Fuegos artificiales: química y arte en el lienzo del cielo

De Madeira en Portugal a Sydney en Australia, del Año Nuevo chino al Cuatro de Julio en Estados Unidos, son muchos los lugares y momentos emblemáticos de todo el mundo que acogen cada Nochevieja a millones de turistas para contemplar lo que técnicamente se conoce como pirotecnia, expresión que tiene su origen en las palabras griegas "pur" (que significa fuego) y "tekné" (técnica).

El material base de los fuegos artificiales es la pólvora, un producto que, según la mayoría de los investigadores, fue descubierto accidentalmente por alquimistas chinos durante la dinastía Tang, en el siglo IX. El papel central que ha desempeñado en los medios y acciones militares a lo largo de los siglos, con su uso en municiones, cohetes, cañones y misiles, ha llevado a considerar la pólvora como uno de los inventos más importantes de todos los tiempos.

Aunque se tiene constancia de que la pólvora se utilizaba para los fuegos artificiales en tiempos primitivos, de forma rudimentaria, los coloridos y brillantes efectos que conocemos hoy sólo fueron posibles con el nacimiento de la química como ciencia. Su desarrollo está ligado a grandes nombres como Antoine de Lavoisier, considerado el padre de la química, responsable de revolucionar la producción de pólvora durante la Revolución Francesa. Sus estudios sobre las combustiones encendieron la mecha para que otros químicos se centraran en la búsqueda de elementos ricos en oxígeno capaces de producir explosiones más violentas y alcanzar temperaturas más elevadas.

Técnicamente, la pólvora puede definirse como un material energético cuya función es dar movimiento a un objeto. Su composición básica es una combinación de nitrato potásico (o salitre), azufre y carbón. El nitrato potásico, presente en alrededor del 75% de su composición, tiene la función más importante: como agente oxidante, proporciona el oxígeno necesario para que se inicie la combustión del carbón y el azufre. El carbón representa alrededor del 15% de la mezcla y es el principal material combustible, mientras que el azufre, que supone alrededor del 10%, actúa como catalizador de la combustión.

Para que se produzca el efecto deseado, hay un último elemento, que es la ignición mediante una chispa. Esto hará que el azufre se funda - en cuanto alcance su punto de fusión, que se produce a 112,8 ºC - y fluya sobre el nitrato potásico y el carbón, que entonces arderán. Esta reacción producirá rápidamente una gran cantidad de energía y gas, provocando finalmente una explosión. Y cuando hay un pequeño orificio para que salga el gas, la reacción lanza el fuego artificial por los aires.

Conchas y estrellas

Tal y como lo observamos hoy, los fuegos artificiales se fabrican a partir de una “concha”, un envoltorio con forma de tubo. Aquí se coloca la pólvora, junto con una serie de pequeños globos de material explosivo, llamados "estrellas". Cada una de estas "estrellas" contiene cuatro ingredientes químicos: un material combustible, un agente oxidante, un compuesto metálico responsable del color y un aglutinante que mantiene unidos estos componentes. Por último, se coloca el elemento de encendido.

Es en las "estrellas" donde se concentra toda la imaginación posible para crear los más variados efectos visuales. Estos efectos resultan no sólo de la composición de estos pequeños globos, sino también de la forma en que están dispuestos dentro de la concha, que determinará el recorrido y las formas en que los fuegos artificiales aparecerán en el cielo.

Un espectáculo de color

Aunque los principios son los mismos que utilizaban los coheteros tradicionales hace unos siglos, el desarrollo de la química y del conocimiento científico ha abierto un nuevo mundo de posibilidades, aumentando el brillo y la cantidad de colores disponibles para hacer los efectos cada vez más espectaculares.

Los colores de los fuegos artificiales se obtienen mediante un proceso denominado luminiscencia. Cuando se produce la explosión en el cielo, la energía liberada es absorbida por los átomos de los metales presentes en la composición de las "estrellas", lo que hace que sus electrones pasen del estado de reposo a niveles excitados. Vuelven a su estado fundamental cuando se libera energía en forma de radiación visible, es decir, luz coloreada.

Entonces será fácil ver que los colores emitidos son esencialmente el resultado de los metales utilizados, y aquí es donde entra de nuevo la magia de la química. El rojo suele obtenerse con sales de estroncio o litio; el naranja es característico de las sales de calcio, como el cloruro cálcico; el amarillo se consigue fácilmente con sales de sodio, siendo el cloruro sódico el más utilizado; y el verde se consigue con cloruro de bario. El azul, obtenido con cloruro de cobre, es el color más difícil de reproducir, debido a la inestabilidad de los compuestos de cobre, y también el más desafiante: si es demasiado oscuro, es difícil de ver en el cielo nocturno; si es demasiado claro, parecerá blanco.

Para que esta preparación artesanal en la que intervienen la química, el arte y un gran rigor tenga el efecto deseado, hay que garantizar la estabilidad de los compuestos, controlar estrictamente la temperatura de explosión y evitar la contaminación entre colores, lo que convierte a la pirotecnia en una ciencia química exigente. En particular, es esencial evitar la contaminación con sodio, ya que el intenso resplandor emitido por este elemento puede fácilmente "amarillear" todo el fuego artificial.

Mayor o menor brillo, destellos y variaciones en la intensidad de la luz son otros efectos pirotécnicos habituales, y también se utilizan otros metales para generar resultados diferentes: el aluminio, el magnesio y el titanio producen chispas blancas, y si se añade hierro, se obtienen chispas doradas.

Más ecológico y tecnológico

Como ocurre con muchas otras actividades, la industria pirotécnica - que genera unos 2.600 millones de euros al año en todo el mundo - ha ido desarrollando métodos menos contaminantes, como el lanzamiento con gas comprimido en lugar de pólvora, lo que evita la emisión de gases como el nitrógeno, el carbono y los óxidos de azufre. La química también ha encontrado otras soluciones, como los compuestos pirotécnicos ricos en nitrógeno, cuya liberación de energía no genera reacciones de oxidación del carbono, como ocurre en las mezclas tradicionales.

Las características de algunos de los productos que se utilizan también han obligado a prestar cada vez más atención al componente de seguridad. Además de la amplia regulación que se ha introducido a lo largo de los años, actualmente se utilizan métodos mucho más seguros para operar los fuegos artificiales, como sistemas informatizados de activación remota.