A química presente nos fogos de artifício

Os fogos de artifício são bastante utilizados em ocasiões especiais, promovendo a fascinação dos que assistem devido ao espetáculo que eles causam. Presentes em nosso cotidiano a séculos sem uma origem muito definida, sendo geralmente creditada sua invenção aos chineses. Sua utilização ao longo do tempo passa desde armas de guerra e sinalizadores a puro entretenimento. Com o passar dos anos, foram adquirindo diversos tipos, formas e cores, passando a se enquadrar em diversas classificações e modelos, que vão desde inofensivos estalinhos de salão à explosivos foguetes. Apesar das diferenças, a maioria dos fogos têm como característica primordial as cores, que podem ser explicadas através da teoria da emissão atômica, possibilitando uma explicação científica a esse fenômeno encantador. É por meio do modelo atômico de proposto por Niels Bohr que se consegue explicar o porquê desse fenômeno ocorre.

Você já se perguntou como funcionam os fogos de artifício?

Um dos elementos essenciais do fogo de artifício é denominada de “concha”, geralmente um cartucho de papel (em geral, em forma de cilindro), contendo pólvora negra e pequenas esferas de materiais explosivos chamadas “estrelas”, como podemos ver na Figura 1.

Cada esfera ou “estrela” contém quatro componentes químicos: um material combustível, um agente oxidante, um composto metálico responsável pela cor e um aglutinante que permite que esses componentes fiquem unidos.

FIGURA 1. Esquema de uma “concha”

O propelente mais utilizado é a pólvora negra, uma mistura de nitrato de potássio (KNO3(s)), enxofre e carvão. Esse tipo de pólvora foi descoberto pelos chineses há mais de 2.200 anos e era usado para espantar maus espíritos através de seu barulho e brilho. Outro propelente comum e altamente explosivo é o perclorato de potássio (KClO4(s)), que é misturado com a pólvora. Por meio desses compostos químicos que uma parte desse fenômeno ocorre, afinal, faltam as cores, não é mesmo?!

O que ocorre durante a explosão é uma reação violenta (reação de combustão) que ocorre entre o agente oxidante e o combustível, liberando calor forte e espécies em fase gasosa. As ondas de choques que chegam aos nossos ouvidos - explosão, é consequência desses materiais em fase gasosa. Como a energia envolvida nesse processo da reação é alta, alguns sais que se fazem presentes junto a outros materiais mencionados, se excita e ocorre a liberação de fótons (luz); dependendo do tipo desse sal, se tem diferentes tipos de cores (emissões desses fótons em uma determinada frequência).

E as cores? O que faz elas aparecerem?

Lembra que falamos sobre o modelo proposto por Niels Bohr? Então, vamos pensar a partir dele para responder porque vemos os diferentes tipos de cores. Na Figura 2, podemos ver como ele pensou que seria o átomo.

Figura 2: Modelo atômico proposto por Niels Bohr

Mas como podemos explicar utilizando essa imagem?

Bem, utilizando as constatações de Bohr, ao tentar explicar um modelo favorável ao problema da atração entre cargas que não fora resolvido por Rutherford, supôs que envolta do núcleo deveria existir algo que “prendesse” os elétrons e assim evitaria que as cargas positivas do núcleo interagissem com os elétrons. Pensando nisso, Bohr, ao estudar sobre o espectro de linha do elemento Hidrogênio e utilizando a teoria de Planck, supôs que deveria existir múltiplos inteiros de energias para cada espaço que os elétrons ocupam.

A energia da radiação eletromagnética envolvida pode ser calculada através da equação de Planck:

Onde:

h = constante de Planck = 6,63 x 10-34 J. s;

c = velocidade da luz no vácuo = 3 x 108 m/s;

λ = comprimento de onda.

E também pode ser expressa em termos de frequência ( 𝛖 ):

A energia de um fóton depende apenas de sua frequência ,quanto maior a frequência, menor o comprimento de onda e maior a energia.

A luz visível compreende a faixa de comprimento de onda de 400 a 750 nm, figura 3; já a radiação infravermelha (IV), invisível, está compreendida entre 750 a 200.000 nm. A radiação ultravioleta (UV) está entre 10 e 400 nm.

Figura 3.Espectro eletromagnético

Fonte: http://charlesbiral.blogspot.com/

O modelo atômico de Bohr funciona muito bem para o átomo de hidrogênio, figura 4.

Figura 4. Três das possíveis transições dos elétrons entre os diferentes estados energéticos.

Para explicar o fenômeno dos fogos de artifício, é necessário entender que os elétrons se encontram em orbitais específicos e com energias fixas. Quando um elétron recebe uma quantidade de energia seja por aquecimento, energia elétrica ou impacto, ele faz a transição para um maior nível de energia dentro do átomo, um nível de energia preciso, quantizado e dizemos então, que o átomo ficou excitado (RUSSEL, 2009).Quando o átomo relaxa, o elétron retorna para o nível de menor energia, liberando na forma de luz essa energia anteriormente ganhada. As cores diferentes se dão pela presença de diferentes compostos químicos.

Veja algumas substâncias que determinam as cores dos fogos de artifício:

● Cuidados

Os fogos de artifícios são classificados como um produto perigoso classe 1. Esta classificação de fogos de artifício considerada para fins da Instrução Técnica é feita conforme incisos I e II do artigo 112º do Decreto n° 3.665 (R 105), combinados com o anexo “D”: da Portaria nº09 do Departamento Logística do Exército e alinhada com as recomendações dadas pelo Subcomitê de Técnicos em Transporte de Produtos Perigosos das Nações Unidas.

Classificação dos fogos de artifício

Decreto nº 3.665 de 20 de Novembro de 2000

Dá nova redação ao Regulamento para a Fiscalização de Produtos Controlados (R-105).

Art. 112. É proibida a fabricação de fogos de artifício e artifícios pirotécnicos contendo altos explosivos em suas composições ou substâncias tóxicas.

§ 1º Os fogos a que se referem este artigo são classificados em:

I - Classe A:

a) fogos de vista, sem estampido;

b) fogos de estampido que contenham até 20 (vinte) centigramas de pólvora, por peça; e

c) balões pirotécnicos.

II - Classe B:

a) fogos de estampido que contenham até 25 (vinte e cinco) centigramas de pólvora, por peça;

b) foguetes com ou sem flecha, de apito ou de lágrimas, sem bomba; e

c) "pots-à-feu", "morteirinhos de jardim", "serpentes voadoras" e outros equiparáveis.

III - Classe C:

a) fogos de estampido que contenham acima de 25 (vinte e cinco) centigramas de pólvora, por peça; e

b) foguetes, com ou sem flecha, cujas bombas contenham até 6 (seis) gramas de pólvora, por peça;

IV - Classe D:

a) fogos de estampido, com mais de 2,50 (dois vírgula cinqüenta) gramas de pólvora, por peça;

b) foguetes, com ou sem flecha, cujas bombas contenham mais de 6 (seis) gramas de pólvora;

c) baterias;

d) morteiros com tubos de ferro; e

e) demais fogos de artifício.

§ 2º Os fogos incluídos na Classe A podem ser vendidos a quaisquer pessoas, inclusive menores, e sua queima é livre, exceto nas portas, janelas, terraços, etc, dando para a via pública.

§ 3º Os fogos incluídos na Classe B podem ser vendidos a quaisquer pessoas, inclusive menores, sendo sua queima proibida nos seguintes lugares:

I - nas portas, janelas, terraços, etc, dando para a via pública e na própria via pública; e

II - nas proximidades dos hospitais, estabelecimentos de ensino e outros locais determinados pelas autoridades competentes.

§ 4º Os fogos incluídos nas Classes C e D não podem ser vendidos a menores de dezoito anos e sua queima depende de licença da autoridade competente, com hora e local previamente designados, nos seguintes casos:

I - festa pública, seja qual for o local; e

II - dentro do perímetro urbano, seja qual for o objetivo.

§ 5º Os fogos de artifício a que se refere este artigo somente poderão ser expostos à venda devidamente acondicionados e com rótulos explicativos de seu efeito e de seu manejo e, onde estejam discriminadas sua denominação usual, sua classificação e procedência.

As substâncias pirotécnicas de classe 1 estão divididas em quatro subclasses, cujos produtos são comercializados com os nomes genéricos:

➔ Bomba area, bomba de solo, candela, centelhador de tubo, centelhador de vara, Estalo de salão, foguete, fonte, giratório aéreo, giratório de solo, e tubo de lançamento.

Referências

Brown, T.E.; Lemay, H.E.; Bursten, B.E.; Murphy, C.; Woodward, E. P. Química – A Ciência Central, 13ª Edição, Pearson, Cap. 6, 2017 (ISBN: 13 9788543005652)

Claro, P. R. & Barrosa, M., A Química das Coisas, UA Editora, Universidade de Aveiro, 2014. ISBN: 978-972-789-363-8 (i-Book).

RUSSEL, M.S. The Chemistry of Fireworks. London: Royal Society of Chemistry, 2009.

SILVA JR, Nelmon J. FOGOS DE ARTIFÍCIO E A LEI PENAL.Decreto nº 3.665 de 20 de Novembro de 2000. Art. 112 do Decreto 3665/00. Disponivel em <https://www.jusbrasil.com.br/topicos/11264843/artigo-112-do-decreto-n-3665-de-20-de-novembro-de-2000 > Acesso em 22 de agosto de 2020.