Fogos de Artifício

Acho que uma das coisas que mais gera interesse dos jovens pela química são as reações coloridas ... Sabe aquela aula de complexos inorgânicos que cada tubo de ensaio fica de uma cor?  Pois é... todo mundo prestando atenção e depois tirando foto dos tubos coloridos. Fato.

Por isso, resolvi mostrar aqui a principal utilização dessa emissão de cores dos elementos químicos.

As cores produzidas em um show de fogos de artifício são produzidas a partir de dois fenômenos, a incandescência e a luminescência.

A incandescência é a luz produzida pelo aquecimento de substâncias. Quando se aquece um metal, por exemplo, ele passa a emitir radiação infravermelha, que vai se modificando até se tornar radiação visível na cor branca. Isso irá depender de qual temperatura é atingida. Um exemplo de incandescência são as lâmpadas incandescentes, onde existe um filamento de tungstênio que é aquecido e passa a produzir luz, a partir da incandescência. Este fenômeno é, também, visto nos fogos de artifício, nos quais são utilizados metais como o alumínio e magnésio, que ao queimarem produzem alta claridade.

A luminescência é a luz produzida a partir emissão de energia, na forma de luz, por um elétron excitado, que volta para o nível de energia menos energético de um átomo.

Este fenômeno, a luminescência, pode ser explicado da seguinte forma:

1) Um átomo, de um elemento químico qualquer, possui elétrons em níveis de energia. Ao receber energia, estes elétrons são excitados, ou seja, são promovidos a níveis de energia mais elevados. A quantidade de energia absorvida por um elétron é quantizada, ou melhor, é sempre em quantidades precisas, não podendo ser acumulada.

 2) O elétron excitado tem a tendência de voltar para o nível menos energético, pois é mais estável. Quando ocorre esta passagem, do nível mais energético para o menos, ocorre também a liberação da energia absorvida, só que agora, na forma de um fóton, ou seja, na forma de luz. 

 A luminescência é uma característica de cada elemento químico. Ou seja, átomos de sódio quando aquecido, emitem luz amarela, pela luminescência. Já os átomos de estrôncio e lítio produzem luz vermelha. Os de bário produzem luz verde e assim por diante.

Este fenômeno é usado, por exemplo, na produção dos fogos de artifício. Este é basicamente, um dispositivo que fica envolvido em um cartucho de papel (em geral, em forma de cilindro). Na parte inferior do cartucho fica a carga explosiva que dispara os fogos para o alto, o propelente mais utilizado é a pólvora negra, esta nada mais é do que uma mistura de salitre (nitrato de potássio), enxofre e carvão, que foi um grande e importante desenvolvimento na história da humanidade. Outro propelente comum é o altamente explosivo perclorato de potássio (KClO₄), que é misturado com a pólvora. Na parte superior fica a 'bomba', com pequenos pacotinhos de sais de diferentes elementos. Quando os fabricantes desejam produzir fogos de artifício coloridos, misturam à pólvora compostos de certos elementos químicos apropriados, utilizam sais de diferentes metais na mistura explosiva (pólvora) para que, quando detonados, produzam cores diferentes. 

O perclorato de potássio é, em geral, mais seguro de usar que o clorato. O problema é a dificuldade de obtenção do sal no comércio. Na América do Norte, o único fabricante de percloratos prepara o perclorato de amônio, o oxidante dos foguetes propulsores do ônibus espacial.

O aspecto mais notável dos fogos de artifício são as cores e os clarões. A luz branca é produzida pela oxidação do magnésio ou do alumínio a alta temperatura e, os clarões ofuscantes nos concertos de bandas de rock são de misturas de Mg e KClO₄.
A luz amarela é a mais fácil de se obter, pois os sais de sódio (Na) na forma de clorita, NaAlF₆ emitem-na intensamente. Para conseguir o vermelho-carmim, colocam estrôncio (Sr). Quando querem o azul-esverdeado, utilizam cobre (Cu). Desejando o verde, empregam o bário (Ba), se a cor desejada for a violeta, usam o potássio (K) e para o vermelho podem utilizar o cálcio (Ca). Na hora em que a pólvora explode, a energia produzida excita os elétrons desses átomos, ou seja, os elétrons "saltam" de níveis de menor energia (mais próximos do núcleo) para níveis de maior energia (mais distantes). Quando retornam aos níveis de menor energia, liberam a energia que absorveram, na forma de luz colorida.