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ESPETCULOSDE SOM E

LUZ NOS CUS

FOTO CORBIS (DC)/ LATINSTOCK

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Q U M I C A

s fogos de artifcio foram levados pelos rabes para a Eu -ropa, e as festividades pirotcnicas de carter cvico

ou religioso surgiram na Itlia, na cidade de Florena, no fi nal do sculo 14.

Os espetculos produzidos atualmente por fogos de artifcio atraem e seduzem espectadores de todas as idades e crenas. No entanto, o espectro de cores

nem sempre foi to amplo assim. Nos primrdios, as cores desses artefatos estavam limitadas ao dourado e

prateado, por ser a mistura dos componentes restrita a apenas plvora, carvo (carbono vegetal) e limalha de ferro.

A qumica e aarte da pirotecnia

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H sculos, os espetculos produzidos por fogos de artifcio atraem e seduzem

espectadores de todas as idades e crenas, em vrias partes do mundo. Por

trs de cada um dos sons que enchem o ar e das cores que pintam o cu, h

uma explicao cientfi ca e muita pesquisa. H tambm um toque de arte

afi nal, preciso a unio dessas duas vises de mundo para produzir essas

aquarelas sonoras, efmeras, mas deslumbrantes.

A seguir, uma breve jornada pela histria e principalmente pela qumica

desse engenho humano.

SRGIO DE PAULA MACHADOANGELO C. PINTOInstituto de Qumica, Universidade Federal do Rio de Janeiro

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O universo de cores dos fogos de artifcio ganhou no s novos matizes com a descoberta, em 1786, do clorato de potssio, pelo qumico francs Claude Louis Berthollet (1748-1822), mas tambm grande luminosidade e brilho com a disponibilidade dos elementos qumicos magnsio (1865) e alumnio (1894).

Inventados pelos chineses antes da era crist, os fogos de artifcio terrestres deram lugar aos fogos areos s a partir do sculo passado. Alm da variedade de formas, a multiplicidade de cores torna a queima de fogos de arti-fcio um grande espetculo.

Quem os v a distncia no imagina as reaes qumi- cas que esto por trs das impressionantes apresenta- es pirotcnicas que maravilham, por exemplo, todos os anos, em 31 de dezembro, na praia de Copacabana, no Rio de Janeiro (RJ), os milhes de pessoas que vo assis- tir festa de Ano Novo.

Mas o que realmente faz com que ocorra essa variedade de cores no cu?

Barulho e luz_Por trs desse espetculo est a qumi-ca, com seus processos de perda de eltrons (oxidao) e de fornecimento de energia para essas partculas subat-micas (excitao eletrnica).

O primeiro processo responsvel pelo barulho pro- duzido pelo aquecimento das substncias qumicas; o segundo, pela emisso de luz mais adiante, detalhare- mos cada um desses processos.

IMAGEM

SPL DC/ LATINSTOCK.

Portanto, as imagens e os sons de cada exploso so o resultado de diversas reaes qumicas.

Oxidaes (perda de eltrons) e redues (ganho de eltrons) de produtos qumicos ocorrem nos fogos de arti-fcio em sua trajetria em direo ao cu. Oxidantes pro-duzem o gs oxignio, necessrio para queimar a mistura dos agentes redutores e para excitar os tomos dos com- postos emissores de luz (ver Oxidantes e redutores).

Mudana de orbital_Para que se entenda como os fogos de artifcio colorem o cu e o barulho que provo-cam, preciso se entender o que so os tomos. Os tomos so formados por ncleos que contm os prtons e os nutrons e por eltrons. Como o nome sugere, os ncleos ocupam uma regio muito pequena e condensada cerca de 99% da massa atmica esto a concentrados.

Para exemplificar o tamanho reduzido do ncleo, bas- ta fazer o seguinte exerccio de imaginao. Se o tamanho dele for aumentado at atingir o de uma cabea de alfine-te ou mesmo de um palito de fsforo obviamente, isso depender se o elemento qumico em questo for o de hidrognio ou um com muitas partculas no ncleo , o tomo ter, ento, o tamanho aproximado do anel do es- tdio de futebol Maracan.

De uma maneira geral, as cores nos fogos de artifcio podem ser generalizadas como:

COR E ELEMENTO

VERMELHO Sais de estrncio e de ltio LARANJA Sais de clcioAMARELO Sais de sdio

FOTO SPL DC/ LATINSTOCK

O qumico Claude Louis Berthollet descobriu o cloreto de potssio, com o qual os fogos de artifcio ganharam novos matizes

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OXIDANTES E REDUTORESOs oxidantes mais usados na pirotecnia so os nitratos, cloratos e percloratos, que apresentam as seguintes reaes de decomposio: 2 KNO3 2 K2O + N2 + 2,5 O2 (decomposio do nitrato de potssio)2 KClO3 2 KCl + 3 O2 (decomposio do clorato)2 KClO4 2 KCl + 2 O2 (decomposio do perclorato)

Os agentes redutores, enxofre e carbono, se combinam com o oxignio dos oxidantes para produzir a energia da exploso:

O2 (g) + S(s) SO2(g)O2(g) + C(s) CO2(g)

Figura 1. Ensaio de chama para compostos de diferentes elementos

DOURADO Mistura de ferro e carbonoVERDE Compostos de brioAZUL Compostos de cobre

VIOLETA Mistura de compostos de estrncio e cobre ou sais de potssio

PRATEADO Alumnio, titnio ou magnsio

J os eltrons esto dispostos em regies chamadas orbitais. Os orbitais ocupam regies de diferentes ener- gias, e o processo do aparecimento da cor est relaciona- do s transies dos eltrons de um orbital para outro. Isso ocorre quando os eltrons absorvem energia e pas- sam para nveis de maior energia.

Para dissipar a energia absorvida e voltarem ao nvel de origem, os eltrons emitem luz. Cada elemento qu - mico emite luz com cores distintas e bem caractersticas as cores emitidas por um elemento funcionam como um tipo de carteira de identidade dele.

Depende do elemento_Essas variedades de cores podem ser vistas em laboratrio. Para isso, basta usar, como fonte de aquecimento, um bico de Bunsen, em cuja chama se colocam com o auxlio, por exemplo, da ponta de uma esptula gotas de uma soluo de determinado sal (figura 1). O leitor talvez j tenha notado na cozinha que, quando cai uma pequena quantidade de sal na cha- ma do fogo, a luz emitida de um amarelo forte.

As diferentes cores que vemos nos fogos de artifcio dependero das caractersticas qumicas dos elementos que so usados para preparar esses artefatos. A figura 2 destaca os elementos que apresentam papel importante

na construo dos fogos de artifcio e pirotecnia, bem como o uso de cada um deles nesses artefatos.

Por sua vez, o barulho produzido gerado pela onda de choque criada pelo deslocamento do ar, devido s reaes de oxidao. >>>

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FERRO (Fe)Produz fascas. O calor do metal determina a cor das fascas

POTSSIO (K)Ajuda a oxidar a mistura de fogos de artifcio. O nitrato, o cloreto e o perclorato de potssio so oxidantes importantes

OXIGNIO (O)Nos fogos de artifcio, os oxidantes (que produzem oxignio para queima ocorrer) so em geral nitratos, cloratos ou percloratos. s vezes, a mesma substncia produz tanto oxignio quanto cor

MAGNSIO (Mg) usado para gerar fascas muito brancas ou melhorar o brilho total de fogos de artifcio

SDIO (Na)D a cor amarelo ouro; muitas vezes, seu brilho to intenso que mascara cores menos intensas

LTIO (Li) usado para gerar o vermelho. O carbonato de ltio, em particular, um corante comum

ANTIMNIO (Sb)Usado para criar efeitos de brilho

FSFORO (P)Queima espontaneamente no ar e gera efeitos de brilho no escuro. Pode ser um componente do combustvel

ENXOFRE (S) um componente da plvora negra (propelente). Como o oxignio, combustvel para as exploses

ESTRNCIO (Sr)Seus sais do a cor vermelha. Compostos de estrncio so importantes para a estabilizao de misturas nos fogos de artifcios

ZINCO (Zn)Metal branco azulado, usado para criar efeitos de fumaa nos fogos de artifcio e em outros artigos de pirotecnia

TITNIO (Ti)Como p ou em ocos, produz fascas

ALUMNIO (Al)Produz chamas de cor prata e branca, bem como fascas. um componente comum de foguetes

BRIO (Ba)Cria o verde e pode ajudar a estabilizar outros elementos volteis

CARBONO (C) Um dos principais componentes da plvora negra (propelente). usado como combustvel. As formas mais comuns incluem o carbono negro, acar ou amido

CLCIO (Ca) Aprofunda as cores de fogos de artifcio. Seus sais produzem a cor laranja

CLORO (Cl)Importante agente oxidante. Vrios sais de metais que produzem cores contm cloro

COBRE (Cu)Seus compostos produzem o azul

Figura 2. Elementos qumicos, seus usos nos fogos de artifcio.

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Calor quase solar_Agora, possvel compreender-mos o que ocorre no cu quando os fogos de artifcio es- touram. A plvora funciona como propelente, tendo a funo de dar incio combusto, provocando a liberao de gases e a rpida ascenso dos fogos ou foguetes, que, ao atingirem certa altura, explodem violentamente, com muito rudo e uma infinidade de cores.

Os fogos de artifcio podem ser comparados a tubos de ensaio cheios de elementos qumicos que se combinam quando aquecidos para produzirem diferentes cores. Para se ter ideia, uma chama pirotcnica pode atingir 3,6 milC cerca da metade da temperatura da superfcie do Sol , enquanto a temperatura de um fogo domstico alcana, no mximo, 800C.

Dessa forma, toda a beleza do espetculo da queima de fogos de artifcio no passa de um processo que se com-preende por meio do conhecimento da estrutura eletr- nica dos tomos.

Mais ecolgicos_Entretanto, h o lado ruim dos fo-gos de artifcio. Eles poluem o meio ambiente. Por isso, estudos vm sendo feitos pelos qumicos para diminuir a agresso ambiental que eles causam.

Exemplo dessa adaptao aos novos tempos so os sais inorgnicos, que vm sendo substitudos por substncias orgnicas cujas molculas formam anis em que esto ligados vrios tomos de nitrognio (polinitrogenados); por isso, no processo de exploso, liberam gs nitrognio, causando, assim, grande deslocamento de ar, mas sem lanar produtos poluentes vale lembra que o nitrog- nio um dos elementos que formam o ar.

Para finalizar, um alerta: importante lembrar que somente pessoas qualificadas e habilitadas podem pro- duzir essas maravilhas, que nos encantam em diversos festejos cvicos e religiosos.

Sugesto para leitura RUSSEL, M. S. The chemistry of fireworks. (London: Royal Society of Chemistry, 2000.)

VEJA MAIS NA INTERNET

>> FIEDLER, H. Fogos de artifcio qumica maravilhosa no cu (com verses em ingls e espanhol): http://bit.ly/oH1jvK

>> PIMENTEL, R. Uma festa do barulho. Cincia Hoje das Crianas, CHC on-line: http://bit.ly/tWCovi

Os fogos de artifcio existem h sculos, mas a multiplicidade de cores e formas observada nos espetculos atuais produzidos com esses artefatos foi desenvolvida com base nos conhecimentos cientficos acumulados pelos qumicos

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FRANK JR