Chimica: questione di mix!

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Le miscele pirotecniche funzionano quasi sempre secondo il principio di una reazione REDOX. In poche parole, una sostanza emette ossigeno, cioè viene ridotta, mentre un'altra sostanza assorbe ossigeno, cioè viene ossidata. Tuttavia, poiché una miscela pirotecnica è costituita raramente da due soli componenti, le reazioni che avvengono in essa sono piuttosto complicate.

Prendi come esempio la normale polvere nera, una miscela di 75% di nitrato di potassio, 15% di zolfo e 10% di carbone in polvere. Il nitrato di potassio (formula chimica: KN03) è una combinazione di potassio (K), azoto (N) e ossigeno (O). Come si può vedere dal 3 dietro la "O", 3/5 di essa "è costituita" da ossigeno e lo rilascia molto facilmente a sostanze ossidabili come zolfo, carbone di legna, ecc., se alla miscela finita viene data energia di partenza sotto forma di calore o attrito.

La maggior parte delle miscele può essere prodotta su questa base: sostanza che rilascia ossigeno + sostanza facilmente infiammabile (ossidabile). Tuttavia, bisogna prestare attenzione al cosiddetto equilibrio "chimico", ovvero una miscela non deve contenere più sostanza che rilascia ossigeno di quanto sia necessario per bruciare la sostanza combustibile, poiché un tale eccesso ostacolerebbe la reazione. Il rapporto corretto può essere calcolato utilizzando l'equazione di reazione, ma prima si deve impostare un'equazione di reazione completa prima di poter fare i propri calcoli con l'aiuto del peso molecolare (massa molare). Tuttavia un equilibrio perfetto non significa che una miscela funzionerà bene: a volte devi fare molti esperimenti prima di avere successo.

Ma ci sono più fattori che giocano un ruolo, come ad esempio la dimensione delle particelle. Poniamo che tu voglia fare della polvere nera e che polverizzi le materie prime in un mortaio e le mescoli; allora scoprirai che il prodotto finale brucia piuttosto lentamente. Se lo metti in un botto, non ci sarebbe nessun botto ma forse un "soffio", ma niente di più. La polvere, che può essere prodotta con l'ausilio di un mortaio, a prima vista può sembrare molto fine, ma questa "finezza" non è sufficiente per garantire una reazione rapida. Più una polvere è fine, maggiore è la sua superficie e meglio può reagire. Un chilo di legno a forma di cubo non brucerà se appoggi contro di esso un fiammifero acceso, ma un chilo di lana di legno sì! Tuttavia, dovresti sapere quale reazione vuoi ottenere: creare una candela magica con polvere di ferro non ha senso, brucerebbe in due secondi con una luce intensa, ma con polvere di ferro grossolana brucia con calma e brilla. Per una polvere flash che dovrebbe bruciare in un colpo, utilizzerai sempre componenti polverosi.

Anche la procedura di miscelazione è un fattore importante in una buona miscela, ma è anche un aspetto importante per la sicurezza, perché qualsiasi tipo di energia che viene aggiunta a una miscela può farla reagire. Ci sono miscele così insensibili che puoi colpirle con un martello e hai bisogno di una scintilla per accenderle. Altre miscele, invece, esplodono con un contatto più leggero.

I colori

nico_europe_chemie_farben_in_reagenzgläschenLa cosa bella dei fuochi d'artificio sono sempre i diversi colori: blu, rosso, verde, viola, giallo ecc. Ciò che sembra così bello a volte è molto difficile da ottenere. Una fiamma può essere colorata dai sali di metalli quali: sodio (giallo), bario (verde), stronzio (rosso), potassio (viola), rame (blu). I metalli citati non sono gli unici che possono causare la colorazione della fiamma, ma sono i più comuni. E come sempre quando si tratta di colore, devi sapere cosa vuoi ottenere.

Se prendi una miscela di zolfo, nitrato di potassio, nitrato di stronzio e nitrato di sodio, brucerà sempre di giallo, poiché il sodio produce un giallo molto intenso e quindi copre completamente il rosso dello stronzio e il viola del potassio. Se aggiungi magnesio a una miscela di nitrato di stronzio e zolfo, questa miscela apparirà molto meno rossa, poiché il magnesio emette una luce bianca molto brillante e quindi il rosso svanisce parzialmente.

Tutti i colori, tranne il blu, possono essere creati molto facilmente. Usa semplicemente il nitrato del metallo corrispondente. Tuttavia, l'uso del nitrato di rame non crea un colore blu nelle miscele pirotecniche. Per creare il blu, devi usare diversi sali di rame nella stessa miscela e aggiungere quantità precise di composti organici di cloro. Il colore blu si verifica solo se durante il processo di combustione è presente cloro oltre al rame. C'è un sottile equilibrio in queste miscele che non può essere calcolato. Può essere ottenuto solo attraverso la sperimentazione!

Sostanze chimiche

ALLUMINIO Al - carburante
Usato per scintille bianche o argentate o in masse di botti e fulmini.

NITRATO DI AMMONIO NH4NO3 - agente ossidante
Molto igroscopico. Raramente utilizzato nella pirotecnica.

BARIO NITRATO Ba(NO3)2 - agente ossidante, agente colorante
Tossico. Generatore di colore verde.

ACIDO BORICO - inibitore di corrosione
L'acido borico è finemente polverizzato e utilizzato in piccole quantità in miscele di nitrati con polveri metalliche per prevenire la corrosione e reazioni premature.

CARBONATO DI CALCIO CaCO3 - colorante
Colorante rosso arancio.

SOLFATO DI CALCIO CaSO4 - colorante
Oltre che nei set di clorato per effetti lampeggianti rosso-arancio e stelle luminose.

DESTRINA - agente legante
Giallognolo, polvere fine. Per stelle e stelle filanti.

FERRO Fe - carburante
Polvere o limatura da fine a grossolana (compresi trucioli d'acciaio) per scintille dorate in fontane e stelle filanti.

CARBONE C - carburante
Usato come ingrediente principale nella polvere nera. La qualità e l'origine del carbone sono fondamentali per la qualità della polvere nera. Per la polvere nera è necessario del carbone molto finemente polverizzato e un po' più grossolano per le scintille lunghe.

POTASSIO CLORATO KClO3 - Forte agente ossidante
Il clorato di potassio è un agente ossidante molto potente. Le miscele di clorato di potassio e sostanze infiammabili sono molto sensibili al tatto. Il clorato di potassio non deve mai essere miscelato con zolfo, solfati, solfuri, polveri metalliche o anche fosforo rosso. Tali miscele di solito esplodono al contatto.

POTASSIO NITRATO KNO3 - agente ossidante
Componente principale della polvere nera e un agente ossidante comunemente usato nella pirotecnica.

CARBONATO DI RAME BASIC CuCO3 * Cu(OH)2 - Colorante - Tossico
Polvere verdastra. Generatore di colore blu.

CLORURO DI RAME CuCl, CuCl2 - colorante - tossico
Igroscopico. Polvere verdastra. Generatore di colore blu.

OSSIDO DI RAME CuO, Cu2O - colorante - meno tossico
Polvere nera o rossa. Generatore di colore blu.

NERO DI CARBONIO - carburante
A volte usato per creare lunghe scintille arancioni luminose.

OLIO DI SEMI DI LINO o VERNICE - legante, inibitore di corrosione
In poche miscele, olio di lino o vernice viene utilizzato come legante essiccante all'aria. Tuttavia, è più comunemente usato per rivestire la polvere di metallo per proteggerla dall'ossidazione prematura.

CARBONATO DI LITIO Li2CO3 - generatore di colore
Polvere bianca. Generatore di colore rosso.

MAGNESIO Mg - carburante
Crea una fiamma bianca abbagliante che può danneggiare la retina! Quindi non guardare nelle fiamme!

SODIO IDROGENO CARBONATO (NATRON) NaHCO3 - colorante
Colorante giallo.

NITRATO DI SODIO NaNO3 - agente ossidante - agente colorante
Simile al nitrato di potassio, ma molto igroscopico. Utilizzato insieme al perclorato di potassio nei set di fischietti.

FOSFORO rosso / bianco - carburante - tossico
Il fosforo rosso è usato raramente nella pirotecnica, quasi esclusivamente nelle miscele per le teste di alesatura, e anche in questo caso solo raramente. Le miscele pirotecniche con fosforo sono instabili e se bruciano c'è il rischio che si formi fosforo bianco. Il fosforo bianco è ALTAMENTE TOSSICO e può infiammarsi da solo anche a temperature ambiente elevate; viene quindi conservato sott'acqua.

CLORURO DI POLIVINILE (PVC) - miglioratore del colore
Donatore di cloro. Ingrediente essenziale nelle miscele blu.

ZOLFO S - carburante
Polvere fine gialla. Utilizzare solo polvere di zolfo lavata, poiché la cosiddetta fioritura di zolfo ha alti livelli di acido solforico. Un componente importante della polvere nera.

GOMMALACCA - carburante, legante
Resina arancione, che si ottiene dal pidocchio della gommalacca.

NITRATO DI STRONZIO Sr(NO3)2 - agente ossidante - agente colorante
Igroscopico, simile al nitrato di potassio. Generatore di colore rosso.

ARGILLA
Gli ugelli nei razzi e nelle fontane sono quasi sempre fatti di argilla.

VASELINA - inibitore di corrosione
A volte utilizzato per proteggere la polvere metallica dall'ossidazione.

ZINCO Zn - carburante
Prevalentemente polvere fine (polvere di zinco), utilizzata nelle miscele di fumo.

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Prodotti chimici pericolosi

Clorati

Generalmente non dovrebbero essere usati, poiché sono altamente reattivi e tendono a reagire in modo indesiderato con molte sostanze. C'è una ragione per cui i clorati non vengono più utilizzati nei fuochi d'artificio professionali!

In generale, non dovrebbero essere mescolati con:

• Componenti acidi:
(si scindono in eccesso di acido cloridrico ALTAMENTE REATTIVO, che porta all’accensione spontanea e all’esplosione)

• Solfati, solfuri e zolfo:
(Spesso contengono tracce di acido solforico, vedi sopra)

• Composti di ammonio:
(Insieme possono formare clorato di ammonio ALTAMENTE ESPLOSIVO)

• Sostanze organiche finemente polverizzate:
(Rischio di autoaccensione spontanea)

Nitrati

Non mescolare mai con polveri metalliche non flemmatizzate, specialmente rame (possibile decomposizione catalitica). Vale in particolare per il nitrato di ammonio!

Composti di cromo

Quasi tutti i composti del cromo, ad es. anche il bicromato di ammonio, sono classificati cancerogeni! Inoltre, l'a-bicromato reagisce molto violentemente con i solventi organici.

Composti di metalli pesanti

A volte utilizzato in vecchie miscele. Per esempio. acetoarsenato di rame (verde parigino) per fiamme blu. Oppure nitrato di piombo per fontane speciali (i vapori di metalli pesanti vengono prodotti quando vengono bruciati - TOSSICI!). Si applica anche agli azoturi di metalli pesanti (ad es. azoturo di piombo).

Mercurio ardente

È ALTAMENTE TOSSICO, estremamente sensibile e durante la produzione vengono prodotte grandi quantità di rifiuti tossici di mercurio.

Perossidi organici e inorganici

Quasi sempre velenoso e imprevedibilmente esplosivo!

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Bibliografia

Una parte significativa di questo articolo proviene dalle FAQ z-netz.alt.pyrotechnik
L'autore è il Sig. Solon Luigi Lutz.