Che sia Capodanno o Ferragosto, durante le feste i giochi pirotecnici la fanno da padrone nei nostri cieli. Riescono ad affascinare grandi e bambini, che rimangono per lungo tempo con lo sguardo rivolto verso il cielo a riempirsi gli occhi di colori scintillanti. Ma come funzionano? Come fanno a esplodere? E, soprattutto, cosa hanno in comune i fuochi d’artificio e la chimica? Più di quello che pensiate!

Una storia antica

La polvere da sparo – alla base dell’esplosione dei fuochi d’artificio – fu inventata oltre mille anni fa in Cina. Scoperta agli inizi del IX secolo d.C., arrivò poi in Europa solo durante il Medioevo grazie alle prime esplorazioni.  Sembra però che i cinesi utilizzassero già prima dell’avvento di Cristo delle miscele di polveri con capacità esplosiva. Il loro impiego divenne più massiccio solo nel 1200, quando l’uso della polvere da sparo venne applicato alla guerra.

I soldati cinesi non solo utilizzavano frecce incendiarie ed esplosive, ma inventarono anche le prime rudimentali armi da fuoco. Durante la difesa dell’Impero cinese dall’invasione dei Mongoli, i cinesi utilizzarono contro i nemici dei veri e propri cannoni. Anche se persero la guerra, i Mongoli rubarono le tecniche belliche dell’Impero cinese ed esportarono la polvere da sparo nel Medio Oriente e in Europa.

Nel Vecchio Continente le armi da fuoco diventarono sempre più raffinate e gettarono le basi per la guerra di cavalleria dell’epoca moderna. Si ebbero cosi a disposizione delle armi che potevano infliggere pesanti danni al nemico a distanza. Questo rivoluzionò completamente lo svolgimento delle battaglie, che non dovevano più essere combattute faccia a faccia con le spade.

Il cambiamento della società

L’utilizzo delle armi da fuoco cambiò radicalmente non solo l’aspetto bellico, ma l’intera società. La ricerca scientifica, soprattutto al servizio della guerra, fece passi da gigante. La nobiltà aristocratica europea si trovò incapace di difendersi dalle armi da fuoco. I castelli e le fortezze, costruiti negli anni, non erano pronti a proteggere la classe aristocratica dagli spari dei cannoni. Il potere piano piano venne centralizzato verso le grandi capitali e le città che avevano più denaro a disposizione per tutelarsi.

Le armi da fuoco portarono anche a sorta di una nuova consapevolezza sociale. Per aumentare la fedeltà degli eserciti, negli anni i governi enfatizzarono molto il senso di unità e di patriottismo dei soldati. La conseguenza fu che il popolo, da sempre vessato a favore dei re e degli imperi, acquisiva sempre più centralità e importanza. Una crescita che portò nel tempo a una piena presa di coscienza del proprio potere e alla sempre più frequente esigenza di poterlo esercitare. La Rivoluzione francese del 1789 rappresentò l’apice di questa crescita, in conseguenza della quale trovarono applicazione le teorie politiche che costituiscono oggi la base della nostra cultura democratica.

Fuochi d’artificio e chimica

Il termine polvere da sparo, nella sua accezione più antica, fa riferimento alla polvere nera, che si distingue dalla polvere da sparo moderna per la capacità di non fare fumo nell’esplosione.

Immortalità, polvere da sparo ed esplosioni

La combustione crea le scintille luminose (Credits: Pexels da Pixabay)

La polvere nera trova le sue radici più profonde nell’alchimia. Le leggende narrano infatti che gli alchimisti cinesi fossero alla ricerca dell’elisir dell’immortalità, quando scoprirono invece la miscela esplosiva. Seguendo il concetto di serendipity, nella più totale casualità, gli alchimisti scoprirono la polvere da sparo invece della chiave dell’immortalità, ribaltando completamente lo scopo del loro studio.

La polvere nera chimicamente è una miscela di zolfo, carbone e nitrato di potassio. In determinate percentuali queste sostanze creano una polvere molto reattiva e in grado di favorire la combustione.

La combustione è una reazione chimica di tipo ossidativo. Cosa vuol dire? Il nitrato di potassio (KNO3) contiene l’ossigeno necessario per la reazione – il comburente – mentre lo zolfo e il carbone fungono da combustibile. A seguito di un innesco, come l’accensione di una miccia, si ha l’energia necessaria per dare il via alla reazione chimica. Nella fase di propagazione, zolfo e carbone vengono ossidati dall’ossigeno presente nel nitrato di potassio, ovvero cedono elettroni agli atomi di ossigeno. La reazione di combustione genera energia e calore.

La difficoltà iniziale di utilizzare la polvere nelle armi da fuoco era proprio quella di creare delle canne di fucile abbastanza resistenti da tollerare la forza dell’esplosione.

Come funzionano i fuochi d’artificio

Dobbiamo pensare al fuoco d’artificio come a una bomba costruita a strati, in cui al suo interno troviamo le diverse polveri. Il primo strato di polveri sarà quello che farà volare il fuoco d’artificio, gli strati più interni invece daranno il gioco di luci. La bomba viene inserita all’interno di un mortaio (un tubo di plastica o di metallo).

Come funzionano i fuochi d’artificio? (Credits: Free-photos su Pixabay)

Come detto nel paragrafo precedente, la combustione avviene grazie a un innesco, che fornisce l’energia sufficiente per far partire la reazione chimica. L’accensione avviene quindi tramite una miccia, che innesca la reazione, causa l’esplosione e l’espulsione della bomba. Una volta espulsa, si avrà poi l’esplosione del fuoco d’artificio vero e proprio.

Colori e tavola periodica

Fuochi d’artificio, chimica e tavola periodica (Credits: vubp da Pixabay)

Grazie alle magie della chimica, i fuochi d’artificio si presentano a noi luminosi e colorati. La luce come abbiamo visto proviene dalla reazione di combustione, mentre i colori sono dati da elementi chimici particolari.

Per questo ci viene in soccorso la tavola periodica degli elementi. Se siete amanti della chimica la sapete a memoria, e se avete sempre odiato questa materia a scuola finalmente potrete trovarne un’utilità! Oppure piangere disperati per la combustione di una ciambella, come Homer in questo video:

Gli elementi che fanno parte delle classi dei metalli, soprattutto dei primi gruppi della tavola periodica, sono quelli che, se scaldati, hanno la caratteristica di emettere radiazioni luminose colorate. Se a questi atomi viene fornita energia, come nel caso della combustione, i loro elettroni tendono a eccitarsi emettendo radiazioni con colori caratteristici dell’elemento.

Questo vuol dire che metalli come il magnesio, il bario, il ferro e il sodio – ma anche tanti altri – posso essere utilizzati sotto forma di sali per colorare i fuochi d’artificio. Il sodio è tipico del colore giallo, l’arancione è ottenuto grazie al ferro, il rosso grazie allo stronzio, il blu attraverso il rame e il bianco da magnesio o alluminio.

La polvere da sparo da strumento di morte a fonte di magia

Come abbiamo visto poco fa, la polvere da sparo nacque durante la ricerca dell’elisir di lunga vita e probabilmente gli alchimisti non si sarebbero mai aspettati l’uso atroce che ne avrebbero poi fatto i soldati in battaglia.

Ma questa semplice polvere ha anche la capacità di regalare momenti e ricordi unici, grazie ai loro colori che si stagliano luminosi nel cielo notturno.

In tutta questa magia ricordatevi, però che anche se sono molto belli… fanno spaventare i nostri amici a quattro zampe!