T9. FIREWORKS - WONDERFUL CHEMISTRY IN THE SKY by Haidi Fiedler, INCT-Catalysis, UFSC, Brazil

C.Cell loved the New Year's Eve display and is determined to find out more about fireworks. C.Cell wants to know: How do you produce all those wonderful colors in the sky? And all that noise?

Dear C.Cell: First of all, fireworks should be respected and used safely. They are well known to be explosives, and they are equipped with a fuse to start combustion of the gunpowder. This initial combustion causes the rapid lift-off of fireworks or rockets, which at a certain height explode violently with a lot of noise and a multitude of colors. Gunpowder – formed by a mixture of potassium nitrate (popularly known as saltpeter), charcoal and sulfur – is the most common propellant. However, the most spectacular effects of sound and light are produced when gunpowder is mixed with potassium perchlorate and other inorganic salts. Metals such as aluminum and magnesium, which burn very brightly, help to raise the temperature.

You should know, my dear C.Cell, that the colors of fireworks are produced via two distinct phenomena: one is incandescence and the other luminescence.

Incandescence is the glow produced by heating substances. For example, when a metal is heated up it begins to emit INFRARED and then VISIBLE radiation, as it becomes RED hot and finally WHITE hot (the color depends on the temperature reached, but the photons released have a broad range of energies). Think about light bulbs: they mostly have a tungsten filament that becomes incandescent when electrically heated and begins to glow. Knowing this, it is very easy to make a connection with fireworks, where a variety of metals such as aluminum and magnesium are used, which burn to produce a glowing white light.

Luminescence (also called "cold light") is the name given to the EMISSION of energy produced non-thermally in the form of light (photons) with a color (energy) that is characteristic of each chemical element in the Periodic Table. Inside the atom, an electron is excited to a higher energy level: when the electron returns to a lower energy level, it releases all the energy absorbed by emitting light (luminescence) of a particular color.

In fireworks, metallic elements are added in the form of salts, because pure elements are sometimes very reactive. So, for example, some SODIUM salts (table salt is a typical example) emit YELLOW luminescent light (as the color of street lighting in many cities across the world). Carbonates of STRONTIUM and LITHIUM show a beautiful RED light, and BARIUM salts produce a marvelous GREEN color. Thus, there is a wonderful universe of color combinations. Our imagination is the only limit to the beauty of fireworks.

Brazilians have always been enchanted by the beauty of fireworks. Thus, it is not totally surprising the fact that Brazil is the second largest producer of fireworks, behind only the country of origin, China.

FUEGOS ARTIFICIALES, UNA QUÍMICA MARAVILLOSA EN EL CIELO
por Haidi Fiedler, INCT-Catálise, UFSC, Brasil
Traducción de Lucie De Lannoy, INCT-Catálise, UnB, Brasil

A C. Cell le encantaron las luces con las que se ha festejado la llegada del año nuevo y se decidió a saber más sobre Fuegos Artificiales o Juegos Pirotécnicos, como se les suele llamar también. C. Cell se pregunta: ¿Cómo se produce este espectáculo maravilloso de colores y todo ese ruido?

Querido C.Cell: En primer lugar, hay que tener mucho cuidado para que con los fuegos artificiales no ocurran accidentes. Son conocidos como Juegos Pirotécnicos, porque son explosivos; tienen una mecha que cuando se prende comienza la combustión de la pólvora. La combustión inicial provoca el rápido ascenso de los cohetes. Cuando llegan a una cierta altura explotan violentamente, haciendo mucho ruido y un montón de colores. La pólvora negra está formada por una mezcla de nitrato de potasio (conocido popularmente como salitre), carbono y azufre. Es la mezcla más común que se utiliza como propulsor en los fuegos artificiales. Sin embargo, los efectos más espectaculares de luz y ruido suceden cuando se mezcla a la pólvora con perclorato de potasio y con otras sales inorgánicas. Metales como el ALUMINIO y el MAGNESIO, los cuales se queman con una luz muy brillante, ayudan a elevar la temperatura.

Usted, mi querido C.Cell, debería saber que los colores de los Fuegos Artificiales se producen a partir de dos fenómenos: uno es la incandescencia y el otro la luminiscencia.

La incandescencia es esa luz "brillante" producida por el calentamiento de las substancias. Por ejemplo, a medida que se calienta un metal, pasa a EMITIR radiación INFRARROJA y eventualmente radiación VISIBLE, después se pone ROJO y al final BLANCO. El color depende de la temperatura alcanzada y los fotones (= luz) liberados tienen una amplia gama de energías. ¿Usted ya vio lámparas incandescentes? Ellas tienen un filamento de TUNGSTENIO que cuando se lo calienta eléctricamente se vuelve incandescente y pasa a producir luz. Sabiendo de esto queda más fácil hacer una relación con los Fuegos Artificiales que usan metales tales como: el ALUMÍNIO y el MAGNÉSIO, que cuando se queman producen un brillo muy intenso.

La luminiscencia (que es conocida también como luz fría) es el nombre que se da a la EMISIÓN de energía producida en forma de luz (FOTONES), con un color (ENERGIA) que es el característico de cada elemento químico de la Tabla Periódica. Así, dentro del átomo, un electrón es excitado hacia un nivel de mayor energía: cuando éste vuelve a un nivel de energía menor, libera toda la energía absorbida y emite luz (luminiscencia) de un color típico.

En los Fuegos Artificiales, los elementos metálicos son adicionados bajo forma de SALES, porque algunos elementos en su forma pura son demasiado reactivos. Así, por ejemplo, algunas sales de SODIO [una de ellas: la sal de cocina] emiten luminiscencia como luz AMARILLA (el color de la iluminación de las calles en muchas ciudades del mundo). Carbonatos de ESTRONCIO y de LITIO son las que forman la hermosa luz ROJA y sales de BARIO producen luz con un maravilloso tono de VERDE. Así, hay un universo increíble de combinaciones de colores. Apenas la imaginación es el límite para a belleza de los Fuegos Artificiales.

Los brasileños siempre se quedaron encantados con la belleza de los Fuegos Artificiales. Entonces no es totalmente sorprendente el hecho de que Brasil sea el segundo mayor productor de Fuegos Artificiales, y que pierda apenas para CHINA, el país en donde tuvieron su origen.

FOGOS DE ARTIFÍCIO - QUÍMICA MARAVILHOSA NO CÉU
por Haidi Fiedler, INCT-Catálise, UFSC, Brasil

C.Cell adorou as luzes na Virada do Ano Novo e está determinado a saber mais sobre os Fogos de Artifícios, também conhecidos como Foguetes Pirotécnicos. Ele se pergunta: Como vocês fazem para o céu ficar com todas essas cores? E todo esse barulho?

Caro C.Cell: Em primeiro lugar, os Fogos de Artifício devem ser respeitados e utilizados com segurança. Eles são conhecidos como Foguetes Pirotécnicos porque são explosivos e equipados com um pavio para dar início à combustão da pólvora. A combustão inicial provoca a rápida ascensão dos fogos ou foguetes. Quando atingem certa altura, explodem violentamente, com muito ruído e uma infinidade de cores. A pólvora negra – formada por uma mistura de nitrato de potássio (conhecido popularmente como salitre), carvão e enxofre – é a mistura impulsionadora mais comum. Entretanto, os efeitos mais espetaculares de som e luz acontecem quando a pólvora é misturada com perclorato de potássio e outros sais inorgânicos. Metais como alumínio e magnésio (os quais se queimam com luz muito brilhante) ajudam a elevar a temperatura.

Você deveria saber, meu caro C.Cell, que as cores dos Fogos de Artifícios são produzidas a partir de dois fenômenos: um deles é a incandescência e o outro a luminescência.

Incandescência é a luz "brilhante" produzida pelo aquecimento das substâncias. Por exemplo, quando um metal é aquecido, ele passa a emitir radiação infravermelha e eventualmente radiação visível, à medida que fica vermelho e quente e finalmente branco e quente, pois a cor depende da temperatura atingida (os fótons liberados possuem uma ampla faixa de energias). Você conhece as lâmpadas incandescentes? Elas possuem um filamento de tungstênio que, quando aquecido eletricamente, fica incandescente e passa a produzir luz. Sabendo isso, é muito fácil fazer uma relação com os Fogos de Artifícios onde são utilizados metais como alumínio e magnésio que, ao queimarem, produzem um brilho intenso.

Luminescência (conhecida como luz fria) é o nome dado à emissão de energia produzida em forma de luz (fótons), com uma cor (energia) que é característica de cada elemento químico da Tabela Periódica. Então, dentro do átomo, um elétron é excitado para um nível de maior energia: quando o mesmo retorna a um nível de energia menor, libera toda a energia absorvida, emitindo luz (luminescência) de uma cor típica.

Nos fogos de artifício, os elementos metálicos são adicionados na forma de sais, porque alguns elementos na forma pura são muito reativos. Assim, por exemplo, alguns sais de sódio [sal de cozinha entre eles] emitem luminescência como luz amarela (a cor da iluminação das ruas em muitas cidades do mundo). Carbonatos de estrôncio e lítio são aqueles que formam uma bela luz vermelha, e sais de bário produzem luz com uma maravilhosa cor verde. Portanto, existe um universo maravilhoso de combinações de cores. Apenas a imaginação é o limite para a beleza dos fogos de artifício.

Os brasileiros sempre foram encantados com a beleza dos Fogos de Artifício. Por isso, não é totalmente surpreendente o fato de que o Brasil é o segundo maior produtor de Fogos de Artifício, atrás apenas do país de sua origem, a China.