A proposito di pirotecnica.

Nota: si ricorda che le opinioni espresse in questo blog non sono da ascrivere alla SCI o alla redazione ma al solo autore del testo.

a cura di Luigi Campanella, ex Presidente SCI

Le composizioni pirotecniche hanno lo scopo di sviluppare effetti acustici (suono), ottici (luce o fumo), termici (calore) o meccanici (pressione). La maggior parte di essi trova applicazioni per uso civile nelle feste e per il divertimento, ma il campo delle applicazioni è molto più ampio.

Le composizioni pirotecniche infatti sono essenziali per uso industriale e militare, per disinfestazioni, per esplosivo in miniera o in edilizia.

Il momento cruciale è la reazione spontanea ed esotermica dell’agente ossidante (Pb3O4 , Fe3O4 ,SnO2) con il combustibile (l’agente riducente (Fex Si Cry , Mgx Aly , Bi2S3). Le miscele sono ottimizzate nella composizione in relazione all’applicazione finale anche con l’aggiunta di catalizzatori o di additivi.

400px-RoyalFireworks

Incisione colorata per la Royal Fireworks Music sul Tamigi (Londra, 15 maggio 1749)

Tra questi i ritardanti che hanno lo scopo di ritardare il trasferimento del fuoco dall’innesco agli altri materiali. Per questo la principale caratteristica è che dovrebbero bruciare con velocità definita e costante e con un tempo di ritardo significativo, dell’ordine di 0,1 mm/s-2,5 m/s. Nel caso di applicazioni militari questo ritardo deve avvicinarsi ai 300 m/s.

La più vecchia conosciuta composizione ritardante è la polvere da sparo (1). Oggi le composizioni ritardanti sono basate su agenti ossidanti inerti (ossidi metallici, cromati) e additivi come SiO2 che sottraggono calore e rallentano la reazione. I più usati ritardanti nei detonatori elettrici sono le composizioni a base di silicio o ossido di piombo. La lega silicio-ferro-cromo è fra le più usate, con il tetrossido di Pb aggiunto come agente ossidante.

La lega viene preparata per fusione di quarzo con ferrocromo ad alto contenuto di carbonio dove il silicato assume il ruolo di sorgente di carbonio in quanto reagisce con la lega producendo CO2.

  SiO2 + CFexCry → FexSiCry + CO2

Gli elementi minori presenti nei detonatori sono impurezze del quarzo (MgO, CuO, Al2O3, TiO2). Il tempo di ritardo è funzione della purezza della materia prima e dei rapporti molari fra i maggiori elementi (Cr, Sn, Fe, Pb). Sono perciò richiesti metodi analitici molto accurati con il grosso handicap di non disporre di materiali di riferimento. I risultati ad oggi migliori si ottengono con la digestione a microonde del campione da analizzare e con l’analisi ICP-MS, e sono merito di due laboratori specifici a Zlin nella Repubblica Ceca ed a Einingen in Germania.

(1) L’esplosivo pirotecnico per antonomasia, sia pur oggi “superato” per molte applicazioni, è la polvere pirica, la cui storica composizione  è fornita da Ruggero Bacone, nell’opera “De secretis operibus artis et naturae, et de nullitate magiae“, Amburgo, 1618 sotto forma di un anagramma nel capitolo XI. Il passo in latino recita così:

Sed tamen salis petrae LURU VOPO VIR CAN UTRI et sulphuris; et sic facies tonitrum et coruscationem si scias artificium“.

Anagrammando le parole senza senso (“LURU“, “VOPO“, “VIR“, “CAN“, “UTRI“) si ottiene “R. VII PART V NOV. CORUL. V”, abbreviazione di “R(ecipe) VII PART(es) V NOV(ellae) CORUL(i) V“; quindi l’intera frase reciterebbe così: “Ma tuttavia prendi sette parti di salpetra, cinque parti di nocciolo giovane, cinque di zolfo; e così, se conosci l’artificio, farai tuono e lampo“.

(Lieut.-Colonel Henry W.L. Hime, “Gunpowder and ammunition, their origin and progress“, London, New York, Bombay, Longmans, Green, and Co., 1904.)

La composizione suggerita è sostanzialmente quella ancora in uso tutt’oggi (75% nitrato di potassio comunemente noto come salnitro, 13% di carbone di legna polverizzato, 12% di zolfo) (Nota del blogmaster: Bacone ragionava in volume, non in peso e quindi le due ricette appaiono diverse, ma sono uguali!! L’uso della bilancia in Chimica diventa comune DOPO Lavoisier.)

per approfondire:

http://www.fireworks-italia.com/t111-dizionario-del-pirotecnico

http://it.wikipedia.org/wiki/Fuochi_d%27artificio#Materiali_costitutivi_e_composti_chimici

http://www.laboratory-journal.com/applications/berghof/quantification-critical-elements

Importanza storica hanno testi come :

La pirotecnica dei dilettanti di Arduino Burello, Casa editrice Sonzogno 1900

pirotecnica1

One thought on “A proposito di pirotecnica.

  1. I fuochi artificiali si prestano per l’insegnamento della chimica e della spettroscopia di emissione.
    Due ottimi esempi:

    “Using the Chemistry of Fireworks to Engage Students in Learning Basic Chemical Principles: A Lesson in Eco-Friendly Pyrotechnics”
    Georg Steinhauser, Thomas M. Klapötke
    J. Chem. Educ., 2010, 87 (2), pp 150-156

    “Emission Spectroscopy in the Undergraduate Laboratory”
    Scott R. Goode and Lori A. Metz
    J. Chem. Educ., 2003, 80 (12), p 1455

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