fuegos artificiales
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FUEGOS ARTIFICIALES: ¿POR QUÉ SON DE COLORES?
FUEGOS ARTIFICIALES: ¿POR QUÉ SON DE COLORES?
Asignación del tutor Selección del tema mediante experimentos
Decisión final:
Fuegos artificiales
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◆ Reacciones Redox que cambian de colores◆ Reacciones de neutralización ácido-base◆ Fuegos de colores por la combustión de metales
INTRODUCCIÓN
ESTRUCTURA DEL TRABAJO Introducción
Parte teórica
Parte práctica
Conclusión
◆ Historia de los fuegos artificiales
◆ Actualidad de los fuegos artificiales
◆ Ensayos a la llama
◆ Sales con etanol
◆ Creación de un piromusical
OBJETIVOS Descubrir nuevos aspectos sobre el mundo de la
pirotecnia
Conocer el motivo por el cual son de colores
Aprender el funcionamiento de un fuego artificial
Diferenciar entre pirotecnia y fuegos artificiales
Averiguar el lugar que ocupa España a nivel mundial
Conocer el coste de un espectáculo pirotécnico
Saber cómo se hace un piromusical mediante un
ordenador
HISTORIA DE LOS FUEGOS
ARTIFICIALES
ORIGEN Está vinculado a la pólvora, que proviene de
China.
La pólvora negra se utilizo por primera vez el
año
904 dC.
Al principio, la utilización de la pirotecnia
estaba limitada a ceremonias religiosas.
La pirotecnia se divide en dos partes, la
militar i la civil.
Los chinos usaban cañas de bambú
llenas de pólvora negra para producir
petardos.
Después, sustituyeron las cañas por
tubos de papel.
Más tarde, alrededor de 1200 dC,
nacieron los primeros coetes.
EXPANSIÓN HACIA EUROPA Hay diferentes interpretaciones sobre quiénes fueron los responsables de la
expansión hacia Europa:
En Europa, se uso la pólvora con finalidades militares. Posteriormente, se crearon los cañones pirotécnicos. En el renacimiento, emergieron dos escuelas de
investigación pirotécnica. Una en Italia y la otra en Alemania. En el siglo XIX, gracias al francés Chertier, se inició la etapa moderna de la
pirotecnia, porque añadió el KCl y el Sr(NO3)2 en la composición. Los estudiosos publicaron ,en el Boletín de la Sociedad Química de
París, las combinaciones para producir fuegos artificiales. Fueron monocromos hasta el siglo XIX porque sólo se usaba el Na. La introducción del color rojo se debe a la extracción del Estroncio del SrCO3 por primera vez el 1807, por Davy.
◆ los mongoles◆ los árabes◆ Marco Polo◆ Cruzadas medievales
El tipo de pólvora más común es la compuesta por un 75% de nitrato de potassio, 15% de carbono y 10% de azufre.
Una frase que podría resumir qué es la pirotecnia sería: “La pirotecnia es arte y fuego, peligro y creación, juego de luces que
rompe la oscuridad y engalana las celebraciones de carácter religioso o civil de nuestro país.”– Periodista Línea Capital.
ACTUALIDAD DE LOS FUEGOS
ARTIFICIALES
Los fuegos artificiales son una clase de artefactos explosivos pirotécnicos, utilizados con fines:
Estéticos De entretenimiento Religiosos
Son unos cohetes coloreados, elevados mediante cañones, que se disparan con motivos festivos en las ciudades o pueblos generalmente por la noche.
Cuando los fuegos de artificio tienen finalidad artística y se organizan en dos o más alturas, se habla de un castillo de fuegos artificiales, castillo de fuegos o, simplemente, castillo.
Es muy común hacer concursos.
DESCRIPCIÓN
La composición básica de un fuego artificial consta de 6 partes principales:
COMPOSICIÓN
COMBUSTIBLEAGENTE
OXIDANTE El carbón vegetal es el combustible
más empleado en los fuegos artificiales y conocido como pólvora.
Son elementos orgánicos, como carbón o termita, que hacen que ocurra la reacción REDOX. Por ejemplo:
◆ El combustible (C) libera electrones (reduciendo así el oxidante).
C → C4+ + 4 electrons
◆ El agente oxidante (O2 ) se reduce cuando captura electrones.
O2 + 4 electrons → 2 O2-
Durante este proceso, se forma un producto relativamente estable.
Sin embargo, sólo una pequeña cantidad de energía se requiere para iniciar la combustión y el resultado es una liberación masiva de energía.
C(grafito) + O2 → CO2
Función: es producir el oxígeno necesario para poder quemar la mezcla que hay dentro de la carcasa. Estos oxidantes pueden ser:
◆ Nitratos: sólo dan una tercera parte de su oxígeno:
◆ Cloratos: en cambio, éstos se reducen completamente. Sin embargo, esta reacción puede llegar a ser extremadamente explosiva.
◆ Percloratos: contienen más oxígeno pero es menos probable que estallen debido al incremento de estabilidad.
XNO3 → XNO2 + 1/2 O2
2XClO3 → 2XCl + 3O2
XClO4 → XCl + 2O2
AGENTES REDUCTORES
La tercera parte de un fuego artificial es el agente reductor.
Quema el oxígeno de los agentes oxidantes para producir gases calientes.
Los más comunes son: el azufre y el carbón vegetal. Estos reaccionan con el oxígeno para formar, respectivamente:
◆ Dióxido de azufre
◆ Dióxido de carbono
Mezclando los dos agentes reductores, es posible controlar la velocidad de reacción.
S + O2 → SO2
C + O2 → CO2
AGENTES COLORANTES
Para producir diferentes colores a los fuegos artificiales, se utilizan diferentes compuestos químicos.
Por lo tanto, para producir un fuego de un cierto color, se tiene que rellenar la carcasa con el elemento químico correspondiente o un compuesto de éste. Unos cuántos ejemplos:
REGULADORES Se pueden añadir algunos metales
para regular la velocidad de la reacción.
Cuanto mayor sea el área superficial del metal, más rápida será la reacción.
Por ejemplo, la combustión de la madera. Cuanto más desmenuzada esté, más rápido reaccionará.
Teoría de colisión: puesto que el estado de división de los reactivos influye a la velocidad de reacción.
+ Divisió
n
+ Superfici
e
+ Velocida
d
AGLUTINADORES
Los aglutinadores son esenciales para mantener unida la mezcla del fuego artificial.
El aglutinador más común es conocido como dextrina.
En realidad, los aglutinadores no empiezan a trabajar hasta que el fuego artificial no ha sido lanzado.
Son muy inestables para almacenarlos con el fuego artificial. Por lo tanto, son potencialmente peligrosos.
El caparazón contiene la pólvora, pequeñas piezas de metal, las estrellas que producen el color y el aglutinador que mantiene todo unido.
El funcionamiento básico de un fuego artificial es la combustión de una mecha que, cuando llega al caparazón, explota originando una figura al cielo.
Para que llegue al cielo hacen falta unos tubos propulsores llamados morteros.
Estos trozos de metal se oxidan, se calientan y comienzan a destellar.
Cuando la mecha alcanza la pólvora del caparazón, estallan los metales oxidantes hacia fuera creando los fuegos artificiales.
FUNCIONAMIENTO
El color del fuego artificial está deter- minado por los productos químicos mezclados con el metal.
Otros metales u otras combinaciones de metales pueden producir otros colores.
Azul cobreVerde barioRojo estroncio
ESTRELLAS CAPARAZ
ÓN
MECHA
CARGA ASCENDENTE
PÓLVORA La pólvora es una mezcla compuesta de:
◆ 75% de nitrato de potasio (KNO3)
◆ 15% de carbón
◆ 10% de azufre
Este combustible proporciona el empujón de la mayoría de los fuegos artificiales, y está rigurosamente ajustado a la carcasa.
Los tres átomos de oxígeno del KNO3, proporcionan el aire que permite que se produzca la combustión de los otros dos ingredientes, el carbono y el azufre.
LANZAMIENTO Dentro del mortero o tubo de lanzamiento, está situado el caparazón.
Cuando la mecha eléctrica es activada des de un ordenador, hace que la carga ascendiente se queme.
El lanzamiento se produce una vez la mecha entra al núcleo. El efecto de acción-reacción, es decir, propulsión, explica el lanzamiento.
EXPLOSIÓN EN EL CIELO El núcleo se llena rápidamente de
llamas. Cuando se ha quemado la parte más superficial del núcleo, se quema la pólvora.
Los gases calientes en expansión (producidos por la combustión de la pólvora) se escapan del cohete a través de la boquilla.
Este boquilla está construida de arcilla y puede soportar el calor intenso de las llamas que pasan a través suyo.
Sin embargo, la presión de los gases hace explotar la carcasa.
De este modo, se queman las estrellas que darán los colores llamativos en el cielo.
SEGÚN LA TEORIA DE BOHR:1. Los electrones se mueven alrededor del núcleo en ciertas capas, denominadas
niveles energéticos principales o niveles cuánticos principales. Mientras que el electrón se mueva en un mismo nivel energético no absorbe ni emite energía; se encuentra en estado estacionario.
2. La energía total de un electrón no puede tener un valor cualquiera sino ciertos valores muy determinados y cuantizados. Estos valores de energía corresponden a cada nivel cuántico. A cada nivel se le asigna un número entero (n = 1,2,3...).
3. Cuando el electrón pasa de un nivel cuántico de más energía a otro de menos,
no emite gradualmente energía, sino que lo emite de una sola vez, de manera
discontinua y cuantizada. Su valor es igual a la diferencia de energía entre
los dos niveles energéticos.
Sin embargo, cuando un electrón absorbe energía, tanto por acción térmica como luminosa o cualquier otra, salta a un nivel de más contenido energético. Cómo es un estado inestable, se queda muy poco tiempo y vuelve a niveles energéticos inferiores. Esto, lo hace emitiendo energía radiante.
El paso de un electrón de un nivel de energía a otro se denomina transición electrónica. La energía emitida o absorbida en una transición electrónica de un átomo, es la energía del quantum correspondiente a la transición o fotón. Por lo tanto:
Efinal – Einicial = ΔE = ε = h · v
INTERPRETACIÓN DEL ESPECTRO VISIBLE DEL
HIDROGENO El hidrogeno es el elemento químico más simple. Un átomo de hidrógeno está formado por un protón y un electrón, que gira alrededor del protón. El electrón puede girar en diferentes órbitas y en cada una de ellas, tendrá una energía diferente.
La serie Balmer del espectro de emisión del hidrógeno (n = 2), está formada por cuatro rayas correspondientes a transiciones del electrón.
Sabiendo la energía que tiene un electrón a sus diferentes niveles, se puede calcular la energía del fotón que se emite en cada transición.
La energía de cada fotón se relaciona con la longitud de ola y esta corresponde a un color determinado, cuando la luz emitida es luz visible:
El espectro de emisión visible del hidrogeno es el siguiente:
COLOR SEGÚN EL ELEMENTOLos colores de los fuegos artificiales son generados por 2 mecanismos
diferentes: INCANDESCENCIA
La incandescencia es la luz producida por calor. El aumento de temperatura calienta un material hasta hacerlo brillar.Este material, empieza emitiendo al infrarrojo, después rojo, naranja, amarillo y, finalmente, luz blanca a medida que se va volviendo más caliente.Cuando la temperatura de un fuego artificial se controla, se puede manipular la brillantez de los componentes y el color. Metales como el aluminio, el magnesio o el titanio, queman emitiendo mucha brillantez y son utilizados para incrementar la temperatura de un fuego artificial.
LUMINISCENCIALa luminiscencia es la luz producida mediante fuentes de energía diferentes del calor.Se consigue con el paso de un electrón de su estado fundamental a un estado excitado.Este estado corresponde a la energía de su estado fundamental más la energía absorbida del exterior. Por lo tanto, es más inestable y tiene más energía. Este átomo inestable volverá a su estado fundamental de energía, emitiendo la energía sobrante en forma de fotón (luz). Dependiente de la energía del fotón emitido (dependiente de la frecuencia de la onda emitida), se emitirá una luz de un color o de otro.
En este espectro electromagnético se puede ver la relación entre la frecuencia de una onda de la zona del visible y su color. También se puede ver el paso de las ondas infrarrojas.
De este modo, la adición de diferentes sales a la mezcla de deflagración, dará al fuego artificial un color u otro. Sales de diferentes metales queman emitiendo luz a diferente longitud de onda, es decir, queman dando luz de diferente color. Por otro lado, la adición de polvo de algunos metales como el hierro o el aluminio, crea el efecto de chispas brillantes a la combustión.
Los colores que vemos explotando al cielo, son producidos por los elementos con el espectro visible de emisión característico descrito a la tabla:
TIPOS DE EFECTOS Dentro de los fuegos artificiales se pueden distinguir diferentes
efectos, dependiendo de la forma del cañón u otras variedades:
PEONIA CRISANTEMO◆ Rotura esférica de estrellas◆ Sin efecto de cola◆ Es el tipo más frecuente
◆ Rotura esférica de estrellas◆ Con efecto de cola◆ Hay variantes con uno, dos o tres pistilos en el interior de los pétalos.
PALMERA KAMURO◆ Carcasa que contiene estrellas relativamente grandes◆ producen un efecto de una palmera
◆ Explosión densa de estrellas de oro◆ Dejan un rastro intenso y descienden lentamente◆ Existen unos de plata pero son más rápidos
COMETA ANILLOS◆ Tipo de fuego artificial con una cabeza muy grande◆ tienen una cola muy larga
◆ Carcasa que contiene estrellas con arreglos especiales para crear una forma de anillo◆ Las variantes incluyen caras sonrientes, corazones y tréboles◆ Normalmente, se suelen tirar unos cinco o más, puesto que quizás que el efecto no se vea bien desde todas las direcciones
A pesar de que estos son los efectos principales, pueden haber variantes con más pistilos de colores o diferentes formas.
FUNCIONAMIENTO DE UNA FÁBRICA PIROTÉCNICA
Cada caseta tiene una función diferente.La distribución básica de
la fábrica se divide en tres partes principales:
LA SECCIÓN DE CREACIÓN DE PÓLVORA
LA SECCIÓN DEL COLOR
LA ZONA DE MONTAJE
COSTEEl precio de un fuego artificial es variado, puesto que se tiene que hacer una distinción entre:
Si se trata de un espectáculo doméstico, para un grupo reducido de personas, existen una gran cantidad de páginas web donde los puedes aconseguir por alrededor de unos 30€ cada uno de ellos.
En cambio, el coste de un castillo de fuego para una gran ciudad, como Barcelona o Madrid, puede llegar a ser muy elevado. Un precio razonable para un castillo bastante aconseguido de 17 minutos sería de unos 30.000 € (números redondos). Además, si se trata de piromusicals u otros efectos el precio se puede incrementar mucho más.
Además, si se trata de piromusicales u otros efectos el precio se puede incrementar mucho más.
EVOLUCIÓN: PIROMUSICALES Y EFECTOS MULTIMEDIA
El gran avance de la informática y de la electrónica han abierto puertas a esta actividad.
◆ Inflamadores eléctricos◆ Un ordenador que permite programar las órdenes de
fuego.
Estos grandes adelantos han hecho posible que podamos disfrutar de piromusicales. Las notas de una canción son acompañadas por la explosión de los fuegos artificiales.
Además, existen otros tipos de espectáculos que, en realidad, son piromusicales pero contienen un valor añadido; los efectos multimedia.
◆ En Barcelona por el día de la Mercè en la fuente de Montjuïc hay efectos multimedia.
Otro punto importante en laevolución de los fuegos artificiales, es la investigación de fuegos artificiales ecológicos.
PRÀCTIQUES
PRÀCTICA 1: Ensayos a la llamaOBJETIVOS:
Reconocer la presencia de determinados metales, por el color que aparece al exponer sus compuestos en la llama de un mechero.
Conocer de donde proceden los diferentes colores de los fuegos artificiales.
Producir fuegos de diferentes colores.
MATERIALES Y PRODUCTOS EMPLEADOS
9 botellas con pulverizador Mechero de Bunsen Erlenmeyer Vas de precipitado Embudo Papel de filtro Manta ignífuga
Diferentes compuestos:
- NaCl - H3BO3
- KCl - AsS - CaCl2 - HgS
- FeSO4 - SrCl2 - CuCl2 Etanol
RESULTADOS OBTENIDOS:
OBSERVACIONES
Hay sales que se diluyen mucho.
Los resultados obtenidos en este experimento no son buenos puesto que no se observa bien el color porque hay poca sal diluida, y se quema muy rápido.
Además, pueden quedar restos al mechero Bunsen, que hacen que salgan los colores anterior.
Hemos conseguido una variante de este experimento.
PRÀCTICA 2: Sales con etanolOBJETIVOS:
Reconocer la presencia de determinados metales, por el color que aparece al quemarlos con alcohol.
Producir fuegos de diferentes colores.
MATERIALES Y PRODUCTOS EMPLEADOS
6 recipientes resistentes al calor Cuchara Encendedor Manta ignífuga
Diferentes compuestos:
- NaCl - H3BO3
- KCl - CaCl2 - Sr(NO3)2 - CuCl2
Etanol
RESULTADOS OBTENIDOS:
PRÀCTICA 3: Creación de un piromusical
OBJETIVOS:
Realizar un piromusical de duración máxima 1 minuto.
REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA
1. Seleccionar un programa de Internet y descargarlo. En mi caso, “FWsim”.
2. Seleccionar una canción. En mi caso, Oh Fortuna de Carmina Burana.
3. Cortar la canción al momento justo, mediante un programa como el “Windows Movie Maker”.
4. Escoger un fondo y probar diferentes formas y colores.5. Ver tutoriales por YouTube.6. Seguir las instrucciones del tutorial y crear tu
piromusical.
OBSERVACIONES Es bastante complicado ya que soy novata en este
mundo. Sólo puedo conseguir un piromusical bastante simple
pero suficiente.RESULTADOS OBTENIDOS
CONCLUSIÓNLas conclusiones principales que he sacado son las siguientes:
La hipótesis del trabajo ha sido más que resuelta, tanto teórica como prácticamente.
He adquirido muchos conocimientos sobre el mundo de los fuegos de artificio.
Me ha sorprendido la cantidad de química que ha escondida detrás este mundo. Gracias al trabajo he podido entender conceptos químicos un poco complejos.
Me he dado cuenta que España es un país que exporta una gran cantidad de pirotecnia al extranjero.
Cómo ya sabía, los estadounidenses son los mayores consumidores de fuegos artificiales.
Los fuegos artificiales, petardos, y fuentes de colores son especialmente caros. Además de tener un precio elevado, son muy contaminantes. Habría que investigar nuevos fuegos artificiales más ecológicos por el medio ambiente.
Gracias a la tercera y última práctica que hice, he aprendido a hacer un piromusical mediante un programa informático.
Cómo he tenido que traducir muchas páginas, me ha ayudado a reforzar mi inglés.
Por todo esto, estoy muy satisfecha del trabajo que he realizado, puesto
que personalmente he aprendido a ser más constante y más responsable.
Me ha ayudado a sintetizar y resumir con más facilidad. La realización de
este trabajo no ha sido fácil pero ha valido la pena, y estoy contenta de
cómo ha quedado.
Para futuros interesados en el tema, se podría hacer una investigación
sobre los petardos y las fuentes de colores, que son más económicos y
fácilmente asequibles. Además, haría falta más información tanto en libros
como la Internet, en castellano o catalán.
GRACIAS POR SU ATENCIÓNTurno abierto de preguntas