I fuochi d'artificio, una tecnologia secolare, sono un simbolo iconico delle celebrazioni per il Giorno dell'Indipendenza, ma sono anche una meraviglia della scienza e dell'ingegneria moderne. Continua a leggere per scoprire la scienza dietro i fuochi d'artificio che vedrai stasera in tutto il paese.
1. La formula chimica dei fuochi d'artificio è stata inventata per caso. Nel corso del X secolo, i cinesi iniziarono a realizzare fuochi d'artificio con polvere da sparo (il primo esplosivo chimico noto era stato scoperto solo di recente). Ma gli studiosi credono che gli inventori abbiano colpito la formula chimica per polvere da sparo - zolfo, carbone e nitrato di potassio o salnitro - durante i tentativi di creare un elisir di immortalità. Nel corso del tempo, i cinesi hanno sviluppato una vasta gamma di fuochi d'artificio che hanno prodotto diversi tipi di effetti visivi e il pirotecnico è diventato una professione rispettata nella società cinese.
2. I fuochi d'artificio sono progettati per non esplodere. Controintuitivamente, i chimici progettano fuochi d'artificio per bruciare il più lentamente possibile, anziché esplodere rapidamente. Un'ustione più lenta significa che un fuoco d'artificio produrrà un effetto visivo per una durata più lunga che copre una maggiore area del cielo. Per raggiungere questo obiettivo, i prodotti chimici per combustibili e ossidanti utilizzati - in genere metalli come alluminio o magnesio per il combustibile e percolati, clorati o nitrati per ossidanti - hanno una grana relativamente grande, nell'intervallo da 250 a 300 micron, circa le dimensioni di un granello di sabbia. Inoltre, i chimici evitano di mescolare accuratamente il combustibile e l'ossidante, rendendo più difficile la loro combustione.
I pellet confezionati all'interno di fuochi d'artificio contengono sostanze chimiche che producono i colori vivaci che vediamo nel cielo. (Wikimedia Commons) 3. Colori diversi sono prodotti da diversi prodotti chimici . I colori brillanti visibili quando esplodono i fuochi d'artificio sono il risultato di stelle pirotecniche: pellet di sostanze chimiche che generano determinati colori o producono effetti di scintilla quando vengono bruciati. Quando viene accesa la carica di scoppio, il combustibile principale esplode per primo, trasferendo energia alle sostanze chimiche coloranti, che spinge gli elettroni di queste sostanze chimiche a muoversi in uno stato eccitato. Quindi, pochi istanti dopo, quando le sostanze chimiche coloranti si raffreddano e gli elettroni ritornano al loro stato di base, rilasciano l'energia extra come radiazione colorata quando volano nel cielo. Il colore specifico dipende dalla sostanza chimica: i composti con stronzio e litio bruciano un rosso intenso, mentre il calcio brucia l'arancia, il sodio brucia il giallo, il bario brucia il verde e il rame brucia il blu.
4. Le forme del fuoco d'artificio sono prodotte da un design intelligente . Per realizzare fuochi d'artificio di forma insolita, come anelli doppi, cuori o stelle, i tecnici imballano il carburante e le sostanze chimiche coloranti all'interno di un tubo in diverse formazioni. Un nucleo centrale di combustibile, circondato da un anello di pellet, produrrà un fuoco d'artificio circolare, mentre un doppio strato di pellet creerà un doppio anello nel cielo. Se i pellet vengono mescolati insieme all'interno con il carburante, le strisce di colore si spargeranno insieme da un punto centrale, come nel modello di "albero di salice". Per formazioni particolarmente difficili, come un cuore o una stella, le palline coloranti sono incollate su un pezzo di carta nella forma desiderata. Quando il carburante brucia, accende la carta, facendo volare i coloranti nello stesso schema.
5. I fuochi d'artificio inquinano. Nonostante tutto il divertimento degli spettacoli pirotecnici, hanno un aspetto negativo. In precedenza abbiamo scritto su come la pirotecnica può spaventare e persino uccidere le popolazioni di uccelli. Possono anche danneggiare la fauna selvatica in un modo più insidioso, introducendo metalli pesanti, composti di zolfo e percholato nei corpi idrici locali. I fuochi d'artificio vengono spesso lanciati su laghi e fiumi e questi sottoprodotti della combustione possono danneggiare gli ecosistemi acquatici nel tempo. Gli inquinanti presenti nell'aria possono anche colpire gli esseri umani, in particolare quelli che soffrono di asma.
