I fuochi d'artificio sono un tipo di esplosivo formato da polvere pirica e altri elementi chimici che all'atto dell'esplosione genera colorati effetti luminosi e sonori. Vengono accesi dal pirotecnico.
Sono di solito lanciati al buio da terra in aria. In particolare la pirotecnica è l'arte e lo studio della fabbricazione dei fuochi d'artificio a fini di divertimento e spettacolo. La storia della pirotecnica affonda le sue origini in epoca remota, nell'VIII secolo in Cina.
I fuochi pirotecnici sono generalmente impiegati per intrattenimento, eventi e feste, soprattutto per l'effetto visivo/sonoro che spesso viene amplificato dall'ambiente, come accade nello spazio antistante ad uno specchio d'acqua o nei pressi di monumenti, rovine, anfiteatri, piazze, vallate o particolari conformazioni naturali. Normalmente i fuochi artificiali producono quattro "effetti primari": luce rumore fumo materiale solido in combustione che cade lentamente (es.: striscioline, coriandoli, etc.).
Descrizione Il materiale pirotecnico è generalmente classificato come esplosivo e la sua produzione, trasporto e uso sono regolati dalla legge e soggetto a severe normative di sicurezza.
La composizione degli esplosivi dei fuochi artificiali varia a seconda dell'utilizzo:
esplosivi di lancio, costituiti essenzialmente da polvere nera per cariche di lancio e razzi, per inneschi, micce e spolette; esplosivi "fulminanti", destinati alla confezione di tutti i fuochi che producono scoppi violenti accompagnati o da lampi di luce; esplosivi di "spaccata", usati per i fuochi che, raggiunta una carica di lancio, debbono spaccarsi proiettando violentemente una rosa di colori.
La colorazione dei fuochi artificiali è ottenuta aggiungendo alla miscela combustibile un ossidante e un sale che, sublimando, colorano la fiamma del fuoco. Il rosso è ottenuto grazie ai composti dello stronzio, mentre il verde è prodotto dai composti del bario, il viola dalla combinazione dei cloruri di stronzio e di rame, il blu dal cloruro di rame."I fuochi d'artificio", di John A.Conkling, pubbl. su "Le Scienze (Scientific American)", num. 265, sett. 1990, pag. 68-75
I fuochi d'artificio sono detti "da terra", "aerei" o "d'acqua" a seconda di dove vengono usati.
Ai grandi fuochi pirotecnici aerei si affiancano i fuochi di piazza, aerei o da terra, di bassa potenza e con la postazione di lancio posizionata nel luogo da cui i fuochi vengono osservati, e altre composizioni minori, con piccoli giochi pirotecnici montati su strutture particolari o anche le "batterie d'onore", che sono legate a particolari manifestazioni del folclore, come, ad esempio, il ballo della pupa.
Struttura Il fuoco d'artificio è costituito da un involucro esterno di cartone molto spesso; a metà tra l'involucro e il nucleo dello stesso vi sono tante palline (dette "stelle" in gergo) di polvere nera ed altri composti chimici. Le stelle sono corpi solidi che bruciano con fiamma colorata e/o rilasciando una traccia luminosa. Al centro dell'involucro dell'artificio vi è una carica d'apertura, realizzata con polvere nera o analoga miscela esplodente. La deflagrazione di tale carica è provocata da una spoletta, ossia un elemento a lenta combustione che funge da temporizzatore, la quale si accende all'atto del lancio dell'artifizio. Questa deflagrazione provvede ad accendere le stelle ed a proiettarle in cielo, secondo geometrie dipendenti dal modo in cui le stelle sono state assemblate. Ad esempio quando il fuoco d'artificio è ad involucro sferico e le stelle aderiscono, lato interno, al guscio della sfera, in cielo si realizza un'apertura colorata perfettamente tonda.
Materiali costitutivi e composti chimici
Classificazione I materiali utilizzati per la confezione dei fuochi d'artificio sono classificabili in sei tipologie:
avvolgenti combustibili comburenti coloranti agglutinanti isolanti.
I principali materiali avvolgenti sono: la carta tedesca, la carta blu e la carta per i passa fuoco (questa terna è indicata genericamente come cartoni o cartocci), il cotone, lo spago, la pece.
I materiali combustibili sono delle sostanze che bruciando producono gas, luce e calore. I principali sono: lo zolfo, l'alluminio, il magnesio, l'antimonio, il manganese e il titanio.
I materiali comburenti sono sostanze che forniscono ossigeno nella combustione, e quindi atti ad alimentare questo rapido processo di ossidazione. L'accoppiamento del comburente con un combustibile produce, a seconda del dosaggio e della granulometria dei componenti la miscela:
una "combustione lenta", in cui gas e calore si disperdono mano a mano che si sviluppano; una "deflagrazione", in cui la combustione si sviluppa in regime esplosivo, con avanzamento subsonico della reazione in seno alla carica. La "detonazione" è un fenomeno che interessa materiali esplodenti, detti "detonanti", vietati in pirotecnica. La detonazione è un'esplosione caratterizzata da avanzamento supersonico della reazione in seno alla carica. Le detonazioni implicano fenomenologie meccaniche assai più distruttive delle deflagrazioni: i "detonanti" sono quindi utilizzati per spaccare, tagliare e forare, in cava (campo civile) o in guerra (ambito militare).
I principali materiali comburenti sono: i nitrati (sali dell'acido nitrico), i clorati, i perclorati.
I materiali coloranti delle fiamme sono in genere costituiti da dei vari sali quali: il carbonato di rame, il solfato di rame, il solfato di stronzio, il gesso, il carbonato di sodio, il carbonato di stronzio..., capaci di conferire colori vivaci alle fiamme ed eventualmente fungere pure da ossidanti (ad es. il nitrato di stronzio). Esistono poi additivi, quali ad esempio il PVC, che ad alte temperature liberano cloro; tale atomo si combina con il rame a formare compositi rame - cloro stabili ad alta temperatura, capaci di emettere luce visibile sulle frequenze del blu.
I materiali agglutinanti servono a far presa. Tra i più importanti si annoverano: la destrina, la gomma arabica e la creta. Si impiegano per formare corpi solidi come le "stelle" a combustione colorata.
I materiali isolanti servono per isolare le varie componenti del botto. I più comuni sono: il terreno setacciato e la segatura.
Dettagli
Nei fuochi d'artificio vengono adoperati diversi tipi di composti chimici, tipicamente per dare un ben determinato colore alle fiamme generate dalla combustione dei vari elementi. A tal proposito si rimanda alle nozioni di base e ai risultati della tecnica del saggio alla fiamma che insegna come riconoscere la presenza di taluni composti dal colore assunto dalla fiamma che li brucia.
I dettagli dei composti chimici e i materiali più utilizzati in pirotecnica sono riportati di seguito (in ordine alfabetico):
Acido gallico: è un acido di colore giallo-sporco, si accende facilmente in combinazione col clorato di potassio e per tale ragione entrava nella composizione dei "fischi", nella pirotecnica del passato; oggi i fischi si realizzano mediante benzoati oppure salicilati di sodio o di potassio. Acido picrico: è un acido fenolico che entrava nella composizione dei "fischi"; in Italia l'uso dell'acido picrico in pirotecnica, è vietato, in quanto è stato usato in passato come esplosivo di scoppio per proiettili d'artiglieria e bombe. Alluminio: è un metallo usato largamente nei fuochi artificiali e si trova in commercio ridotto in polvere o a scaglie; può essere scuro (alluminio scuro), nero o brillante e ha sostituito le sostanze non più impiegate (tipo limatura di rame o zinco, che danno problemi di autoaccensione in alcune miscele, quindi sono pericolose). L'alluminio è assai leggero, quasi impalpabile, specie quello brillante. È insolubile nell'acqua ma non nell'alcool o aceto. La polvere di alluminio è spesso usata per ravvivare i colori dei miscugli pirotecnici, e per aumentarne il volume di fuoco. Antimonio: è un semimetallo di colore bianco-grigiastro e che arde con fiamma cerulea, abbagliante, vivissima e quindi è usato per dare molto splendore alla fiammata dell'esplosione. Si adopera per il bianco ed in altre composizioni risplendenti, principalmente sotto forma di trisolfuro. Arenadoro: è una polvere pirica chiamata anche "verdazzurro" in gergo pirotecnico, dalla forma impalpabile color verde bandiera. Serve per colorare la fiamma in azzurro. Canfora: quando miscelata con salnitro e zolfo emana una fiamma bianchissima. Carbonato di rame: miscelato con nitrato di stronzio produce il violetto. La miscela, ancora umida, se esposta al sole è soggetta ad autocombustione; è necessario quindi tenerla all'ombra fino al totale essiccamento. Carbonato di sodio: serve a dare alla fiamma un colore giallo. Carbonato di stronzio: è un sale dello stronzio; si presenta in forma di una polvere bianca adatta per generare fiamme rosse, violetto e lilla. Carbone di vite e carbone di quercia: il primo è usato per la preparazione delle più importanti polveri piriche. Alcune composizioni pirotecniche prevedono l'unione del carbone di vite con quello di quercia, tipicamente usato in cucina, facilmente reperibile in commercio. Per fare del carbone di vite si prende una o più fascine di viti secche a cui si dà fuoco. Man mano che brucia e si riduce in carbone, si deve smorzare con dell'acqua, si fa asciugare bene e infine si polverizza passandolo nello staccio fino. Il carbone di legno duro produce scintille vive e durevoli, quello di legno leggero (es. di cerro) è un attivante della combustione. Cartoni o cartocci da fuoco: anticamente si usava prepararli a mano, secondo gli spessori desiderati, incollando parecchi fogli di carta l'uno sull'altro fino ad ottenere lo spessore desiderato. Oggi, invece, si trovano in commercio già pronti per l'uso e identificati con un numero che indica un determinato tipo di cartone in relazione al peso di un foglio. La carta tedesca o carta d'imballaggio è usata per i grossi avvolgimenti, in particolare, quelli esterni per le bombe finite. V'è poi la carta blu. Clorato di bario: Si presenta bianchiccio ed impalpabile e va maneggiato con precauzione, perché è un energico ossidante. Serve per colorazioni in verde. È chimicamente instabile e le miscele che lo contengono non possono essere immagazzinate e vanno usate subito (può dare problemi di accensione spontanea). Clorato di potassio: Questa sostanza è molto pericolosa se mescolata con zolfo, perché forma miscele esplosive estremamente sensibili agli urti meccanici e alle cariche elettrostatiche. Per questo la legge italiana vieta quasi tutte le miscele a base di clorati. Cloruro rameico: è un sale che viene utilizzato per la colorazione sul blu-verde. Colla di farina: serve per incollare i cartocci e i passafuochi. Si prepara immergendo un certo quantitativo di farina doppio zero in acqua molto calda e mescolando fino a formare una pasta semidensa. Tale colla è soggetta ad alterazione e per conservarla basta far disciogliere un poco di acido salicilico o del solfato di rame durante la preparazione. Cotone e filo di bambagia: entrambi servono per confezionare gli stoppini o per rivestire i botti. Creta: una volta stacciata, è usata per la composizione gialla o per dare consistenza. Destrina e gomma arabica: sono utilizzati come eccipienti nei fuochi di artificio colorati, cioè servono a dare consistenza alle varie paste per la confezione degli "stoppini", delle "stelle", ecc. consentendo a questi ultimi di solidificare con una particolare forma. Al contempo, esse rallentano la combustione del composto (ma non la destrina della gomma arabica). Gesso: utilizzato per indorare, quando miscelato nel violetto fornisce una tinta rosea. Gommalacca: molto usata nelle composizioni rosse. Magnesio: brillante o scuro nell'aspetto, è un metallo leggero che brucia emettendo luce bianca intensissima. Manganese: metallo di colore bruno grigiastro, è usato come miscela per i cannoli (elementi a combustione colorata e tracciante) Oggi viene sostituito dal titanio.