Els focs d’artifici.Podem considerar els focs d’artifici com una llarga tradició de la nostra terra, però no hem

d’oblidar que té un inici remot a l’Orient, amb els alquimistes de l’antiga Xina, una altra

aventura de l’apassionant història de la química.

L’origen dels focs artificials va lligat amb el descobriment de la pólvora. Una llegenda diu que

qui va fer el primer focs artificial va ser un cuiner xines, va vessar salpetre sobre el fogó i va

veure la generació d’una flama. El salpetre, que juntament amb el sofre i el carbó és un dels

components de la pólvora, és nitrat de potassi (KNO3).

Deixant de banda aquest descobriment, anem a centrar-nos en els colors dels focs artificials, que

és un tema molt lligat a la química i vertaderament complex.

Els colors dels focs artificials són generats per dos mecanismes diferents, la incandescència i la

luminescència. La incandescència és la llum produïda per calor. L’augment de temperatura

escalfa un material fins a fer-lo brillar. Quan la temperatura d’un foc artificial és controlada, la

brillantor dels components, com el carbó, pot ésser manipulada fins al color (temperatura)

desitjat al moment desitjat. 

Per altra banda la luminescència és la llum produïda mitjançant diferents fonts d’energia, llevat

la calor.

Per a poder crear distints colors als focs d’artifici, les cases comercials primer experimenten a

petita escala, amb una pràctica de laboratori anomenada assaig a la flama.

Assaig a la flama.

L’objectiu d’aquest treball pràctic de laboratori és fer un estudi per a observar el canvi de color

de la flama, que apareix en produir-se la combustió de diferents sals a la flama d’un bec de

Bunsen. Aquesta coloració és deguda a la presencia de diferents cations als compostos utilitzats.

Un àtom és capaç d’absorbir distints tipus d’energia, tèrmica i lumínica especialment, que el

condueixen a una sèrie d’estats excitats. Aquests estats posseeixen unes energies determinades i

característiques de cada substancia.

Existeix una tendència a recuperar amb rapidesa l’estat fonamental. La consecució de “tornar a

l’equilibri” es pot realitzar mitjançant l’emissió de raciació.

Ja que els estats excitats possibles són particulars de cada espècie, també ho seran els tipus de

radiacions emeses en la seua desactivació.

El tipus de radiacions emeses dependrà de la diferencia entre els estats excitats i el fonamental,

d’acord amb la llei de Planck:

E=h·

E=diferencia d’energia entre els estats excitats i

fonamental, h= constant de Planck(6,62·10-34) i

= freqüència.

D’aquesta manera, un determinat element dona

lloc a una sèrie de radiacions característiques

que constitueixen un espectre d’emissió, que

pot considerar-se com la seua “petjada dactilar”

i permet per tant la seua identificació.

Fig.1: Espectre d’emissió de diferents àtoms.

Un assaig a la flama és un procediment utilitzat en química analítica per detectar la presència de

certs ions metàl·lics, basat en l'espectre d'emissió característic de cada element.

L'assaig consisteix a introduir una mostra de l'element o compost en una flama calenta no

lluminosa i observar el color que resulta. Cal provar amb diferents flames per verificar l'exactitud

del color. 

Els diferents colors obtinguts, són resultat de l'emissió d'energia que s'esdevé quan els electrons

que es trobaven en un estat excitat tornen a la seua posició original i segons la longitud d'ona(λ)

el color varia.

f= frequencia

c= velocitat de la llum

λ= longitud d’ona

f= cλ

L’objectiu d’aquesta experiència és observar la coloració de la flama causada per la presència,

com ja hem esmentat abans, de diferents cations. Per a d’ur a terme aquesta pràctica,

necessitarem diversos materials i productes.

De material necessitarem:

Fil de Nicrom: el nicrom es un aliatge de níquel (80%)i crom (20%), es resistent a la

corrosió i té un punt de fusió proper als 1400ºC. L’utilitzarem degut a la seua gran

resistència.

Bec de Bunsen: té una base pesada en la qual s’intro-

dueix el subministrament de gas, i un tub vertical pel

qual aquest gas flueix. Depenent de la quantitat

d’aire que deixem passar per l’anell regulador, la fla-

ma tindrà una temperatura determinada, i també un

color determinat.

Espàtula.

Càpsula de porcellana.

Vidre de rellotge.

Una vegada aconseguit el material, agafem els productes:

Àcid clorhídric (HCl)

Sals: KCl. SrCl2, BaCl2, CuCl2, NaCl. Fig.2 Bec de bunsen i flames.

Alcohol de 96º.

Una vegada tenim tot el material i tots els productes passem a realitzar l’estudi de manera

pràctica. Per a obtenir resultats vàlids al efectuar l’experiment, s’ha de seguir un procediment

estricte.

En primer llocs prepararem una dissolució d’àcid clorhídric, per a saber quin volum d’HCl

necessitem, és necessari fer els següents càlculs: (Dades: 0.5M, puresa HCl comercial: 35% en

massa, ρ=1.15g/mL, massa molecular HCl= 36,5.)

0.5mols HCl

Ldissolució ·36,5 g HCl Pur1 mol de HCl · 100 gdiss .

35 g HCl pur ·1mL dissolució1,15 g diss . · 1 Ldiss .

1000 mLdiss .=45,34mL HCl

S’agafen el 45,34 mil·lilitres de dissolució i s’aboquen en una capsula de porcellana. Una vegada

tenim la dissolució a la capsula de porcellana, s’humiteja l’extrem del fil de nicrom. A

continuació es col·loca una petita quantitat d’una de les sals esmentades anteriorment a l’apartat

de productes. Quan la sal ja estiga col·locada al fil, s’arrima aquest a la flama del bec Bunsen i

s’observa el canvi de color d’aquesta.

Després cal netejar el fil de nicrom introduint-lo en la capsula de porcellana que conté la

dissolució d’àcid clorhídric, és important intentar que no quede ningun residu de la sal, per a que

no interferisca en les mostres següents.

Repetirem tot el procés anterior per a cada sal.

El procés amb cada sal serà repetit un mínim de tres vegades, per a així intentar fer el menor

error possible.

Diagrama de flux:

Preparar dissolució de HCl amb aigua.

↓Banyar el fil de nicrom en la dissolució.

↓Ficar un petita quantitat de sal en el fil.

↓Introduir el fil amb la sal al bec Bunsen.

↓Observar el color amb l’espectròmetre.

↓Netejar el fil a la dissolució i repetir el procés 3 vegades.

↓Tornar a fer tots els apartats anteriors amb les altres sals.

Una vegada hem experimentat en totes les sals les vegades esmentades, recollim les dades

obteses i fem una taula de resultats, així els podem veure amb més facilitat.

Fig.3. Colors de les flames.

Compost Color del compost Color de la flama

Compost de potassi KCl Blanc Violeta

Compost d’estronci SrCl2 Verd Vermell carmí

Compost de bari BaCl2 Gris Groc-taronja

Compost de sodi NaCl Blanc Groc

Compost de calci CaCl2 Plata Vermell teula

Compost de coure CuCl2 Vermell-taronja Verd

Amb aquesta taula podem veure els distints colors que sorgeixen de cremar les diferents sals.

Tornat al tema principal, l’elaboració de coets, les

cases pirotècniques passen de la petita escala

(l’assaig a la flama) a la gran escala.

Per a concloure, explicarem com es fan les formes

dels focs artificials.

Les formes dels focs artificials depenen directament

de com s’ordenen els components dins de la carcassa

que explota en l’aire (cometes i estreles), tot es

redueix a la construcció de les carcasses aèries, si es

col·loca un tros de cartró en la carcassa i després es

col·loquen les estreles en un patró al voltat d’aquest,

el insert de cartró obliga a les estreles a explotar cap

a l’exterior en eixe mateix patró.

CANDELA JULIO OLCINA.

Fig.4. Elements químics als focs d’artifici.