Como funcionam os fogos de artifício?
O fogo de artifício é um dispositivo formado pela concha, pelo propelente e pela estrela. Ela é formada por sacos pequenos contendo um combustível, um agente oxidante, um aglutinante e um composto metálico.
Os combustíveis mais utilizados são o fósforo e o enxofre. A sua principal função é promover a explosão da estrela. Os agentes oxidantes mais utilizados são os nitratos e os percloratos. Essa substância é responsável por fornecer oxigênio durante a combustão. O composto metálico é responsável por conferir a cor e consistem em metais puros ou misturas. O aglutinante é utilizado para manter a integridade da mistura e geralmente é amido ou açúcar.
O propelente se localiza na parte inferior é responsável por levar os fogos ao céu. Ele consiste em pólvora negra, uma mistura de nitrato de potássio (KNO3), enxofre e carvão, apesar de o perclorato de potássio (KClO4) também ser utilizado.
A essa mistura é acrescentada água e, assim que está seca, é acrescida à concha. Os fogos possuem dois pavios, um de queima rápida para o propelente e outro de queima lenta para que a bomba exploda somente no céu.
O funcionamento é simples: ao acender o pavio de queima rápida, o propelente projeta o cartucho para o céu. Durante o percurso, o combustível reage com o oxigênio produzido pelo agente oxidante, gerando gases, luz e som.
Talvez o mais fascinante sejam as cores variadas que vemos no momento da explosão. Elas decorrem de um fenômeno a nível atômico: o movimento dos elétrons nos orbitais ou níveis de energia. Segundo a teoria de Rutherford-Bohr, um átomo é formado por um núcleo positivo com prótons e nêutrons cercado por órbitas circulares nas quais os elétrons giram. Cada nível comporta determinado nível de energia. É possível fazer uma analogia com faixas de trânsito e suas respectivas velocidades máximas. No estado natural, um elétron possui determinada energia e gira em determinado orbital. Se houver um aumento na sua energia, ela será absorvida por eles. Assim, haverá um deslocamento do elétron, pois ele estará com uma energia maior do que a suportada pelo orbital. Mas esse estado é instável, o que faz com que ele libere essa energia em forma de luz visível. O que acontece nos fogos é exatamente a excitação dos elétrons, promovendo dois saltos entre orbitais. O primeiro ocorre quando eles partem do seu nível para outro, absorvendo energia. O segundo é o salto de retorno ao nível original, liberando energia na forma de luz visível. Cada metal possui um comprimento de onda específico, e esse é a razão da grande variedade desses fogos. Para o prateado, muitas vezes é utilizado o fenômeno da incandescência, quando o metal é exposto a altas temperaturas e passa a emitir luz branca.
- Branco/prata: magnésio, alumínio, titânio metálicos
- Dourado: ferro metálico, carvão em pó
- Vermelho: carbonato de estrôncio (SrCO3), cloreto de estrôncio (SrCl2), nitrato de estrôncio (Sr(NO3)2), sulfato de estrôncio (SrSO4), nitrato de lítio (LiNO3)
- Laranja: carbonato de cálcio (CaCO), sulfato de cálcio (CaSO4)
Amarelo: carbonato de sódio (Na2CO3), cloreto de sódio (NaCl), oxalato de sódio (Na2C2O4)
Verde: carbonato de bário (BaCO3), clorato de bário (Ba(ClO3)2), cloreto de bário (BaCl2)
Azul: cloreto de cobre (CuCl), óxido de cobre I (Cu2O), óxido de cobre II (CuO), sulfato de cobre II pentahidratado (CuSO4 . 5 H2O)
Violeta: mistura de sais de estrôncio e cobre ou estrôncio e potássio
Os variados formatos de fogos, como em coração por exemplo, são definidos pela concha. O que faz diferença é a disposição das bombas, que, quando separadas por um papelão, são forçadas a estourarem para determinada direção.
Efeitos na saúde e no meio ambiente
Um dos principais danos para a saúde é maneira incorreta de manuseio dos fogos de artifício, causando queimaduras, amputações, traumas e mortes. Além disso, há o prejuízo para a audição. Segundo a Organização Mundial de Saúde, ruídos acima de 55 decibéis podem ocasionar perda auditiva. A intensidade do som produzido pelos foguetes pode chegar a até 150 decibéis. Nos animais, os efeitos são piores, já que o barulho excessivo pode desenvolver um estresse e desencadear fobias e comportamentos inesperados.
Na natureza, a queima de fogos contribui para o aquecimento global por causa do carbono negro (fuligem) produzido. Além disso, a liberação de metais como o estrôncio, potássio, cobre e bário causam a poluição atmosféricas.
Fogos silenciosos
Os fogos de artifício tradicionais possuem a bomba, parte que é responsável pela explosão dos elementos químicos e consequente brilho desses artefatos. A diferença para os silenciosos é simples: ao invés da bomba, há uma queima gradativa desses elementos. A principal desvantagem é a altura alcançada por eles - bem mais baixa do que os tradicionais. Mas a queima lenta garante um espectro de luz visível maior, gerando um efeito degrade. Eles não são isentos de barulho. Contudo, há uma redução de aproximadamente 33,33% de ruído em relação aos fogos com pólvora. Muitos municípios e cidades já possuem leis que permitem apenas artefatos pirotécnicos com ruído abaixo de 100 decibéis.
Segurança e manuseio
Esses artefatos, apesar de lindos, são extremamente perigosos. De acordo com a Secretaria de Saúde, entre 2008 e 2017 foram registradas 5.063 internações por causa desses explosivos.
A orientação para um manuseio seguro desses objetos é seguir à risca as informações fornecidas pelo fabricante e preferencialmente contratar um profissional na hora do acionamento. Na hora da compra, é sempre importante verificar se a embalagem está lacrada e possui todas as certificações estabelecidas pelo governo. Evitar bebidas alcoólicas e a presença de crianças na área do lançamento é fundamental. Isqueiros não devem ser usados. Para acender é recomendado palitos de fósforo longos e de boa qualidade. Foguetes que não estouraram jamais devem ser reutilizado. Manter materiais inflamáveis distante da área de lançamento.
Em casos com queimadura, lavar com água corrente e ligar para o Corpo de Bombeiros (193) e para o Serviço de Atendimento Móvel de Urgência (192).
O vídeo abaixo mostra uma simulação, utilizando um pedaço de carne, para mostrar o efeito da explosão nas mãos.
Essas informações NÃO substituem orientações dadas sobre o uso ou cuidados médicos.
Feliz ano novo pessoal!
Texto por Giovana Bagnara Luisi
Estudante de Química
Sugestão de leitura:
Referências:
https://escolakids.uol.com.br/ciencias/fogos-de-artificio.htm
https://zonaderisco.blogspot.com/2010/07/fogos-de-artificio.html
https://www.manualdaquimica.com/quimica-geral/modelo-atomico-rutherford-bohr.htm#:~:text=O%20modelo%20at%C3%B4mico%20de%20Rutherford,que%20o%20el%C3%A9tron%20pode%20assumir.&text=Niels%20Bohr%20relacionou%20os%20espectros,com%20a%20constitui%C3%A7%C3%A3o%20do%20%C3%A1tomo.
https://www.redescola.com.br/site/index.php?option=com_content&view=article&id=279:quimica-dos-fogos-de-artificio&catid=42:documentos
https://brasilescola.uol.com.br/quimica/quimica-presente-nos-fogos-artificio.htm
https://super.abril.com.br/tecnologia/fogos-de-artificio-estao-cada-vez-mais-silenciosos/
https://www.acritica.com/channels/manaus/news/fogos-de-artificio-especialistas-orientam-sobre-riscos-e-como-agir-em-acidentes
https://agenciabrasil.ebc.com.br/saude/noticia/2018-06/fogos-de-artificio-causam-5-mil-internacoes-em-10-anos-diz-estudo