitre, enxofre e carvão e aqueceu a mistura. Os primeiros mestres pirotécnicos eram, na verdade, alquimistas que mantinham em segredo as suas receitas geradoras de fogos coloridos (ainda hoje a industria pirotécnica mantém em segredo as suas fórmulas que são transmitidas apenas entre gerações de fogueteiros tradicionais).

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O fogo-de-artifício, na sua forma colorida e brilhante como conhecemos hoje, surgiu com o nascimento da Química e o seu desenvolvimento está relacionado com grandes nomes desta ciência. Antoine Laurent Lavoisier, considerado pai da Química, foi responsável por, durante a revolução francesa, revolucionar a produção da pólvora. Os seus estudos sobre as combustões acenderam o rastilho para que outros químicos procurassem elementos ricos em oxigénio, produzindo assim explosões mais violentas e temperaturas mais elevadas. Em finais do século XVIII, Claude Louis Berthollet, descobre o clorato de potássio que ainda hoje é utilizado nos foguetes.Com[Falta um espaço] o desenvolvimento da química e do conhecimento da matéria, foi aumentando a segurança, o brilho e o número de cores disponíveis, mas as bases de hoje são as mesmas que os fogueteiros tradicionais utilizavam no século XIX. E essa base consiste essencialmente na arte de saber trabalhar a composição da pólvora.

A primeira função da pólvora – cuja composição típica é de 75% de nitrato de potássio, 15% de carvão e 10% de enxofre [Podemos também colocar isto cm legenda de uma figura]– é lançar a concha para o ar. Por sua vez, a pólvora que se encontra no interior da concha, tem como papel fornecer a energia suficiente para “acender” as estrelas. Por esta razão, a esta pólvora é adicionada perclorato de potássio ou clorato de potássio. Estes compostos são mais explosivos que os nitratos e por isso fornecem temperaturas mais elevadas – necessárias para que o material das estrelas entre em combustão. Os cloratos possuem a desvantagem de serem muito instáveis e por isso mais perigosos – um composto de clorato pode explodir apenar por cair ao chão!

Sobre a cor
Mas e a cor? Os fenómenos responsáveis pelas cores do fogo-de-artifício estão presentes nas luzes lá de casa, nos anúncios luminosos e até quando nos aquecemos junto à lareira. Assim, para além da luminescência, os elementos podem também emitir cor por aquecimento – quem já não observou as brasas de carvão que de pretas, passam a vermelhas, alaranjadas até terminarem como cinzas brancas? A este fenómeno da emissão de cor por aquecimento os químicos chamam incandescência.

Metais como alumínio ou o magnésio, quando aquecidos a elevadas temperaturas, emitem uma luz branca muito brilhante. Estes elementos são muitas vezes adicionados à pólvora da concha aumentando também assim a claridade da explosão. As restantes cores resultam da mistura química que se encontra no interior das estrelas. A composição desta mistura é praticamente igual à pólvora negra, variando apenas o sal que contém o elemento químico que gera a cor por luminescência. Ou seja, para se obter a cor vermelha mistura-se nitrato de estrôncio, carvão e enxofre, enquanto que para se obter a cor verde mistura-se nitrato de bário, carvão e enxofre. A cor azul é considerada a mais difícil de obter devido à instabilidade dos compostos de cobre. E da mesma forma que o pintor mistura o azul e o vermelho para obter o violeta, também os químicos misturam cobre e estrôncio para obter esta cor. Alguns foguetes podem começar de uma cor e terminar de outra uma vez que no interior da mesma estrela podem existir duas misturas. E cada estrela, cada mistura, é preparada artesanalmente, num trabalho que envolve química, arte e muito, muito rigor.

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Um fogo-de-artifício amigo do ambiente
A beleza dos fogos-de-artifício tem um senão – a poluição. Nesse sentido, os cientistas começaram já a procurar a fórmula adequada para um fogo-de-artifício mais amigo do ambiente. Assim, em alguns espetáculos, os foguetes são enviados para o ar graças a um sistema de gás compressor, o que evita a utilização da pólvora no momento do lançamento. Desta forma, diminui a libertação de gases poluentes como os NOx, CO e SOX[Não valerá a pena dizer o que são estas coisas? Quem não estuda química e esteja a ler não entenderá uma vez que isto não lhes diz nada.] (o índice x significa que o número de átomos de O pode variar dando origem a substâncias diferentes). Também os percloratos utilizados como explosivos no interior das estrelas são identificados como prejudiciais à saúde humana e por isso os químicos têm[têm] procurado substituí-los. Os compostos com elevada percentagem de nitrogénio, como os derivados do triazole e da tetrazina, ou de oxigénio, como a nitrocelulo[ignorância minha: é um nome feminino?]se, têm-se revelado muito eficazes nesta área, proporcionando quase sempre uma combustão completa, praticamente sem libertação de fumos – o que permite diminuir também a quantidade de sais e intensificadores de cor utilizados. Tudo para que seja possível admirar um espetáculo de fogo-de-artifício, livre de sentimentos de culpa!

Paulo Ribeiro-Claro (projecto “A Química das Coisas”/Universidade de Aveiro)
Conteúdo fornecido por Ciência na Imprensa Regional – Ciência Viva