La pólvora, componente principal de los fuegos artificiales

Fuegos-artificiales
La pólvora es una mezcla de 3 componentes químicos utilizada en los fuegos artificiales

El otro día fue la noche de la «cremà» y Valencia y otras ciudades y pueblos se llenaron de petardos de todo tipo, grandes y pequeños, de castillos de fuegos artificiales, en definitiva, de ruido, humo, colores, olores…

Esos petardos, toda la pirotecnia en general están fabricados por unas empresas llamadas pirotecnias (por aquí tenemos unas muy famosas) que siguen un método tradicional de fabricación de este tipo de artefactos explosivos. Como norma general, están fabricados por un tubo de cartón o de plástico con una mecha, y en su interior una serie de compuestos químicos. La mezcla de estos compuestos químicos es conocida como pólvora, formada principalmente por tres componentes básicos, un comburente, un acelerante y un combustible.

Como comburente se utilizan unos productos químicos ricos en oxígeno, como combustible un producto rico en carbono y como acelerante, aunque también podríamos llamarlo catalizador, aunque no sea un catalizador como tal, se utilizan el azufre.  Aquí esta la clave de todo, la combustión acelerada de unos productos químicos, su oxidación. Por ello, el principio de los petardos es una reacción química de oxidación-reducción violenta, que se hace explosiva al estar encerrada en ese tubo de cartón antes mencionado. Pero, ¿qué es exactamente la pólvora?

La pólvora

La pólvora es una mezcla inventada en China aproximadamente a finales del siglo IX que los bizantinos y los árabes introdujeron en Europa alrededor del año 1200. La primera referencia a su fabricación en Europa se encuentra en un documento de Roger Bacon, la Epistola de secretis operibus Artis et Naturae, et de nullitate Magiae (ca. 1250).

La pólvora es una mezcla de sustancias deflagrante utilizada principalmente como propulsor de proyectiles en las armas de fuego y con fines acústicos en los fuegos pirotécnicos. Se la conoce también como pólvora negra por su color grisáceo oscuro, casi negro. Hasta finales del siglo XIX, la pólvora era el único explosivo conocido, que poco a poco fue siendo sustituida por las conocidas pólvoras sin humo, pero existen unos artefactos hoy en día, los petardos, que aún siguen utilizándola.

componentes de la pólvora
Los tres componentes de la pólvora, nitrato potásico, carbón y azufre

Como he comentado anteriormente, la pólvora es una mezcla de tres componentes diferentes. Se compone de nitrato de potásico (75% en peso), carbón vegetal (15% en peso), y azufre (10% en peso). Cada uno de estos componentes juega un papel importante en la combustión de la pólvora. El nitrato de potasio, también conocido como salitre, es el comburente y se descompone a temperatura elevada para proporcionar oxígeno para la reacción. Esto significa que la pólvora no necesita ser expuesta al aire para quemar. El carbón vegetal es a menudo representado simplemente como una fuente de carbono, que actúa como combustible, aunque en realidad es una forma desglosada de celulosa, con la fórmula aproximada C7H4O empírica. Finalmente, el azufre también puede actuar como un combustible, aunque su inclusión tiene más que ver con el hecho de que se somete a reacciones exotérmicas (reacciones que desprenden calor) a temperaturas relativamente bajas, proporcionando más energía y bajar la temperatura de ignición del carbón (acelerador o catalizador).

fuegos artificiales
Fuegos artificiales

Como comburente se puede emplear nitrato de sodio, pero es higroscópico (condensa sobre sí la humedad del ambiente). También hay otra pólvora comúnmente usada, que en vez de nitrato potásico, lleva clorato de potasio (KClO3), cuyo uso es común en pirotecnia. El clorato de potasio no es higroscópico y funciona mejor que el nitrato de potasio, pero la combustión junto al carbón y al azufre se hace mucho más rápidamente, siendo casi explosiva; por ello se usa en pirotecnia. Las cantidades de cada componente son: 50% KClO3, 35% carbón y 15% azufre. El azufre ayuda en la combustión, porque cuando se quema, se produce dióxido y trióxido de azufre, SO2 y SO3, y al juntarse con moléculas de agua procedentes, no de la combustión, sino de la humedad, se producen ácido sulfúrico (H2SO4) y sulfuroso (H2SO3), que reaccionan violentamente con el clorato de potasio, haciendo que se descomponga muy rápidamente.

Las reacciones precisas de la pólvora son difíciles de dilucidar. En lugar de ser una reacción simple de una sola, la combustión de la pólvora se compone de muchas reacciones complejas diferentes. Es posible, sin embargo, proporcionar ecuación simplificada que proporciona una idea general de los productos de las diversas reacciones. Se produce una mezcla de productos sólidos y gaseosos, junto con una cantidad muy pequeña de agua. La ecuación general podemos expresar de la siguiente manera:

10 KNO3 + 8 C + 3 S → 2 K2CO3 + K2SO4 +  6 CO2 + 5 N2

En ella vemos que unos productos se oxidan (carbono y azufre) y otros se reducen (nitrógeno). Esta oxidación-reducción da una coloración amarillo brillante, casi blanco en estas explosiones pirotécnicas. Ahora bien, todos hemos visto en los castillos de fuegos artificiales diferentes colores, como azul, verde, morado. ¿Como se forman estos colores?, la respuesta es bien sencilla, añadiendo sales de metales o virutas de los mismos.

Fuegos artificiales

Los colores de los fuegos artificiales se derivan de una amplia variedad de sales o polvos metálicos. La variación de los pellets de la pólvora así como la cantidad de humedad se utiliza para aumentar significativamente el tiempo de combustión a los efectos de la pirotecnia. La adición de sales metálicas produce una variedad muy grande de colores cuando se produce la ignición de la pólvora.

Las palmeras y los diferentes efectos de color de los fuegos artificiales son debidos a los diferentes polvos metálicos o sales metálicas. El calor desprendido por la reacción de combustión de la pólvora hace que los electrones en los átomos del metal pasen a niveles de energía mayores. Estos estados excitados son inestables, por lo que el electrón regresa rápidamente a su estado original (o estado fundamental), emitiendo el exceso de energía en forma de luz. Esta diferencia de energía entre el estado excitado y el estado fundamental es  la razón de que los diferentes metales dan diferentes ensayos a la llama, lo que nos permite distinguir entre ellos. Los colores emitidos por diferentes metales se muestran en la tabla siguiente.

colores en los fuegos
tabla 1: compuestos que dan los colores a los fuegos artificiales

Es el átomo metálico presente en el compuesto el que le confiere la importancia del color, pero algunos compuestos son mejores que otros. Los compuestos higroscópicos (esos que atraen y retienen el agua) no son muy utilizados en los fuegos artificiales, ya que pueden hacer que la mezcla se humedezca y sea difícil de quemar, como es el caso del NaCl. Algunos colores también son notoriamente difíciles de producir, como es el caso del color azul. El cobre es el metal responsable de la coloración azul de los fuegos artificiales, pero estos compuestos tienden a ser inestables a temperaturas altas, y si llega a estas temperaturas, se descompone el compuesto dando como resultado que la coloración no sea la requerida. Por esta razón, a menudo se dice que se puede juzgar la calidad de una exhibición de fuegos artificiales en la calidad de los fuegos artificiales azules. El púrpura o violeta es también bastante difícil de producir, ya que implica el uso de compuestos que dan coloración azule en combinación con compuestos que dan coloración roja.

Fuente de datos

http://es.wikipedia.org/wiki/P%C3%B3lvora

La química de los fuegos artificiales, de Antonio José Sánchez

Componentes de la pólvora

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