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Navidad, Año Nuevo, Fallas, ferias y festejos locales… Cualquier celebración a lo largo del año parece buena para encender unas mechas y volar al aire unos bonitos fuegos artificiales que ofrezcan unos segundos de destellos y un sonoro “¡oooh, qué bonito!”. Siempre, por supuesto, con seguridad, adquiriendo pirotecnia silenciosa, para asustar lo menos posible a los animales y lanzándolos en un entorno controlado y aislado.
Pero estos cohetes y petardos esconden muchísima ciencia multidisciplinar que permite usar la pólvora, un elemento tradicionalmente empleado en armas de fuego y explosiones, para que los humanos nos divirtamos unos segundos. ¿Cómo se consigue esto? Para empezar, con mucho cuidado. A continuación, la explicación.
El inicio de la receta de cualquier petardo artificiero es precisamente la pólvora. La pólvora negra, para ser exactos, es una sustancia química que realiza una deflagración, el nombre técnico a una combustión súbita ejecutada a una velocidad inferior a la del sonido. Este elemento es lo que lo distingue de una explosión, que es a más velocidad de la del sonido, 343 metros por segundo.
Paul E. Smith, profesor de Química de la Universidad Estatal de Kansas (EE.UU.) y presidente del Gremio Internacional de la Pirotecnia, explica en The Conversation que la receta de la pólvora negra prácticamente no ha variado desde su invención durante la dinastía Tang de China, en el siglo IX de la era común: “Una mezcla del 75% de nitrato de potasio, 15% de carbón vegetal y 10% de azufre”. Todo ello, encapsulado, es un elemento básico de pirotecnia, un petardo desangelado.
“Una vez encendida esta mezcla con una mecha o una chispa, lo primero que se funde es el azufre, a 112,8 ºC. Este azufre circula sobre el nitrato potásico y el carbón, que a continuación arden”, detalla Smith. Esta reacción produce una gran cantidad de energía, gas y sonido.
Si la cápsula que contiene esta mezcla tiene un orificio por el que esta pueda escapar, la cápsula saldrá por los aires, al liberar la energía por esa vía. Este mecanismo ayuda a generar dos etapas de liberación de energía: una primera para elevar el cohete y otra después para hacer estallar su contenido. Como explica este artículo de divulgación de la Sociedad Americana de Química (ACS, siglas en inglés), una mecha rápida provoca que la explosión que lo eleva se produzca antes; mientras que una mecha temporizada —que arde más lento— es la que consigue que explote después de un tiempo, cuando el cohete está a cierta altura.
Si está en un espacio lo suficientemente confinado, la combustión hará estallar sus componentes en todas direcciones. Al mismo tiempo, el tamaño de los gránulos de pólvora negra permiten cambiar la velocidad a la que se quema toda la mezcla. “Estos elementos hacen fácil controlar la cantidad de energía que se liberará en los fuegos artificiales”, recuerda Smith.
Pero todo esto es para crear, como decimos, el petardo más básico. ¿Cómo lo hacemos más bonito, con colorines y sonidos? Contando con la física de la incandescencia, que permite la emisión de luz a partir de una cierta temperatura.
Como explica el artículo de la ACS, cuando a un elemento o sustancia se le administra la suficiente energía (en este caso, calor), comenzará a irradiar luz. Esto se debe a que los electrones de cada elemento absorben esta energía y pasan a un estado energético muy alto, pero inestable. Para volver a estabilizarse, requieren liberar una cantidad de energía, que lo logran emitiendo radiación electromagnética que los humanos vemos como luz de un color determinado.
Diferentes elementos y compuestos emitirán luz en diferentes longitudes de onda. Con estos datos, es posible crear combinaciones de color para los fuegos artificiales. En este artículo de la Universitat de València se explican algunos compuestos que generan tonos concretos de color: sales de estroncio, rojo; de calcio, naranja; de sodio, amarillo; de bario, verde; de cobre, azul; combinado de compuestos de cobre y estroncio, morado; aluminio y magnesio, plateado; y la mezcla de aluminio, magnesio y titanio también pueden emplearse para hacer chispitas blancas.
¿Y qué hay del sonido? Los técnicos de pirotecnia se ayudan, en este caso, en los orificios por los que escapa el gas y la energía provocada por la deflagración de la pólvora. Smith detalla que, si se busca provocar una especie de silbido, el gas deberá escapar por un pequeño agujero. Dependiendo de su tamaño, variará el tono del silbido. Si lo que se busca es conseguir un ‘boom’ sonoro, es “mucho más fácil” como sigue Smith: “Simplemente habría que poner la fórmula en un espacio confinado, sin que el gas pueda escapar. Cuando se encienda, la presión aumentará en su interior y producirá una explosión repentina”.
Primera fecha de publicación de este artículo: 27/12/2022
