Para muitas pessoas ao redor do mundo, os primeiros momentos do novo ano serão repletos de sons e shows de luzes coloridas de fogos de artifício. De estrondos altos a longos assobios, vermelhos brilhantes a azuis pálidos, existem milhares de variações de fogos de artifício e todo um ramo da química que explora essas explosões divertidas.
Sou químico e presidente da Pyrotechnics Guild International, uma organização que promove o uso seguro de fogos de artifício e seu uso para celebrar feriados como o Ano Novo.

Existem centenas de fórmulas químicas — ou como gosto de pensar, receitas pirotécnicas — para fogos de artifício. Essas receitas ainda são baseadas em uma antiga mistura de produtos químicos que produz o estrondo por excelência, mas os fogos de artifício modernos usam todos os tipos de magia química para fazer os incríveis shows de hoje.

Tudo começa com pólvora negra

O primeiro ingrediente de qualquer fogo de artifício é o antigo pó preto explosivo. Foi descoberto por alquimistas chineses há mais de mil anos, e a receita permaneceu praticamente inalterada nos séculos desde então. Para fazer pó preto, tudo o que você precisa fazer é misturar 75% de nitrato de potássio, 15% de carvão e 10% de enxofre. Para fazer um fogo-de-artifício básico, basta colocar este pó em um recipiente, geralmente feito de papelão grosso ou papel.

A pólvora negra é usada para lançar o fogo de artifício no ar, bem como acender e impulsionar os efeitos – como a cor – em um padrão no céu. Então, como isso funciona?

Uma vez aceso com um fusível ou faísca, o enxofre derrete primeiro a 235 F (112,8 C). O enxofre flui sobre o nitrato de potássio e o carvão, que então queimam. Essa reação de combustão produz rapidamente uma grande quantidade de energia e gás – em outras palavras, uma explosão. Se houver um pequeno orifício para o gás escapar, a reação lança o fogo de artifício no ar. Em um espaço muito confinado, ele explode os componentes do fogo de artifício e incendeia tudo nas proximidades.

Além de alterar o quão confinado é o pó preto, alterar o tamanho dos grânulos de pó também pode alterar a rapidez com que ele queima. Pense em uma fogueira. Quando você adiciona um grande galho de árvore, as chamas queimam mais e mais devagar. Se você jogar um punhado de serragem na chama, ela queima quente e rápido. O pó preto funciona de maneira semelhante, e isso facilita o controle de quanto e com que rapidez a energia é liberada.

Diferentes produtos químicos para cores diferentes

Se você colocar pó de pó preto muito fino em um espaço confinado, ele explode em uma nuvem de calor, gás e ruído. Então, de onde vêm as cores e a luz brilhante?

Quando você aquece qualquer material, o que você está realmente fazendo é colocar energia nos elétrons dos átomos desse material. Se você excitar os elétrons o suficiente, quando eles voltam aos seus níveis normais de energia, eles liberam esse excesso de energia na forma de luz.

Existem vários elementos diferentes que, quando adicionados a um fogo de artifício e aquecidos, liberam diferentes comprimentos de onda de luz que aparecem como cores diferentes. O estrôncio torna o vermelho. O bário produz verde. O cobre queima azul, e assim por diante.

Fazer fogos de artifício que produzem blues tem sido um desafio para os químicos de fogos de artifício. Azuis profundos são muito escuros e não podem ser vistos contra o céu noturno. Mas se o azul for muito claro, parece branco. Portanto, o comprimento de onda do "azul perfeito" deve ser muito preciso. Isso é difícil de conseguir porque a luz azul tem um comprimento de onda mais curto – o que significa que a distância entre os picos e vales da onda de luz é muito próxima.

Certos elementos produzem cores diferentes, mas e os brilhos e flashes? Para fazer esses efeitos, vários metais podem ser adicionados às fórmulas pirotécnicas. Alumínio, magnésio e titânio produzem faíscas brancas. Ao adicionar ferro, você obtém faíscas de ouro. Misturar vários tipos de carvão pode produzir faíscas vermelhas e laranjas. Cada um desses elementos queima a uma velocidade diferente e de maneira diferente e, portanto, produz cores e intensidades de luz variadas.

Fazendo um apito ou um estrondo

A peça final de um bom fogo de artifício é um efeito sonoro emocionante.

Para adicionar efeitos sonoros aos fogos de artifício, você precisa de uma fórmula que produza uma grande quantidade de gás muito rapidamente. Se um fogo de artifício tiver uma pequena abertura para a saída do gás, produzirá um som de assobio. A velocidade do gás e o tamanho da abertura irão variar o tom e o som de um apito.

Fazer um boom é muito mais fácil. Basta colocar uma fórmula energética em um espaço confinado sem nenhum lugar para o gás ir. Quando inflamado, a pressão aumentará e o fogo de artifício explodirá, produzindo um estrondo ou estrondo repentino.

Enquanto você assiste aos fogos de artifício nesta véspera de Ano Novo ou lança alguns dos seus próprios no quintal, agora você saberá como eles funcionam. Os fogos de artifício são muito divertidos, mas as explosões e os produtos químicos em chamas são perigosos – mesmo que venham em embalagens coloridas. Se você pode lançar fogos de artifício legalmente em sua cidade, por favor, trate-os adequadamente.