A QUÍMICA DOS FOGOS DE ARTIFÍCIO
Os fogos de artifício encantam desde a China Antiga. Mas como é possível que haja tantas cores diferentes?
Por Carlos Vinícius Pinto dos Santos
Figura 1 - A queima de fogos de artifício faz parte das tradições de fim de ano
Alquimistas chineses, na busca pelo Elixir da Vida Eterna, ao misturar nitrato de potássio (KNO3), carvão e enxofre, numa dada proporção, obtiveram um pó acinzentado que entrava rapidamente em combustão, às vezes violentamente, com a mínima ignição. Assim, os chineses descobriram a pólvora já no século I.
Devido às capacidades inéditas apresentadas pela pólvora, rapidamente foram encontrados usos para seu advento. Uma das primeiras invenções derivadas da pólvora foram os fogos de artificio. Basicamente, se trata de um morteiro com uma carga de pólvora de queima rápida e outra de queima lenta. Como a pólvora era a mesma, o controle do tempo de queima ocorria pelo uso de pavios com tempos de queima diferentes, podendo ter sido utilizado um pavio embebido em petróleo aflorado para acelerar sua queima.
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Não é conhecido exatamente o mecanismo de funcionamento dos primeiros fogos de artifício chineses, mas é provável que tenha mudado pouco em relação ao funcionamento básico dos atuais. Nos lançadores tipo morteiro, a pólvora da base entra em ignição primeiro e a brusca expansão dos gases lança a carga acima para fora do tubo violentamente. Essa carga lançada ao ar entra em ignição assim que seu pavio é completamente queimado, gerando a explosão em pleno ar. Caso seja utilizado um foguete, o compartimento todo é lançado ao ar pela propulsão da pólvora na base. Essa modalidade de fogos foi aperfeiçoada para fins militares pela China e demais Civilizações que foram tendo contato com a tecnologia até que, progressivamente, chegou aos foguetes e mísseis atuais.
Figura 2 - Ilustração de soldado imperial chinês prestes a dar ignição a rojão
Ao avaliar possíveis mudanças nas propriedades da pólvora, diferentes compostos de metais foram adicionados à sua composição. Logo foi observado que era possível obter variadas cores e brilhos de acordo com o metal utilizado. Os mais promissores foram selecionados e os fogos de artifício coloridos se espalharam pelo mundo após a abertura chinesa ao comércio, principalmente ao da seda.
Atualmente, os efeitos geométricos dos fogos são causados pelos diferentes tipos de pólvora utilizada, sua granulação da mesma e disposição das cargas no tubo. A explosão da pólvora gera apenas um brilho momentâneo acompanhado do alto estampido e fumaça. A adição de metais como alumínio e magnésio, além de perclorato de potássio (KClO4) como comburente, gera um efeito de brilho branco/prateado intenso. Geralmente, essa mistura pertence a uma carga separada para permitir o efeito correto. Abaixo segue um esquema simplificado dos morteiros e foguetes mais comuns.
Figura 3 - Estruturas básicas de um morteiro (esquerda) e foguete (direita) utilizados como fogos de artifício
A obtenção das cores pode ser alcançada pela adição dos metais ou de seus compostos, como segue abaixo:
Tabela 1 - Relação entre substâncias e emissão de cores visíveis
O brilho azulado dos compostos de cobre é intensificado pela adição de perclorato de amônio (NH4ClO4). A coloração vermelha também pode ser obtida com compostos de lítio, por exemplo, o nitrato de lítio (LiNO3). Os halogenetos de lítio não devem ser usados por serem higroscópicos ou deliquescentes.
Atualmente, o Brasil é um dos maiores fabricantes mundiais de fogos de artifício e o 13º maior exportador em 20151(mercado que a China domina com 91% de participação), com o estado de Minas Gerais detendo cerca de 50% da produção nacional. São produzidos desde os mais simples até os que geram complexos efeitos utilizados nas festividades de Ano Novo mundo à fora.
ATENÇÃO
Entretanto, esse material é extremamente perigoso, se tratando formalmente de um explosivo. Sua utilização inadequada pode gerar feitos catastróficos como a perda de membros e partes do corpo, incapacitação parcial ou total e até a morte. Sua venda e manuseio são restritos a maiores de 18 anos2 por Lei e o bom senso exige plenitude em suas faculdades cognitivas (leia-se sóbrio). Leia atentamente as instruções fornecidas pelo fabricante, siga-as à risca e faça sua diversão com responsabilidade.
Na próxima queima de fogos, um bom exercício é a dedução dos metais utilizados para gerar as cores observadas. Isso é a Química em toda parte!
Referências
1 Top Fireworks Exporters 2015