Pirotecnia: La química y el color en los fuegos artificiales
Escrito por Quimitube el 11 septiembre
Fin de Año. Primero, doce campanadas y doce uvas; después, besos, abrazos, deseos de «¡Feliz año nuevo!» y muchos, muchísimos colores en el cielo. La pirotecnia acompaña nuestras celebraciones importantes, aporta una nota colorista y sus efectos mágicos nos fascinan para mantenernos con la mirada puesta en alto mientras duran.
Una imagen de los fuegos artificiales sobre la Bahía de Palma, el 20 de enero en las fiestas de San Sebastián, festival Aiquafoc de 2001 (dbalears.cat)
Pero… ¿qué química hay tras estos efectos fascinantes? Pues detrás de estos se encuentran esencialmente dos fenómenos: la incandescencia y la luminiscencia. En el primero, el responsable de la aparición del color es esencialmente la energía calorífica; el calor elevado provoca que una sustancia emita radiación en la región infrarroja del espectro, para después emitir radiación roja, naranja, amarilla y, finalmente, blanca si el calor suministrado es suficiente, es decir, que el color que se obtenga dependerá de la temperatura y, si ésta puede controlarse en el fuego artificial se podrá lograr el efecto deseado. Esta emisión luminosa no está constituida por longitudes de onda precisas, sino que es un espectro continuo.
En cambio, tras el segundo fenómeno, la luminiscencia, se hallan esencialmente los espectros atómicos, es decir, el hecho de que cada elemento absorbe y emite energía (tras ser excitado) a distintas longitudes de onda. Si estas longitudes de onda están dentro de la región del visible, las llamamos «colores». Lo que observamos en el caso de la luminiscencia, por tanto, es el espectro de emisión de una sustancia (concretamente de un metal, libre o combinado), y dicho espectro no es un continuo como en el caso de la incandescencia, sino que se trata de líneas discretas.
En este punto resulta interesante comentar que, en un laboratorio químico, podemos llevar a incandescencia una sal metálica para comprobar qué colores produce la excitación del metal (el catión). Si tomamos un hilo de platino o de nicrom, bien limpio y, tras humedecerlo con ácido clorhídrico, tocamos la sal para que se adhiera, podemos quemar dicha sal en la llama del mechero Bunsen. Puesto que hemos humedecido el hilo con ácido clorhídrico, la reacción que se produce es que la sal se transforma en un cloruro del metal correspondiente (si no era un cloruro inicialmente) que puede llegar a ser volátil a temperaturas muy elevadas y la llama se colorea.
Puesto que las coloraciones dependen de la excitación energética del metal, serán características de cada elemento. Así, la incandescencia a la llama se puede utilizar como una técnica analítica cualitativa para determinar qué metal tenemos en una muestra (ensayo a la llama). Esto es válido únicamente si la emisión energética de los metales se da en la región el espectro visible, es decir, si el ojo humano es capaz de percibirlo (que un metal no emita luz en el visible no significa que no esté emitiendo, sino que lo estará haciendo en otras regiones que nosotros no podemos observar, como por ejemplo, la región del ultravioleta). De este modo, la industria pirotecnia usa sales de distintos metales para conseguir colores vistosos en los fuegos artificiales, mezcladas con otros ingredientes.
Puesto que la pirotecnia se considera un arte tradicional y que, hasta el siglo XVIII, en consonancia con el oscurantismo propio de épocas pasadas, los maestros pirotécnicos trabajaban en secreto, la preparación de las mezclas para producir los fuegos artificiales se basa en fórmulas artesanales que se guardan celosamente. No obstante, toda mezcla pirotécnica debe contener una serie de componentes, que son, esencialmente: oxidantes, reductores, estabilizantes o ligantes y agentes colorantes.
En esta entrada nos centraremos en los agentes colorantes, y dejaremos los restantes para una entrada posterior.
Los agentes colorantes en los fuegos artificiales son, como hemos indicado previamente, metales que se hallan combinados en diversas sales (algunas veces se trata de un metal o de una aleación metálica en polvo, pero es menos habitual). Es únicamente el metal de estas sales, es decir, el catión, el que produce el color. Los aniones no influyen en la generación del color, únicamente en la temperatura de la llama producida, que también reviste su importancia. En la tabla siguiente se muestran algunos colores juntamente con las sustancias químicas que los producen en las mezclas de los fuegos artificiales:
Al producirse la mezcla, estas sales reaccionan con los agentes oxidantes (esencialmente nitratos, cloratos y percloratos, que aportan el oxígeno necesario para producir la combustión de la mezcla) para dar óxidos e hidróxidos. Posteriormente se producen otras nuevas especies que son las realmente responsables de los colores observados (incluso llama la atención que se producen algunos compuestos de estequiometía no convencional, como el SrCl, el CaCl o el BaCl, donde los tres metales, que son alcalinotérreos, están actuando con valencia +1. Esto se debe a que se trata de especies que pueden existir a elevadas temperaturas, como es el caso de los fuegos artificiales).
Si bien existen, como vemos en la tabla, múltiples sales y múltiples colores, la región espectral situada entre el verde y el azul no dispone todavía de sustancias adecuadas y constituye uno de los objetivos actuales de investigación de la industria pirotécnica. A ver si hay suerte y dan con la mezcla pronto, que el turquesa es uno de mis colores predilectos.
Aquí os dejo un bonito vídeo del Aiquafoc 2012, en la Bahía de Palma de Mallorca:
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Ensayos de coloración a la llama de algunos elementos químicos
Una entrada muy chula, voy a tuitearla ahora mismo!!!, nunca se me había ocurrido hablar de fuegos artificiales 🙂
Ununcuadio, 12 Años Antes
¡Gracias por el comentario y también por el tuit! Más adelante toca otra sobre las reacciones químicas que se producen en los fuegos artificiales, es un tema interesante 🙂
Quimitube, 12 Años Antes
hola, buenas noches, me gustraia saber porque se utilizan cloruros y no otras sales en el ensayo de la llama.
que otro acido se puede usar en lugar de acido clorhidrico
se puede usar alambre de cobre o hierro?
porque los no metales no dan coloracion a la llama….. si me pudiesen ayudar se los agradeceria muchicimo
Karen Apaza, 9 Años Antes
Hola Karen, los alambres de cobre y hierro podrían interferir en tu ensayo de ahí que se suela usar platino (mucho más caro). En cuanto al uso de haluros o de otros cloruros, es para conseguir que la muestra se volatilice al máximo, lo que hará que la coloración de la llama sea más intensa, por esto también se suele usar el ácido clorhídrico como ácido, es el que da mejores resultados de forma general.
Ahora bien, si lo que quieres es determinar haluros sí puedes usar un hilo de cobre para ello.
Te recomiendo leer en profundidad esta entrada:
http://www.quimitube.com/ensayos-de-coloracion-a-la-llama-para-los-elementos-quimicos
QuimiTube, 9 Años Antes
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¿Cómo funcionan los fuegos artificiales? | El Alquimista Ingeniero, 10 Años Antes
me gusto mucho su pagina k lindo k uno pueda conocer mas cosas de este arte k es tan lindo la pirotecnia
jesus tucto ramirez, 10 Años Antes
Hola Jesús, me alegra que te haya gustado. Un saludo.
QuimiTube, 10 Años Antes
¿En qué año se escribio este articulo y quien es su autor?
Nagelly, 8 Años Antes
Se escribió en 2012 y la autora, como de todo el contenido de Quimitube, es nuestra profesora Carmen. Un saludo.
QuimiTube, 8 Años Antes