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O natal já se foi e todos estão esperando pela tradicional queima de fogos do ano novo. Já se perguntaram como funcionam? Será mágica, uma chacina de vagalumes mutantes ou LEDs que piscam no ar?

giphyBom, antes de dar a resposta, algumas curiosidades. A primeira ideia de fogos de artifício surgiu muito tempo atrás através de bambus, ainda verdes, que explodiam ao entrar em contato com fogo. Os fogos que conhecemos são lançados pela explosão da pólvora, mas e o bambu? O bambu cresce muito rápido e deixa cavidades de ar e de seiva no seu interior que incham e explodem quando aquecidas. Os chineses começaram a queimar bambu nas fogueiras para afastar os maus espíritos e descobriram que ao colocar pólvora (que na época chamavam de “fogo químico”) nas cavidades, aumentavam o barulho e a intensidade das explosões. Assim surgiram os primeiros fogos de artifício!

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Chinês com tendências suicidas

A invenção dos chineses era barulhenta, mas estamos mais interessados nas grandes explosões de luz que dão a beleza às noites de ano novo. Afinal, como os fogos de artifício podem ser tão coloridos?

Isso pode ser explicado por dois fenômenos: a incandescência e a luminescência. São dois fenômenos relacionados a luz (sério??).

Já viram aqueles filmes em que têm um ferreiro forjando espadas? Muito maneiro, né? Principalmente quando mergulham a espada que está “brilhando” em vermelho e ela faz PTSSSS. O fato dela estar “brilhando” em vermelho é graças à incandescência, que é a luz produzida através do aquecimento de substâncias. É, resumidamente, uma transformação de energias, passando da energia térmica (calor) para a radiação luminosa.  Esse fenômeno também está presente naqueles fogos de artifício 12×1 muito chatos que resultam em várias explosões em sequência sendo a última a mais alta. Neles, são utilizados alumínio e magnésio que, ao queimarem, produzem alta claridade.

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PLIN!

A luminescência é um pouco mais complicada. Lembram da história em que um átomo tem vários níveis de energia (K,L,M,N,O,P….)? Então, esse é o modelo atômico de Bohr, onde se tem um componente central carregado positivamente (o núcleo) e, em torno dele, caminham elétrons (negativos) formando órbitas muito parecido com o os planetas girando em torno do sol em nosso sistema solar. Aí temos um problema: de acordo com Maxwell (sim, o cara do eletromagnetismo), quando se acelera uma partícula carregada (positiva ou negativamente), ela emite radiação eletromagnética e, portanto, perde energia. Teoricamente, ao perder energia, o raio da orbita do elétron diminuiria gradativamente até se chocar com o núcleo. Foi aí que Bohr atacou, ele queria compreender porque isso não acontecia, afinal átomos existem!

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Modelo atômico de Bohr

 A primeira coisa que Bohr fez foi testar um ingrediente novo para tentar explicar essa bagunça: ele disse que o raio da orbita eletrônica não pode ser qualquer um, e que não pode variar, ou seja, ela tem que ser discreta e estacionaria.  Essa afirmação é inconsistente com os conceitos do modelo planetário e, também, com o eletromagnetismo de Maxwell, mas Bohr estava pouco se lixando não estava se preocupando com isso.

Esse modelo já foi derrubado por pesquisas mais recentes, mas ele não estava totalmente errado. Existem sim, vários níveis de energia, porém a órbita do elétron não é circular, mas isso é papo para depois.

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Bohrladão

Quando um elétron é excitado, ou seja, fica safadinho recebe energia por meio de calor, luz ou radiação, passa a ser promovido a níveis mais elevados. De acordo com a mecânica clássica, um corpo sempre tende a ficar estável e o átomo não é diferente. Após um tempo que esse elétron foi excitado, ele tende a voltar ao nível mais estável, ou seja, o nível menos energético, liberando, assim, a energia que absorveu em forma de um fóton (partícula de luz). Esse é o tal fenômeno da luminescência.

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Luminescência

Mas o que isso tem a ver com fogos de artificio? Algumas substâncias emitem esses fótons de luz a um comprimento de onda visível ao olho humano e são utilizadas em fogos para explodir nossos corações de alegria em cores vibrantes no céu da noite de ano novo. Essas substâncias são chamadas, pelos pirotécnicos, de “estrelas” (Awwwnnnn).

Existem fogos de várias cores. Isso acontece porque cada substância libera fótons em comprimentos de onda diferentes.

Elementos Substâncias Cores
Sódio NaNO3, Na3AlF6 e NaCl Amarelo
Cobre CuCl2 e Cu3As2O3Cu(C2H3O2)2 Azul
Cálcio CaCl2, CaSO4 e CaCO3 Laranja
Estrôncio e Lítio SrCO3 e Li2CO3 Vermelho
Bário Ba(NO3)2 e BaCl+ Verde

 

Já sabemos como eles funcionam, mas como monta-los? Uma simples faísca é capaz de detonar tudo pelos ares, então não preciso nem dizer que é uma prática feita somente por profissionais do ramo e que não deve ser feita em casa.

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Lembre-se de mirar para cima

12460078_935640936528681_1090039005_nOs fogos que conhecemos apresentam compartimentos separados dentro de um cartucho. Um pavio explode um compartimento por vez, de forma ordenada. Na figura podemos ver que o pavio se divide em outro pavio secundário que tem menos resistência, ou seja, queima mais rapidamente, fazendo com que o calor chegue mais rápido na base (onde está a carga de lançamento) do que nas estrelas. O motivo? Não é bom ver estrelas antes do tempo, se é que você me entende, então para evitar acidentes essa providência foi tomada.

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 O primeiro compartimento consiste basicamente em pólvora, e é esse que é responsável por lançar o foguete até 300m de altura. As estrelas então são colocadas nos próximos compartimentos, depois cobertos por mais pólvora. O ideal é deixar quase nenhum espaço vazio dentro dos compartimentos e colar bem a tampa, já que quanto maior a pressão, maior também será a explosão.

Respondendo à pergunta inicial: Não, não é mágica. Só para explicar como funcionam, passamos pelo fenômeno da incandescência, luminescência e até modelos atômicos! Espero que tenha conseguido passar a informação da forma menos chata e mais clara possível.

Feliz Ano Novo!

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Esse post foi escrito pelo autor convidado Mateus Kürten, estudante de engenharia química e parceiro da equipe SciBreak!

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