Artículos sobre ciencia y tecnología de Mauricio-José Schwarz publicados originalmente en El Correo y otros diarios del Grupo Vocento

enero 16, 2016

Fuegos artificiales

"Nocturno en negro y oro: cohete cayendo" de James McNeill Whistler.
(Imagen D.P. vía Wikimedia Commons)

Resulta asombroso ver una noche a miles, quizá millones de personas, observando asombradas la danza de colores, brillo y explosiones de los fuegos artificiales con los que las más distintas culturas humanas suelen celebrar hoy todo tipo de acontecimientos. Los rostros adquieren expresiones infantiles, sorprendidos por un dibujo en el cielo, por una explosión especialmente fuerte o por una lluvia de chispas de colores. Lo hemos sentido... los fuegos artificiales nos emocionan profundamente.

Sabemos que a pirotecnia nació en China entre el siglo VII y X de la Era Común gracias a la invención (probablemente por accidente) de la pólvora negra, una mezcla de carbón, azufre y nitrato de potasio y que al calentarse se quema muy rápidamente, produciendo una gran cantidad de gases. El carbón (que puede sustituirse por azúcar) es el combustible básico de la reacción, mientras que el nitrato de potasio sirve como oxidante (aporta oxígeno) que acelera la velocidad de quemado y el azufre favorece que la reacción de ambos sea estable, además de ser también combustible. Si tendemos una línea de pólvora en el suelo y la encendemos, vemos que se quema a gran velocidad. Si en lugar de ello la atrapamos en un espacio confinado, como un tubo de bambú, la súbita producción de gases provoca una explosión. En la recámara de un arma, claro, puede impulsar una bala.

En el siglo X ya se vendían fuegos artificiales de tubos de papel llenos de pólvora para celebraciones familiares. Apenas servían para producir explosiones o, con un extremo abierto, podían correr sin rumbo impulsados por los gases de la combustión. En el siglo XIII, esta forma de entretenimiento llegó hasta Italia, quizás por la ruta de la seda (hay quien le atribuye a Marco Polo el haberlos llevado a occidente) o quizas traída por la invasión mongola de Europa bajo el mando de Ogodei, el hijo de Gengis Khan.

En Italia, en especial en el renacimiento, los fuegos artificiales empezaron a parecerse a los que vemos hoy gracias a la invención del proyectil aéreo, un recipiente lleno de explosivos que se disparaba al aire con el impulso de la pólvora, como un cohete o un avión a reacción, y vuyo contenido detonaba al alcanzar cierta altura, dando un espectáculo mucho más atractivo. Modificando los compuestos explosivos, los “maestros del fuego” consiguieron efectos cada vez más variados: fuentes, ruedas, conos, velas romanas, bombas, candelas españolas, palmeras, crisantemos y muchos más.

Pero seguían trabajando con pólvora negra, primitiva y sencilla que, cuando mucho, se producía en distintos tamaños de grano para que su combustión fuera más lenta (granos grandes) o más rápida (granos finos) y cuyos colores eran el anaranjado, producto de las chispas de la pólvora negra, y el blanco de alguna raspadura de metal.

En la década de 1830, los maestros pirotécnicos empezaron a aplicar los conocimientos de la química y añadieron a sus trabajos artesanales nuevas sustancias. El clorato de potasio fue una innovación como oxidante mejor que el nitrato de potasio, que ardía más rápido y a una temperatura más alta. A esa temperatura, se podían añadir a la pólvora sales metálicas para producir chispas de distintos colores.

Cuando vemos las explosiones de fuegos artificiales estamos viendo la energía que emiten distintos metales al ser calentados por la pólvora en un fenómeno llamado “luminiscencia”. Estos metales se utilizan en forma de sales. Así como la sal de mesa es cloruro de sodio, que es un metal explosivo en su estado elemental, la pirotecnia utiliza carbonatos, cloruros, sulfatos, nitratos y otros compuestos para sus despliegues.

El color rojo se obtiene con sales de litio, mientras que si se añaden sales de estroncio tenemos un rojo más brillante. El anaranjado es resultado del añadido de sales de calcio, mientras que el amarillo se obtiene con sales de sodio, el verde con las de bario y el azul con las de cobre. Mezclando compuestos, además, se puede crear una paleta de colores mucho más amplia. Por ejemplo, al quemar al mismo tiempo sales de estroncio y de cobre obtenemos un color morado, igual que si mezcláramos pintura roja y azul.

Otros colores se obtienen mediante incandescencia, es decir, el brillo que emiten algunas sustancias al calentarse, como el color rojo del hierro a altas temperaturas. El dorado revela la presencia de hierro, mientras que al añadir copos de magnesio, titanio o aluminio se producen chispas de color blanco azulado o plateado. El magnesio y el aluminio se pueden añadir también a otros colores para hacerlos más brillantes.

Los maestros pirotécnicos pueden controlar a voluntad la altura a la que se producirán distintas explosiones, y el tiempo entre unas y otras que puede producir atractivos efectos. El misil o proyectil que lanza los fuegos al cielo (a diferencia de los que son proyectados como surtidores desde el suelo) tiene una sección de impulso y lleva, en la parte superior, una bomba con las “estrellas” o efectos que van a exhibirse en cada caso, y que suelen ser bolas comprimidas hechas de pólvora y las distintas sustancias que determinarán cómo estallará y con qué colores. Están hechos de un material explosivo más suelto y fino y cada uno de ellos puede estallar en distintos momentos, gracias a una o más mechas retardadas, calculadas para que hagan estallar los efectos a gran altura. Un proyectil puede incluso tener varios efectos distintos, empaquetados en compartimientos independientes y que se van disparando en secuencia.

El disparo de los fuegos artificiales puede hacerse a mano, pero hoy se suele utilizar un sistema de encendido eléctrico con un tablero desde el cual se van lanzando los distintos proyectiles para que los distintos efectos se sucedan con el ritmo dramático ideal según el diseñador del espectáculo. Un acontecimiento así, con cientos y miles de kilos de explosivos, apoyado en la química y en los más cuidadosos cálculos, mantiene de todas formas su esencia artística: si la estructura es correcta, si la ciencia se ha hecho bien, incluso si se acompaña con alguna música relevante, nos irá llevando de una emoción a otra aún más intensa a lo largo de su desarrollo... hasta entusiasmarnos al máximo en la traca final... Un fin de fiesta a años luz de los primeros petardos chinos hace más de mil años.

Pirotecnia en el arte

Son innumerables los cuadros que representan espectáculos pirotécnicos, el más famoso de los cuales es quizá el “Nocturno en negro y oro” del pintor estadounidense del siglo XIX James McNeill Whistler. En la música, destaca la “Música para los reales fuegos de artificio” compuesta por George Frideric Handel en 1749 para acompañar los solemnes fuegos artificiales que ordenó preparar y quemar el rey Jorge II para celebrar el final de la guerra de la sucesión austríaca.