fogo colorido
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UNIVERSIDADE DE BRASLIA
INSTITUTO DE QUMICA
Thiago Viana de Freitas
FOGOS DE ARTIFCIO HISTRIA, CINCIA E
SOCIEDADE
TRABALHO DE CONCLUSO DE CURSO
Braslia DF
2./2012
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UNIVERSIDADE DE BRASLIA
INSTITUTO DE QUMICA
Thiago Viana de Freitas
Fogos de Artifcio Histria, Cincia e Sociedade
Trabalho de Concluso de Curso em Ensino de Qumica apresentada ao Instituto de Qumica da Universidade de Braslia, como requisito parcial para a obteno do ttulo de Licenciada(o) em Qumica.
Orientador: Roberto Ribeiro da Silva
2./2012
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Agradecimentos Agradeo, primeiramente, a Deus por me proporcionar o dom da vida, a
bno de estudar numa renomada instituio e por me dar de presente todas
essas pessoas maravilhosas que vou citar agora.
Obrigado pai (Aluzio) e me (Maria Antnia) por me colocarem no mundo,
terem cuidado de mim, terem me aturado e me apoiado em tudo. Em todos os
momentos da vida que eu mais precisei de vocs, sempre estiveram l.
Obrigado maninha (Talita) por todos os incentivos, por todos os puxes de
orelha, por todas as ajudas nos deveres de casa. Com certeza, sem o seu
exemplo no teria chegado to longe.
Obrigado Toreba (Tcita) por me alegrar todos os dias com seu sorriso e me
fazer ver que apesar da dureza que temos que enfrentar, sempre vale a pena
quando se tem alegria e amor e isso que voc me proporciona.
Obrigado Professor Bob pela orientao, pelo aprendizado que me
proporcionou e pela oportunidade de trabalhar com o senhor. Uma honra!
Obrigado a famlia em geral, primos, tios, agregados. Obrigado por me
educarem e me ensinarem as manhas da vida.
Obrigado amigos, em especial Biloca (Fernando) e Aninha (Ana Cndido) pelos
materiais que me disponibilizaram para a confeco do trabalho, foram muito
teis.
Obrigado Joozinho (Joo Victor), Gmam (Gecimar) e Talytinha (Talyta) por
estarem comigo em toda essa caminhada acadmica e de monografia.
Obrigado Frutiula (Fbio), Dd (Andr), Shima (Felipe), Fred (Frederico),
Falco (Rafael), Z (Bruno Elias) e Biloca (Fernando) de novo, por serem
pessoas em que eu posso confiar a tanto tempo e que sempre me apoiaram e
tiveram ao meu lado como irmos que eu nunca tive.
Obrigado Idiofinho (Idio) e Mano Jhon (Jnatas) pela amizade e pelo
conhecimento qumico que me ajudaram a adquirir. Estou devendo o Outback!
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Obrigado a todos os meus outros colegas de graduao, professores, meus
colegas de mestrado, da Embrapa, academia, igreja, de todos os lugares, por
me apoiarem e me fazerem feliz.
Sem todos vocs no poderia chegar onde estou hoje. MUITO OBRIGADO!
Sabemos que Deus age em todas as coisas para o bem daqueles que o
amam, dos que foram chamados de acordo com o seu propsito. Rm 8.28
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Sumrio Introduo............................................................................................................7 Captulo 1 A Histria dos Fogos de Artifcio.....................................................9 Captulo 2 Como Funcionam Os Fogos de Artifcio?......................................18 Captulo 3 As Cores dos Fogos de Artifcio....................................................29 Captulo 4 Os Fogos de Artifcio em Sala de Aula..........................................35 Consideraes Finais........................................................................................40 Referncias........................................................................................................42 Apndice I Fogos de Artifcio Histria, Cincia e Tecnologia......................45
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Resumo Os fogos de artifcios so presentes na vida das pessoas h sculos, sem uma origem muito definida, sendo geralmente creditada sua inveno aos chineses. Sua utilizao ao longo do tempo passa desde armas de guerra e sinalizadores a entretenimento. Com o passar dos anos, foram adquirindo diversos tipos, formas e cores, passando a se enquadrar em diversas classificaes e modelos, que vo desde inofensivos estalinhos de salo a explosivos foguetes. Apesar das diferenas, a maioria dos fogos tem como caracterstica primordial as cores, que podem ser explicadas atravs da teoria da emisso atmica, possibilitando uma explicao cientfica a esse fenmeno encantador. O modelo atmico de Bohr outro modelo para a explicao das cores que estudado no Ensino Mdio, ento, utilizar os fogos de artifcio como tema para o estudo do contedo de cincias na escola uma boa forma de trazer coisas do cotidiano e integr-los ao contedo acadmico numa abordagem CTS (Cincia Tecnologia Sociedade) e interdisciplinar. Palavras-chaves: fogos de artifcio, cores, CTS.
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Introduo Os fogos de artifcio no tm uma origem definida, nem em relao ao
local onde surgiram e nem, poca, mas sabe-se que h muitos anos eles
vm nos encantando com suas variedades de cores e formas. Apesar de tantos
anos essas diversas cores e formas ainda intrigam muitas pessoas acerca de
como so obtidas e formadas. Muitas delas no associam tamanha beleza e
magia cincia. Isso mesmo, so as leis e teorias cientficas, como algumas
que aprendemos no Ensino Mdio, em Qumica, por exemplo, que regem as
mirabolantes faanhas desenvolvidas pelos fogos.
Estudar, ento, os fogos de artifcio nos proporciona desvendar atravs
da Qumica, da Fsica, da Histria, ou seja, da Cincia como um todo, os
mistrios por trs dessas mgicas engenhocas incandescentes e tambm,
porque no o contrrio, atravs deles, no desenvolvimento de uma relao
ensino-aprendizagem, desvendar os mistrios por trs da Cincia.
Com esse intuito, esse trabalho tem o objetivo de levar os fogos de
artifcio de uma forma mais real e palpvel as pessoas, contando um pouco de
sua histria; explicando e exemplificando seus diversos tipos, suas diversas
formas, cores; o porqu dessas cores e ainda mais, como eles podem ser
retratados em sala de aula numa abordagem CTS Cincia, Tecnologia e
Sociedade e interdisciplinar para o ensino de Cincias.
Assim, o trabalho est dividido em quatro captulos, nos quais as
diferentes vertentes do tema, fogos de artifcio, so tratadas.
No Captulo 1, iniciamos o tema com sua histria. Primeiramente,
abordamos a origem da plvora e sua composio e utilizao, pois sendo
essa o principal combustvel utilizado nos fogos de artifcio, suas histrias se
confundem bastante. Posteriormente, falamos sobre os trabalhadores do fogo
e mestres do fogo, homens que trabalhavam no desenvolvimento, obteno,
manuseamento e utilizao dos fogos e os diversos papis que esses fogos
desenvolveram ao longo dos sculos. Finalmente, conta-se um pouco da
histria das cores dos fogos, como foram obtidas e quais os elementos que
compem cada cor.
No Captulo 2, j entramos no universo burocrtico e qumico dos fogos
de artifcio. So retratados suas classificaes, seus tipos, modelos e
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composies qumicas perante instrues tcnicas estabelecidas por rgos
militares. So escolhidos quatro tipos dos diversos existentes dos fogos para
uma explicao mais aprofundada, no qual atravs de teorias qumicas,
esclarecem-se as caractersticas especficas desses fogos, como seus
formatos, suas cores, suas formas de exploso, etc.
O Captulo 3 vem com a explicao das diferentes cores dos fogos. Traz
atravs da mecnica quntica os conceitos de quantizao da energia e dos
espectros de emisso, que funcionam como uma impresso digital de cada
elemento qumico, proporcionando a variedade de cores que conhecemos.
Finalizando, o Captulo 4 nos traz uma utilidade um tanto quanto
desconhecida dos fogos de artifcio: sua aplicao como temtica em sala de
aula no desenvolvimento da relao ensino-aprendizagem numa abordagem
CTS e interdisciplinar para o ensino de cincias. So retratados os conceitos
de interdisciplinaridade e de abordagem CTS, transferindo esses para o tema
fogos de artifcio de forma a promover uma relao entre o cotidiano do aluno e
o contedo aprendido em sala de aula e a unio de mais de uma rea de
conhecimento para o crescimento do aprendizado do aluno.
Com isso, o trabalho em questo busca contribuir para o despertar do
pensamento crtico-cientfico acerca das coisas que fazem parte do mundo ao
nosso redor e a capacidade desse mundo a nossa volta, ser utilizado como
canal de aprendizado, como pilar para o desenvolvimento da educao, no s
acadmica, mas social. Um texto educativo sobre os fogos de artifcio,
encontrado no Apndice I desse trabalho, proposto para ser utilizado por
professores e alunos como ferramenta didtica no provimento desse objetivo.
Os fogos de artifcio, portanto, parecem ser bem interessantes. Vamos
conhec-los?
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Captulo 1 A Histria dos Fogos de Artifcio
A origem dos fogos de artifcio no tem uma data certa. Sua histria se
encontra entrelaada com a histria das diversas instrumentaes que se
utilizam do fogo como fonte de ignio e que tm como principal combustvel a
plvora. Cabe ento ressaltar, primeiramente, como esta protagonizou o papel
de principal fonte explosiva durante tantos sculos.
A Plvora
A origem da plvora muito imprecisa. Acredita-se que por volta do
sculo VIII d.C. alquimistas chineses, entre outros, procura do elixir da vida,
fizeram diversas misturas contendo todos os tipos de substncias, incluindo
leos, mel e cera de abelha e dois ingredientes significativos para o futuro dos
trabalhos de fogo: o salitre e o enxofre (RUSSEL, 2009).
Surpreendentemente, a mistura entre os compostos orgnicos contidos no mel
com o salitre (nitrato de potssio) e o enxofre era especial, pois quando
aquecido gerou uma exploso semelhante a uma parede de fogo.
Acidentalmente, os alquimistas chineses produziram em exatas propores,
uma reao em que composto orgnico e enxofre entram como combustveis
que so oxidados pelo oxignio do nitrato de potssio, originando como
conhecemos hoje, uma reao qumica exotrmica bastante vigorosa
(RUSSEL, 2009).
Esses experimentos eram mantidos da melhor maneira possvel em
segredo, mas mesmo assim, a informao foi divulgada o suficiente para que a
receita do composto explosivo chegasse a outros lugares, como Europa, por
exemplo. A tendncia reativa do nitrato de potssio, ento, desencadeada,
ganhou a adio do carvo vegetal que tambm, junto com o enxofre geraram
a mistura que d origem famosa plvora verdadeira (RUSSEL, 2009).
Porm, a data e o local de inveno dessa plvora verdadeira, apesar
de exaustivamente investigada, ainda desconhecida. Cada pas colora com
patriotismo diversas descobertas, creditando-as aos seus prprios inventores
(RUSSEL, 2009). O que muito interessante, no entanto, que um texto
taosta datado em meados do ano 800 d.C. adverte para no se misturar
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enxofre, rosalgar (xido de arsnio) e salitre com mel, devido a se obter
chamas, resultando na queima de mos e rosto (VASCONCELOS; SILVA e
ALMEIDA, 2010). Por volta de 1000 d.C., chineses utilizavam um propulsor
semelhante plvora em formas brutas de foguetes, juntamente com granadas
e fumaas txicas. Isso visto, por exemplo, numa receita Wu Ching Tsung
Yao datado de 1044 d. C. que descreve uma mistura de enxofre, salitre, sais de
arsnio, sais de chumbo, leos e ceras para dar um incendirio txico que
poderia ser lanado de uma catapulta (RUSSEL, 2009). Vasconcelos, Silva e
Almeida (2010) nos trazem outro relato da utilizao da plvora na antiguidade: Os rabes adquiriram conhecimentos no sculo XIII, quando um
srio, Hasan AL-Rammah, tinha escrito, em lngua rabe, receitas de
plvora com instrues de usos diversos: fogos, foguetes, purificao
do salitre e as descries para produo de diferentes tipos de
plvora, usando textos que sugere (sic) terem vindo de
conhecimentos chineses.
As autoras nos mostram tambm, que o prprio Hasan Al-Rammah em
seu Livro de Navegao Militar e de Dispositivos Engenhosos de Guerra, traz
107 receitas de plvora, das quais 22 so para foguetes e dessas, 17 trazem a
composio (75% de nitratos; 9,06% de enxofre e 15,94% de carbono). O texto
descreve tambm que, em 1260, na ndia, durante uma batalha, escravos
recm convertidos ao islamismo usavam explosivos com plvora contra os
mongis. Khan (1996)1 citado por Vasconcelos, Silva e Almeida (2010) diz,
porm, que foram os mongis os primeiros a trazer a plvora para o mundo
islmico. Johnson (2010)2, citado por Vasconcelos, Silva e Almeida (2010),
afirma que os rabes criaram a primeira arma de fogo (arcabuz), que era um
tubo de bambu reforado com ferro, carregado com plvora que era inflamada
com a insero de um arame aquecido. Mason (1962)3 e Chase (2003)4,
citados por Vasconcelos, Silva e Almeida (2010), afirmam, respectivamente,
1KHAN,IqtidarAlam.ComingofGunpowdertotheIslamicWorldandNorthIndia:SpotlightontheRoleoftheMongols,JournalofAsianHistory,Indianav.30p.4145,1996.2Johnson,NormanGardner."explosive",EncyclopdiaBritannica,Chicago:2010EncyclopdiaBritannicaOnline.Acessoem:21abr2010.3MASON,StephenF.AHistoryoftheScience.FirstCollierBooksEdition,ISBN:0020934009,1962.638p.4CHASE,Kenneth.Firearms:AGlobalHistoryto1700,CambridgeUniversityPress,ISBN0521822742,2003.
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que a Dinastia Sung j possua armas de fogo feitas de bambu e que os rabes
s obtiveram armas de fogo por volta de 1300.
Esses relatos, portanto, nos mostram uma j universalizao do uso da
plvora, onde suas origens no so muito bem explcitas, mas so
tendenciosas para o povo chins. Essa universalizao se torna ainda mais
evidente quando, enfim, a plvora chega a Europa.
Segundo Mason (1962), citado por Vasconcelos, Silva e Almeida (2010),
a plvora primeiramente, chega Monglia quando esta invade a China no
incio do sculo XIII e aps alguns anos, ao invadir tambm a Europa, leva
consigo o p magicamente explosivo. O relato de um noruegus no ano de
1250 nos prova a presena da plvora, ento, na Europa. Em seu captulo
militar, Konungsskuggsj, menciona o uso do carvo e enxofre como a melhor
arma para o combate entre navios.5 Ainda por volta do sculo XIII, o trabalho
de um experimentador europeu estabeleceu a purificao e a formulao ideal
para o desenvolvimento da verdadeira plvora. Russel (2009) nos mostra quem
este: Seu nome era Roger Bacon. Nascido por volta de 1214, Bacon se
tornou um monge, mas foi educado em Oxford antes de obter um
doutorado em Paris. Seus assuntos incluam Filosofia, Teologia,
Matemtica, Fsica e Qumica e at mesmo, Cosmologia. Ele
cuidadosamente purificou o nitrato de potssio (por recristalizao com
gua) e passou a experiment-lo com diferentes propores de outros
dois ingredientes (enxofre e carvo de salgueiro), at que se
convenceu de que: Pelo flash e pela queima de fogos e pelo horror dos
sons, maravilhas podem ser forjadas e em toda distncia que
queremos, de modo que dificilmente um homem pode se proteger ou
suport-lo. (RUSSEL, 2009, p. 3, traduo nossa)
A Igreja no gostou da idia de um de seus discpulos estar fazendo
alquimia e Bacon foi preso durante dez anos. Mas preservou sua receita mais
importante na forma de um anagrama (RUSSEL, 2009). Este s foi
desvendado 650 anos depois por um coronel do exrcito britnico como sendo:
sete partes de salitre, cinco de carvo e cinco de enxofre (Le Couter; Burreson,
5"King'sMirror,ChapterXXXVII:Theduties,activitiesandamusementsoftheRoyalGuardsmen.Disponvelem:Acessoem:21abr2010.
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20066; Maar, 20087, citados por Vasconcelos, Silva e Almeida (2010)); ou seis
partes de salitre, cinco de avel jovem, isto , carvo vegetal e cinco de
enxofre (RUSSEL, 2009). Em termos de percentagem isso seria equivalente a
37,5% de salitre, 31,25% de carvo vegetal e 31,25% de enxofre.
A receita de Bacon era muito similar as receitas dos alquimistas
chineses. E outras receitas encontradas em livros de autores europeus como
Albertus Magnus e Marcus (De Mirabilibus Mundi e Liber Ignium,
respectivamente) se referem produo de plvora, mas de acordo com
Partington & Hall (1999)8, citados por Vasconcelos, Silva e Almeida (2010),
estas podem ter sido tomadas dos trabalhos de Bacon e no o contrrio,
mostrando que esse foi o precursor do conhecimento sobre plvora na Europa.
Os Europeus introduziram plvora o p de milho, o que aumentou sua
consistncia e provocou a iluminao dos grnulos quando o fogo passa por
esse, antes da significativa expanso do gs quando a plvora explode
(VASCONCELOS, SILVA e ALMEIDA, 2010). Para cada tipo de arma eram
colocados tamanhos diferentes de grnulos. Essas armas foram inventadas
aps a morte de Bacon (em 1292) ento ele nunca chegou a usar o termo atual
plvora, mas ele tinha conhecimento do poder de fogo de sua inveno, na
qual ele afirma em sua obra maior, Opus Majus, que o som produzido excede o
de um trovo e as luzes excedem a de um relmpago (RUSSEL, 2009):
Ns temos um exemplo deste nesse brinquedo de criana que feito em vrias partes do mundo, a saber, um instrumento to grande como
o polegar humano. A partir da fora do sal chamado salitre to horrvel
som produzido na exploso de uma pequena coisa (um pedao de
pergaminho), que percebemos este som exceder o estrondo de um
forte trovo e os flashs, excederem a mais brilhante das luzes que
acompanham o trovo. (RUSSEL, 2009, p. 4, traduo nossa)
A partir da a plvora ento passou a ser usada para fins blicos. Um
texto rabe datado de por volta de 1300 a 1350 d.C., descreve a plvora como
propulsor. sabido tambm daquela poca, que na Europa, canhes, tendo
6LECOURTEUR,Penny;BURRESON,Jay.OsBotesdeNapoleo:as17molculasquemudaramahistria.RiodeJaneiro.Ed.JorgeZahar,2006.3437MAAR,JuergenHeinrich.Histriadaqumica.Florianpolis:ConceitoEditorial,2008.946p.8PARTINGTON,JamesRiddick;HALL,BertS.AHistoryofGreekFireandGunpowder.Baltimore:JohnsHopkinsUniversityPress.ISBN0801859549,1999.
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plvora como propulsores, foram usados para a proteo de castelos, vilas e
portos, como em 1338, onde os portos de Harfleur e LHeure foram protegidos
com canhes contra a invaso de Eduardo III (RUSSEL, 2009). Relatos do uso
freqente de armas de fogo em meados do sculo XIV e um estoque de
canhes e plvoras por parte da coroa inglesa no incio do sculo XV mostram
o crescimento do uso da plvora para esse fim (RUSSEL, 2009).
A plvora para esses fins blicos era feita por artesos militares
especializados que tambm, foram obrigados a fazer fogos de artifcio. Estes
foram chamados, posteriormente, de firemakers (VASCONCELOS, SILVA e
ALMEIDA, 2010). Mais especificamente, na Inglaterra, o desenvolvimento de
novas tcnicas para a propulso de foguetes e para o tiro de foguetes eram
designadas a pessoas com os ttulos de fireworkers e firemasters (JOHNSON,
1994). Vamos ento saber um pouco da histria desses e compreender sua
importncia para o desenvolvimento dos fogos de artifcio.
Fireworkers e Firemasters (trabalhadores do fogo e mestres do fogo) As diversas festividades pirotcnicas por motivos, de religiosos a polticos, surgiram na Itlia, na cidade de Florena, no final do sculo XIV
(MACHADO e PINTO, 2011). Mas foi na Inglaterra que esse tipo de festa
ganhou imenso prestgio.
No sculo XVI, os ttulos de artilheiro e fireworker eram designados para
trabalhos diferentes. O primeiro era para aquele que ficava encarregado da
preparao e estudos de deflagrar ps e materiais utilizados na queima e
disparo de projteis, enquanto o segundo, era encarregado da estrutura das
munies, transporte e balstica dos projteis (JOHNSON, 1994). Willian
Bourner, um escritor da artilharia inglesa, no seu livro Invenes e Dispositivos,
de 1578, nos conta que muitos artilheiros traziam terror para seus inimigos
atravs dos fogos de artifcio, enquanto outros usavam esses fogos para
momentos de prazer durante a noite (JOHNSON, 1994), mostrando a
diversidade da aplicao dos fogos de artifcio desde pocas antigas.
Em relao ao artilheiro e ao firemaster, Cyprian Lucar de Worcester e
Oxford, fala que um artilheiro deve ser hbil em refinar e sublimar o salitre...
purificar enxofre, fazer cartuchos... (JOHNSON, 1994).
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Os fogos de artifcio como vimos no relato de William Bouner dois
pargrafos acima, era usado para momentos de prazer durante a noite...,
onde celebraes de paz e diversas outras eram marcadas por verdadeiros
shows pirotcnicos. Percebemos isso em diversos relatos de pases e cidades
em anos e sculos diferentes.
Na descrio de um evento organizado para a eleio de um novo Papa
no Castelo Santo ngelo, em 1579, feito pelo gravador Ambroglio Giovanni
Brambilla no festival Girandola, em Roma, por exemplo, vemos o encanto deste
para com o espetculo pirotcnico acontecido, um dos primeiros vistos na
Europa (WERRETT, 2008). como se toda a cidade estivesse em chamas...como se o cu
tivesse se aberto... como se todo o ar no mundo estivesse com fogos
de artifcio e todas as estrelas do cu estivessem caindo terra uma
coisa verdadeiramente estupenda e maravilhosa de se ver.
(WERRETT, 2008, v. 32, p. 32, traduo nossa)
O sculo XVII foi marcado por uma grande movimentao pirotcnica.
Por volta de 1605 a compra ou manuteno de fogos de artifcio foi proibida
devido a tentativa de Guy Fawkes em tentar explodir as Casas do Parlamento
ingls utilizando 36 barris de plvora (RUSSEL, 2009). Em uma obra publicada
em 1611, History of Colleges in and around London, h relatos de homens
extremamente hbeis na arte da pirotecnia e fogos de artifcio. Of the Great Art
of Artillery, publicado em 1650 por Simienowicz, trazia de forma amplamente
ilustrada e descritiva mais do que fogos de artifcio de artilharia (JOHNSON,
1994). Em 1672, um laboratrio regular para a recepo de fogos de artifcio
foi iniciado em Woolwich e em 1683, um ilustre livro de instrues foi emitido
para a solicitao dos trabalhos dos firemasters para a produo de foguetes
de papel vazio quando estes no estivessem fazendo servios de guerra
(JOHNSON, 1994). Ainda no final deste sculo, Sir Martin Beckman, um
homem extremamente instrumentado e bem sucedido em promoo de fogos
de artifcio, assumiu a Controladoria de fogos de artifcio e firemasters,
fireworkers,... (JOHNSON, 1994).
J na metade do sculo XVIII, Benjamin Robin e outros mencionam A
celebrao da paz final de 1749, em Londres, com uma exposio de fogos de
artifcio (JOHNSON, 1994). percebida neste sculo tambm, a influncia que
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estes fogos causavam no pensamento filosfico e cientfico da poca. Robert
Boyle acreditava que o universo mecnico era como um grande fogo de
artifcio; Leibniz tinha os fogos de artifcio como modelo para a sua harmonia
pr-estabelecida; Jhon Theophilus Desaguliers fez experimentos com fogos de
artifcio para entender as exploses subaquticas; na Rssia, no ano de 1725,
foi fundada a Academia Russa para trazer cincia ao imprio russo e
conseqentemente, o estudo e projees de fogos de artifcio estavam entre
esse processo cientfico; Antoine Lavoisier deu conselhos no desenvolvimento
de fogos de artifcio com o recm descoberto (dcada de 1780) gs
inflamvel (atualmente, o gs hidrognio) (WERRETT, 2008).
No inicio do sculo XIX, William Congreve (1772-1828), dirigiu,
pessoalmente, a emisso de seus foguetes contra o cerco de Conpenhagen e
conseguiu tal feito, devido ao desenvolvimento de foguetes de alto poder
explosivo e incendirio, mais fortes do que os existentes na poca (RUSSEL,
2009 e JOHNSON, 1994). A partir da, praticamente, todo o empenho europeu
neste sculo foi para o desenvolvimento e fabricao de foguetes de guerra,
onde a evoluo destes foi considervel e gradual (RUSSEL, 2009). O prprio
Congreve criou outras diversas utilidades para seus foguetes e outras
invenes para uso em guerra como: o uso de foguetes na caa de baleias; o
desenvolvimento de foguetes salva-vidas e de armaduras para navios de
guerra (JOHNSON, 1994). Ainda na primeira metade deste sculo, Claude
Fortun Ruggieri, mostrou que a pirotecnia exigia conhecimentos de Fsica e
Qumica, sendo necessrio mais do que conhecimentos arquitetnicos e
artsticos para a utilizao desta, fazendo com que a pirotecnia ento, fosse
vista como uma forma de Qumica aplicada (WERRETT, 2008).
O estudo e o desenvolvimento dos fogos de artifcio foram crescendo e
ganhando melhorias gradualmente com o passar do tempo. Diferentes
tcnicas, diferentes aplicaes, diferentes formas e diferentes cores foram
sendo obtidas. Essa ltima foi uma das caractersticas mais impressionantes
adquiridas pela modernizao dos fogos de artifcio e por isso merece um
destaque em relao s outras.
A Histria das Cores nos Fogos de Artifcio
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Na origem dos fogos de artifcio as cores eram limitadas, geralmente, ao
dourado e ao prateado, devido mistura restrita dos componentes (plvora,
carvo e limalha de ferro). Os fogos passaram ento a adquirir novas
coloraes quando, em 1786, o qumico francs Claude Louis Berthollet (1748-
1822) descobriu o clorato de potssio (KClO3) este tambm, proporcionou
grande luminosidade e brilho, pois esse composto um oxidante
importantssimo nas reaes dos fogos de artifcio (MACHADO e PINTO, 2011)
Anteriormente, no sculo XVII, j se tinha notcia do uso de alguns compostos
para a obteno de cores diferentes nos fogos de artifcio. No ano de 1635, em
seu livro sobre fogos de artifcio, John Bate relata o uso de sulfeto de antimnio
para a obteno da cor azul e tambm, comenta do uso de pequenas
quantidades de ferro para dar uma cauda mais luminosa aos foguetes
(RUSSEL, 2009). No sculo XIX, Claude-Fortun Ruggieri, um pirotcnico
francs, mais especificamente no ano de 1801, descreve a utilizao de sais de
metais para a produo de chamas coloridas (Russel, 2009). Na dcada de
1820, o qumico americano, James Cutbush, tambm fez diversos
experimentos para a produo de novas cores e efeitos pirotcnicos
(WERRET, 2008). Nos anos de 1865 e 1894, os elementos qumicos magnsio
e alumnio foram acrescentados a mistura pirotcnica proporcionando fascas
brancas e uma melhora do brilho (MACHADO e PINTO, 2011). Ainda no sculo
XIX, a empresa Brock, fundada no sculo anterior por John Brock, para uma
aclamada exposio no Palcio de Cristal (Inglaterra), estabeleceu um padro
indito de brilhos e cores, pela introduo de ps metlicos e cloratos que so
utilizados at hoje para esses fins (RUSSEL, 2009). Diversas substncias
utilizadas naquele tempo para a diversificao de cores nos fogos de artifcio
foram documentadas por Audot, como nos diz Russel (2009): Clorato de potssio, KClO3: usado para realar as cores das chamas
produzidas por outros metais, por exemplo, nitrato de estrncio,
Sr(NO3)2, (chama vermelha).
Sulfeto de antimnio, Sb2S3: d uma chama azul. Limalha de ferro e ao: d fascas brancas e vermelhas.
Limalha de cobre vermelho: d fascas esverdeadas.
Limalha de zinco: produz fascas azuis.
mbar amarelo (resina orgnica): d uma chama amarelada.
Lmpada negra (fuligem): d uma chama avermelhada.
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Nitrato de cobre, Cu(NO3)2: d uma chama azul.
Nitrato de brio, Ba(NO3)2: d uma chama verde. (RUSSEL, 2009, p.
14, traduo nossa)
Machado e Pinto (2011) nos apresentam mais alguns compostos
utilizados na produo da festa de cor e brilho dos fogos de artifcio: Alumnio (Al): produz chamas de cor prata e branca, bem como
fascas...
Clcio (Ca): aprofundam as cores dos fogos de artifcio. Seus sais
produzem a cor laranja...
Ltio (Li): usado para gerar o vermelho. O carbonato de ltio, em
particular, um corante comum...
Sdio (Na): d a cor amarelo ouro; muitas vezes seu brilho to
intenso que mascara cores menos intensas...
Fsforo (P): queima espontaneamente no ar e gera efeitos de brilho no
escuro. Pode ser um componente do combustvel...
Titnio (Ti): como p ou em flocos, produz fascas. (MACHADO,
PINTO; 2011, v.288, p. 30)
Essa variedade de compostos nos possibilita, ento, diversas cores e
efeitos que tornam mais exuberantes e impressionantes os fogos de artifcio.
Tal magia ainda muito utilizada nos dias de hoje em diversos tipos de
comemoraes religiosas, eventos esportivos e festas em geral. Um exemplo
bem claro so as grandes apresentaes pirotcnicas de virada de ano
(Reveillon) que acontecem em vrias metrpoles espalhadas pelo mundo com
durao de vrios minutos. Outras utilizaes mais corriqueiras de fogos de
artifcio so os estalinhos e bombinhas utilizadas, principalmente, em festas
juninas; e sinalizadores que hoje em dia so muito utilizados em estdios de
futebol durante as partidas.
Ento, como explicar tantas cores, tantos efeitos, tantos tipos de fogos?
O porqu desses efeitos? Como eles acontecem? Quais so os tipos de fogos?
Suas composies? Vamos agora entrar no universo qumico dos fogos de
artifcio.
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Captulo 2 Como funcionam os fogos de artifcio?
Como vimos no captulo anterior, os fogos de artifcio a sculos vm
encantando as pessoas com sua performance de cores e formas, elevando os
sentidos e os sentimentos aos maiores nveis alcanveis. Ento, que tal, se
alm de sentir, ns tambm pudssemos entender o funcionamento, a
composio, o que so os fogos de artifcio realmente. Esse captulo vem com
o intuito de desvendar os mistrios por trs dos espetculos de sons, luzes e
formas que os fogos nos proporcionam.
Classificao dos fogos de artifcio De acordo com a Instruo Tcnica 030 Fogos de Artifcio - da PM do E de
SP - CB (2004) os fogos de artifcio so substncias ou misturas concebidas
para produzir um efeito, por calor, luz, som, gs ou fumaa, ou combinao
destes, como resultado das reaes qumicas exotrmicas, auto-sustentveis,
caracterizada pela deflagrao., p. 584. Um conceito ainda mais generalizado
encontrado na Instruo Tcnica 030 Comrcio de Fogos de Artifcio - da PM
do E de SP - CB (2010) nos diz que artifcio pirotcnico a designao
comum de peas pirotcnicas preparadas para transmitir a inflamao,
produzindo luz, rudo, incndios ou exploses, com finalidade de sinalizao,
salvamento ou emprego especial em operaes de combate. Na primeira
definio encontramos a palavra deflagrao que caracteriza os processos
reacionais envolvidos nos fogos de artifcio. A deflagrao um fenmeno
caracterstico dos chamados baixos explosivos, que consiste na
autocombusto de um corpo, composto de combustvel, comburente e outros,
em qualquer estado fsico, o qual ocorre por camadas e a velocidades
controladas, de alguns dcimos de milmetros at 400 metros por segundo.
(INSTRUO TCNICA 030 COMRCIO DE FOGOS DE ARTIFCIO - DA
PM DO E DE SP - CB, 2010). E acerca dos componentes que fazem parte dos
artifcios pirotcnicos a mesma Instruo Tcnica citada anteriormente nos diz
que a composio pirotcnica uma mistura qumica de estado
predominantemente slido, capaz de produzir uma reao qumica exotrmica
controlada, independente e auto-suficiente, que resulta em calor, gs, som, luz
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ou uma combinao destes efeitos, cujo fim entretenimento. A partir dessas
definies possvel concordar com Calvert (2002) que nos diz que talvez a
pirotecnia deva ser reservada para as aplicaes srias e fogos de artifcio
usado para o lado do entretenimento, (traduo nossa).
Devidamente definidos, os fogos de artifcio so classificados de acordo
com diversos parmetros e normas que levam em conta sua periculosidade, a
quantidade de plvora que possui e os modos como devem ser transportados e
armazenados para venda. O terceiro tpico da Norma Tcnica N 08 do Corpo
de Bombeiros Militar do Distrito Federal (2002) nos traz uma classificao dos
fogos de artifcio a partir da quantidade de plvora que este possui e exemplos
conforme o Decreto Federal n 3.665, de 21 de novembro de 2000, R 105, art.
112, incisos I e II (INSTRUO TCNICA 030 FOGOS DE ARTIFCO - DA
PM DO E DE SP - CB, 2004): 3.1 Fogos de Artifcio Classe A
3.1.1 Fogos de vista, sem estampido; 3.1.2 Fogos de estampido que contenham at 20 (vinte)
centigramas de plvora, por artefato pirotcnico;
3.1.3 Bales pirotcnicos.
3.2 Fogos de Artifcio Classe B 3.2.1 Fogos de estampido que contenham at 25 (vinte e cinco)
centigramas por artefato pirotcnico;
3.2.2 Foguetes com ou sem flecha de apito ou de lgrimas,
sem bomba;
3.2.3 pos-a-feu, morteirinhos de jardim, serpentes
voadoras e outros equiparveis.
3.3 Fogos de Artifcio Classe C 3.3.1 Fogos de estampido que contenham acima de 25 (vinte e cinco) centigramas de plvora por artefato pirotcnico;
3.3.2 Foguetes com ou sem flecha, cujas bombas contenham at 6 (seis) gramas de plvora por artefato pirotcnico.
3.4 Fogos de Artifcio Classe D 3.4.1 Fogos de estampido com mais de 2,50 (dois vrgula cinquenta) gramas de plvora por artefato pirotcnico;
3.4.2 Foguetes, com ou sem flecha, cujas bombas contenham mais de 6 (seis) gramas de plvora;
3.4.3 Baterias; 3.4.4 Morteiros com tubos de ferro;
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3.4.5 Demais fogos de artifcio. (Norma Tcnica 08 Fogos de Artifcio do CBM do DF, 2002, p. 1-2)
Recomendaes dadas pelo Subcomit de Tcnicos em Transporte de
Produtos Perigosos das Naes Unidas juntamente com os incisos I e II do
artigo 112 do Decreto n 3.665 (R 105), combinados com o anexo D da
Portaria n 09 do Departamento de Logstica do Exrcito, classificam os fogos
de artifcio como um produto perigoso de Classe 1 e grupo de compatibilidade
Letra G (INSTRUO TCNICA 030 COMRCIO DE FOGOS DE
ARTIFCIO - DA PM DO E DE SP - CB, 2010).
Os fogos de artifcio possuem algumas classificaes e diversos tipos
que se enquadram dentro dessas classificaes. A REG/T 02 FOGOS DE
ARTIFCIO, PIROTCNICOS, ARTIFCIOS PIROTCNICOS E ARTEFATOS
SIMILARES e a INSTRUO TCNICA 030 COMRCIO DE FOGOS DE
ARTIFCIO - DA PM DO E DE SP - CB (2010) nos trazem muitos exemplos
desses tipos de fogos de artifcio.
Bomba area: artefato lanado por meio de tubos de lanamento e contendo carga de projeo, retardo, carga de abertura, baladas e/ou
tiros. Ex.: Bomba de polegadas, shell, shell-in-mortar, minas. Figura
2.1.
Bomba de solo: tubo, de papel ou de plstico, contendo composio pirotcnica e iniciador. Ex.: Traque, estalo de riscar bomba numerada,
banger, firecracker. Figura 2.2
Centelhador de tubo: tubo contendo composio pirotcnica. Ex.:
Vela, velinha, chuva, bengala, cascata, estrela lume. Figura 2.3.
Centelhador de vara: arame ou palito parcialmente coberto de
composio pirotcnica. Ex.: Chuva, chuvinha, estrela, estrelinha,
sparkle. Figura 2.4.
Conjunto de mltiplos tubos: montagem que inclui dois ou mais tipos de fogos de artifcio, com um ou mais pontos de iniciao e
queima em seqncia, paa (dic) apresentao em show. Ex.: Tortas,
girndolas, cakes, letreiros, set pieces, kits, base de mssil.
Estalo de salo: dispositivo contendo composio pirotcnica sensvel a choque mecnico. Ex.: Traque de massa, estalinho,
throwdown. Figura 2.5.
Estopim: fio ou cordo, encapado ou desencapado, impregnado de composio pirotcnica. Ex.: Retardo, rastilho, safety fuse,
quickmatch.
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Foguete: tubo com carga de projeo, contendo baladas e/ou bombas areas. Ex.: 3 tiros, rabo de pavo, bouquet de lgrimas,
crakling, crepitante, bomba 12 x 1. Figura 2.6.
Tubo de lanamento Morteiro: Tubo com carga de projeo
contendo bomba area singela. Figura 2.7.
Fonte: tubo cnico ou cilndrico contendo composio pirotcnica.
Ex.: Vulco, Sputnik rvore de natal, fountain. Figura 2.8.
Fumgeno: tubo contendo composio pirotcnica. Ex.: Smoke.
Giratrio areo: tubo provido de hlice contendo composio pirotcnica. Ex.: Avio, abelhinha, vni, helicptero, disco voador,
coroa giratria. Figura 2.9.
Giratrio de solo: Tubo cilndrico ou em forma de espiral contendo
composio pirotcnica. Ex.: Peo, giroloco, roseta. Figura 2.10.
Candela: tubo com diversas cargas de projeo contendo baladas e/ou bombas areas, montadas em alternncia. Ex.: Vela romana,
Roman candle, pistola. Figura 2.11.
Rojo: dispositivo autopropulsado, com meio de estabilizao em
vo. Ex.: Rocket, cometa, cometinha, cometa de apito, rojo com
vara, rojo tipo mssil, foguete.
Bolas crepitantes: pequeno dispositivo de papel contendo composio pirotcnica e iniciador. Ex.: Dragon eggs, crackling ball,
croque.
Bateria: conjunto de bombas de solo. Ex.: Bateria de tiros. Figura 2.12 (A REG/T 02 FOGOS DE ARTIFCIO, PIROTCNICOS,
ARTIFCIOS PIROTCNICOS E ARTEFATOS SIMILARES; Instruo
Tcnica 030 Comrcio de Fogos de Artifcio - da PM do E de SP -
CB, 2010, p. 9-13)
Figura 2.1: bomba area Figura 2.2: bomba de solo Figura 2.3: centelhador de tubo
Figura 2.4: centelhador de vara Figura 2.5: estalo de salo Figura 2.6: foguete
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Figura 2.7: tubo de lanamento Figura 2.8: fonte Figura 2.9: giratrio areo (morteiro)
Figura 2.10: giratrio de solo Figura 2.11: candela Figura 2.12: bateria
Dentre esses diversos tipos, muitos so utilizados por ns
corriqueiramente em festividades, como estalinhos e bombinhas de solo,
outros j so utilizados para maiores efeitos e so manuseados em locais
adequados e longe da presena de pessoas, como o conjunto de mltiplos
tubos (baterias) e rojes. Vamos ento, falar sobre alguns desses tipos de
fogos de artifcio mais detalhadamente com o intuito de entender, de forma
geral, como se d a composio destes, a formao de seus diferentes
estouros e a explicao qumica por trs de objetos to encantveis.
Falaremos, especificamente, de quatro deles: os foguetes, os morteiros, os
estalos de salo e as fontes.
Foguetes Os foguetes tm como principal propelente, a plvora. Ela classificada
como um composto propulsor, pois tanto combustvel como oxidante se
encontram misturados intimamente e fazem parte do motor na qual o p
comprimido para formar um gro monoltico nico na cmara de combusto.
(RUSSEL, 2009) A importncia da compresso do gro de plvora controlar a
taxa de queima do mesmo, assegurando uma queima mais lenta e um maior
tempo antes da propulso deste, permitindo uma maior segurana no seu
manuseamento. Essa taxa de queima, melhor conhecida como taxa de
combusto, na verdade, a medida de velocidade de regresso da superfcie
de um propelente slido perpendicularmente a sua superfcie (PORTO, 2007).
A combusto da plvora tambm proporciona o impulso para a projeo do
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foguete. A pulverizao da plvora aumenta a rea de superfcie para a reao
de combusto, aumentando o impulso. Como a massa do foguete diminui,
porque o combustvel consumido, a velocidade aumentada, fazendo com
que o foguete alcance os cus (RUSSEL, 2009). O motor do foguete serve
para vencer a gravidade e lev-lo ao alto, no qual seu movimento direcionado
pela cauda que guiada pelo vento e mantm o centro de gravidade do
mesmo, permitindo com que ele no gire em torno de si mesmo ou pratique
movimentos completamente aleatrios.
Esses foguetes podem apresentar diversos efeitos, entre eles: ruptura,
crepitao, gliter, chuvas e estrelas (RUSSEL, 2009). Russel (2009) tambm
nos traz uma frmula tpica de uma estrela de prata e ouro, exemplos de um
desses efeitos. Para a primeira, necessria a mistura de 72% (em peso) de
plvora, 16% de sulfureto de antimnio, 5% de alumnio em p e 7% de
dextrina (polissacardeo); j para a segunda, uma mistura de 58% de farelo de
plvora, 4% de p de alumnio, 24,5% de sulfureto de antimnio, 6% de oxalato
de sdio e 7% de dextrina, so suficientes. Outro efeito lembra um buqu de
flores. Dentro de um cone de plstico na cabea do foguete, pequenas
estrelas verdes compostas de 36% de nitrato de brio, 48% de clorato de
potssio, 13% de goma-laca (resina) e 3% de dextrina, so ejetados quando
inflamados pela queima do motor que se comunica com a carga de ejeo da
plvora.
A diversificao de efeitos e a busca por propelentes mais potentes tm
feito dos foguetes verdadeiras obras de engenharia regadas de frmulas
matemticas e leis fsicas e qumicas, que nos proporciona um lazer nico ao
ver a subida deles deixando para trs um rastro de brilhos e cores.
Morteiros Como os foguetes, os morteiros, e presumivelmente, todos os fogos de
artifcio so baseados em reaes exotrmicas, reaes onde h a liberao
de calor. Esse calor representado pela letra Q e est associado diminuio
da entalpia (H) do sistema. A presso constante Q = -H, de modo que para
uma reao com liberao de calor o H negativo (exotrmico), j para uma
reao com absoro de calor, o H positivo (endotrmico) (CALVERT,
2002). Alm da entalpia, as reaes que envolvem calor so controladas por
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outros fatores, como a entropia (S), que uma medida da desordem molecular
de um sistema (ATKINS, 1997, v.1, p. 78). O aumento desta favorece a
espontaneidade da reao, e se for suficientemente grande, mesmo quando a
entalpia no favorece, a reao pode ocorrer. A reao espontnea ou no,
quando levamos em conta uma associao dessas duas funes (entalpia e
entropia) com a temperatura (T) que chamada de energia livre de Gibbs (G).
Essa determinada pela Equao 1(ATKINS, 1997, v. 1):
G = H - TS (1)
Quando o G negativo a reao espontnea, quando ele positivo, a
reao no ocorre espontaneamente.
Na pirotecnia visvel um aumento significativo da entropia,
principalmente, em morteiros onde a carga que est confinada num pequeno
local liberada para um espao infinitamente aberto, em comparao ao local
inicial, at por isso, a maioria das reaes desse feitio tendem a sua concluso.
Especificando melhor o exemplo do morteiro, ele possui uma carga confinada
em um tubo de argamassa que contm plvora e outros agentes que fornecem
as cores e formas de suas exploses na forma de compartimentos. Um pavio
ento incendiado e atinge a primeira carga de plvora que expele essa carga
para fora do tubo como um tiro de um canho (RUSSEL, 2009). Pequenos
fusveis interligam esses compartimentos, mas a plvora por ser um propelente
que iniciado apenas por chama, sendo insensvel a impactos e fascas
(CALVERT, 2002), atrasa um pouco a queima desses fusveis, fazendo com
que esses queimem apenas quando a carga inicial lanada atinja certa altura
que permite segurana aos expectadores. Quando esses fusveis so
queimados, estouram os outros compartimentos liberando as cargas coloridas
e multiformes do show (RUSSEL, 2009), que podem ser vistas na Figura 2.13.
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Figura 2.13: Exploso de morteiros
Estalos de salo
Os estalos de salo so pequenas bombinhas do tamanho aproximado
de um gro de feijo, visualmente associados a saquinhos cheios de areia
(OLIVEIRA, 2007). Eles funcionam por aperto, golpe ou impacto e
caracterizado por isso, como alto explosivo, sendo uma das raras aplicaes
dessa categoria na pirotecnia (MIGUEZ). Os altos explosivos tm como uma de
suas caractersticas a detonao que um fenmeno consistente na
autopropagao de uma onde de choque atravs de um corpo explosivo,
transformando-o em produtos mais estveis, com liberao de grande
quantidade de calor (INSTRUO TCNICA 030 COMRCIO DE FOGOS
DE ARTIFCIO - DA PM DO E DE SP, 2010). A detonao a causa, nesse
caso, da exploso que um violento arrebatamento ou expanso de um
explosivo (tipo de matria que, quando iniciada, sofre decomposio muito
rpida em produtos mais estveis, com grande liberao de calor e
desenvolvimento sbito de presso), ou ainda, pela sbita liberao de presso
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de um corpo com acmulo de gases (INSTRUO TCNICA 030
COMRCIO DE FOGOS DE ARTIFCIO - DA PM DO E DE SP, 2010).9
Os estalos de salo so compostos, em geral, por: areia, papel de seda
e fulminato de prata, de frmula molecular (CNOAg).10 Esse ltimo composto
o princpio ativo do estalo de salo. Descoberto por Liebig, em 1823, foi motivo
de diversos estudos por sua caracterstica como metmero11 do cianato de
prata (descoberto alguns anos antes por Whler) e por sua grande
instabilidade, caracterizando-o com propriedades explosivas (GUITIN, 1994).
Maar (2006) nos revela que Liebig foi motivado a estudar os fulminatos, quando
ainda jovem, em uma feira de sua cidade, viu um mgico fabricar uma
substncia explosiva dissolvendo prata em cido ntrico e adicionando lcool.
At hoje a fabricao de fulminato de prata para a aplicao em fogos de
artifcio, resumidamente, consiste da adio de 10 gramas de prata em 1 litro
de cido ntrico concentrado; aps a dissoluo precipita-se um p branco com
300 mililitros de lcool puro que em seguida, filtrado, lavado e seco. O cobre
um catalisador na fabricao deste tendo ainda como funo, garantir a
estabilidade e a durabilidade do explosivo pela permanncia de seus traos no
produto final (MIGUEZ). Para a confeco do estalo de salo, um grama desse
p branco ento misturado com areia mida, bem lavada e neutralizada para
pH neutro, que so colocados em saquinhos de papel, onde ficam para secar.
A umidade sai pelos poros do papel (OLIVEIRA, 2007).
O segredo ento dos estalos de salo, onde o simples arremesso no
cho causa seu estouro a grande capacidade de exploso do fulminato de
prata, que esconde seu segredo na instabilidade do on fulminato, cuja
estrutura pode ser vista na Figura 2.14:
9Obviamente,aproporodessesconceitosatingidapelopequenotamanhodosestalosdesalo,nfima,tornandooslivreparacomercializaoeusoporqualquerpessoa,dequalqueridade,inofensivamente.10Essacomposiofoiretiradadaembalagemoriginaldeduasmarcasrevendedorasdeestalosdesalo:aPIROCOLOReaTROPICAL.11Metmeros:sodoisoumaisismeros,que,almdamesmafrmulamnima,possuemamesmafrmulamoleculare,portanto,omesmopesomolecular(GUITIN,1994).
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Figura 2.14: on fulminato
Diferentemente do seu ismero cianato, que possui o tomo de carbono no
centro de sua estrutura fazendo com que esse realize as quatro ligaes que
lhe cabem (N=C=O), o fulminato deixa o nitrognio no centro lhe concebendo
uma carga positiva e uma carga negativa no oxignio (CALVERT, 2002). Esse
on funciona como um halognio, tanto em relao a sua carga, quanto em
relao a sua reatividade. A fraca ligao simples entre o nitrognio e o
oxignio, torna propcia tamanha reatividade e instabilidade, pois compostos
com radicais nitrogenados parecem liberar oxignios radicalares quando uma
molcula de nitrognio gasoso (N2), que estvel, formada (CALVERT,
2002). Contudo, os mecanismos de reao de explosivos no so muito
conhecidos, e freqentemente, tais explicaes so esboos tericos que ainda
no foram comprovados.
Fontes As fontes so fogos de artifcio populares que vo de 15 a 125
milmetros que tem o intuito, como sugere o nome, de produzir uma fonte
luminosa de fascas. Quando este suspenso e seu acendimento feito na
posio invertida, um efeito cascata obtido (RUSSEL, 2009). Esse efeito
pode ser visto na Figura 2.15:
Figura 2.15: Cascata de fogos de artifcio descendo pelos rochedos do Castelo de Edimburgo.
O propulsor geralmente utilizado na composio das fontes a plvora,
contudo, as fascas so originadas por outras substncias que so conhecidas
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como emissores (RUSSEL, 2009). Isso se d, pois, os componentes do
propulsor reagem produzindo gases quentes que aquecem as partculas dos
emissores, ejetando-os para fora do corpo pirotcnico, assim, em contato com
o ar, essas partculas quentes proporcionam o efeito fonte. Alguns emissores
freqentemente utilizados so: carbono, titnio, alumnio, ferro e magnsio
(RUSSEL, 2009). Esses emissores, de forma geral, so os responsveis pelas
diferentes cores que a fonte emite, por exemplo, o alumnio permite cores de
prateado a dourado e o sulfeto de potssio permite cores de alaranjado a
vermelho (RUSSEL, 2009). Alm disso, esses materiais so responsveis pela
intensidade do brilho das fascas, permitindo brilhos mais ou menos intensos
de acordo com a temperatura que atingida durante a queima destes e de
suas respectivas caractersticas (RUSSEL, 2009).
Percebemos ento que tanto as fontes, quanto praticamente, todos os
tipos de fogos de artifcio tm em sua essncia o encanto da variedade de
cores e brilhos. Vimos anteriormente, que ao longo da histria a busca por essa
diversidade sempre foi o objetivo de diversos cientistas, fabricantes e
trabalhadores de fogos de artifcio e que a adio de inmeras substncias e
compostos possibilitaram essa enorme gama de cores e brilhos que temos hoje
na pirotecnia. Mas ento, porque existem todas essas cores? Porque diferentes
compostos do diferentes cores? Como explicar esse truque que os fogos de
artifcio nos proporcionam? Precisamos da Qumica e de suas ferramentas
para desvendar as cores que talvez sejam os mais misteriosos e encantadores
efeitos da pirotecnia.
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Captulo 3 As Cores dos Fogos de Artifcio Iremos tratar agora, possivelmente, da parte mais intrigante e
encantadora dos fogos de artifcio: suas cores. No captulo 1 j falamos algo
acerca delas em relao a como foram descobertas e desenvolvidas ao longo
da histria, quais principais compostos geravam certas cores, mas no
explicamos o porqu disso. Vamos ento entender como a Qumica e suas
teorias e leis nos levam a desvendar acontecimentos invisveis a olho nu que
proporcionam um espetculo, felizmente, visvel e belo.
Os Primrdios da Mecnica Quntica
Antes de pensarmos propriamente na explicao de como se do as
cores, devemos entender, primeiramente, como foi o caminho at se chegar a
essa explicao e as caractersticas e funcionalidades do ator principal desse
show: o tomo.
Russel (2009) nos traz uma viso bem ilustrativa e palpvel de como
seria um tomo. Ele nos diz para imaginarmos o tomo como uma bolha
ampliada imensamente, mais ou menos para o tamanho de uma cidade
pequena, onde a atmosfera da bolha no seria completamente vazia, mas
possusse pequenas nuvens de eltrons das quais poderosas foras emanam.
medida que fossemos caminhando em direo ao centro da bolha
encontraramos o ncleo, mais ou menos do tamanho de uma uva, onde as
partculas subatmicas (prtons e nutrons) seriam como as sementes, unidas
por uma enorme energia, enquanto as nuvens de eltrons estariam distantes
dele cerca de 2 quilmetros. Machado e Pinto (2011) tambm nos trazem uma
ilustrao semelhante. Eles nos falam para imaginarmos o ncleo do tomo
como uma cabea de alfinete ou mesmo de um palito de fsforo e assim, o
tomo como um todo (incluindo a eletrosfera) seria aproximadamente do
tamanho do anel do estdio de futebol Maracan.
Das partculas que compem o ncleo, uma carregada positivamente
(prtons) e a outra no possui carga, neutra (nutrons). Os eltrons so
carregados negativamente, ao ponto que a quantidade destes e dos prtons
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sejam iguais para que a estabilidade do tomo seja mantida, quando a
quantidade de eltrons alterada, h a formao dos ons.
Esses eltrons esto dispostos em nuvens vagas, sem uma posio definida.
Isso mostrado pelo Princpio da Incerteza de Heisenberg, no qual
impossvel especificar, simultaneamente e com preciso que se quiser, o
momento e a posio de uma partcula. (ATKINS, 1997, v. 2, p.19) Portanto,
devemos pensar no na posio do eltron, mas na densidade de
probabilidade de encontr-lo num determinado lugar.
A cincia formal que rege nossos pensamentos e ensaios cientficos
conhecida como mecnica clssica, porm, esta insuficiente quando as
coisas so vistas na escala do universo e quando as coisas so vistas em uma
escala atmica. (Russel, 2009, p.92, traduo nossa) com a escala atmica
que estamos trabalhando para explicar as cores dos nossos fogos de artifcio e
esta, ento, foge as regras da mecnica clssica e regida agora pelas ordens
da mecnica quntica. O Princpio da Incerteza, determinado por Heisenberg
o prprio corao dessa diferena, pois a mecnica clssica admitia,
falsamente, que a posio e o momento linear de uma partcula podiam ser
especificados simultaneamente com a preciso que se quisesse. (ATKINS,
1997, v. 2, p. 21) Porm, como j vimos no conceito estabelecido pelo princpio
da incerteza, isso no verdade, a mecnica quntica agora mostra que estes
so complementares, que temos que escolher entre especificar a posio
custa do momento ou o momento custa da posio. (ATKINS, 1997, v. 2, p.
21)
Os estudos que levaram origem da mecnica quntica se iniciaram
com o estudo da radiao do corpo negro. Ellern (1968, p.88) nos fala que um
corpo negro definido como um slido que emite e absorve (mas no reflete)
radiao de todos os comprimentos de onda (traduo nossa). A radiao do
corpo negro regida por algumas leis. A Lei do Deslocamento de Wien nos
mostra que a emisso de energia por um corpo negro se desloca para os
comprimentos de onda mais curtos medida que a temperatura se eleva.
(ATKINS, 1997, v. 2, p. 4) Outra caracterstica desse objeto nos dada pela Lei
de Stefan-Boltzmann no qual a excitncia (potncia emitida por uma regio de
uma superfcie dividida pela rea da superfcie, M) proporcional quarta
potncia da temperatura, medida em Kelvin (ATKINS, 1997, v.2; ELLERN,
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1968), como podemos ver na Equao 3.1 (, a constante de Stefan-
Boltzmann que vale: 5,67x10-8 W m-2 K-4):
= T4
Equao 3.1: Stefan-Boltzmann
O estudo dos corpos negros foi algo intrigante para os estudiosos da
poca (sculo XIX). Os fsicos Lorde Rayleigh e James Jeans chegaram a uma
lei que ganharam seu nome posteriormente (Lei de Rayleigh-Jeans) na qual
imaginaram o campo eletromagntico como um conjunto de osciladores com
todas as frequncias possveis e observou-se a presena de radiao com uma
frequncia especfica, significando que o oscilador eletrnico correspondente a
esta frequncia especfica teria sido excitado (ATKINS, 1997, v. 2). Porm, esta
lei funciona apenas para comprimentos de onda grandes (baixas frequncias),
pois de acordo com seu escopo, osciladores de comprimento de onda muito
curto (correspondentes luz ultravioleta, raios X e raios ), estariam excitados
fortemente mesmo temperatura ambiente, o que absurdo, gerando o que foi
conhecido como catstrofe do ultravioleta, que significa grande radiao na
regio de alta frequncia do espectro eletromagntico (ATKINS, 1997, v. 2).
A Quantizao da Energia
Em 1900, o fsico alemo Max Planck descobriu que poderia explicar as
observaes experimentais (de Rayleig-Jeans) se admitisse que a energia de
cada oscilador eletromagntico est limitada a certos valores discretos e no
pode ser alterado arbitrariamente. (ATKINS, 1997, v. 2, p. 5) Essa proposta
bate de frente com o ponto de vista da mecnica clssica que admitia que
todas as energias possveis so permitidas, e assim como o Princpio da
Incerteza de Heisenberg, a limitao de os valores de energia pertencerem a
um conjunto de valores discretos (ATKINS, 1997, v. 2, p. 5), ou seja,
possurem uma energia quantizada, marca a principal diferena entre a
mecnica clssica e a quntica.
Com esse entendimento, podemos compreender o que Russel (2009)
nos fala. Ele nos diz que aquelas nuvens de eltrons do comeo do captulo
esto dispostas em nveis discretos de energia ao redor do ncleo, onde
medida que as distncias desses nveis aumentam em relao ao ncleo, suas
energias tambm aumentam, mas como vimos, no aleatoriamente, e sim, em
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energias quantizadas. Esses nveis discretos de energia ao redor do ncleo
povoado por eltrons so, melhor conhecidos, como orbitais. sabido tambm,
que em cada orbital h um nmero limite de eltrons, por exemplo, na primeira
camada podem-se conter dois eltrons e na segunda, oito eltrons (RUSSEL,
2009). De forma simplificada, o modelo atmico de Bohr nos explica que esses
eltrons giram ao redor do ncleo ocupando certos nveis ou camadas e que
esses nveis possuem um valor determinado de energia, aonde o salto de um
eltron de um nvel de energia para o outro nos garante o fenmeno da luz
(FERREIRA, DAVID e SILVA, 2008).
Ento quer dizer que chegamos de fato na explicao de como obtemos
a luz e as cores dos fogos de artifcio? Sim! Portanto, vamos aprofundar essa
explicao para no restar nenhuma dvida acerca disso.
A luz e as cores (os espectros de emisso)
O salto de um eltron de um nvel de energia para o outro nos garante o
fenmeno da luz. Essa frase nos deixa com uma pergunta intrigante: como
assim um salto de um eltron e, simplesmente, haja a luz? Vamos l!
Vimos que esses eltrons se encontram em orbitais especficos e com
energias fixas, no aleatrias. Quando um eltron ganha uma quantidade de
energia seja por aquecimento, energia eltrica ou impacto, ele salta para um
maior nvel de energia dentro do tomo, um nvel de energia preciso,
quantizado e dizemos ento, que o tomo ficou excitado (RUSSEL, 2009).
Quando o tomo relaxa, o eltron retorna para o nvel de menor energia,
liberando na forma de luz essa energia anteriormente ganhada. Podemos
entender por luz, no s a radiao gama espectral estreita que constitui a luz
visvel (a luz que enxergamos), mas tambm as pores de luz ultravioleta
(UV) e infravermelho (IR), que so de grande importncia e aplicao no meio
cientfico (ELLERN, 1968).
Entendemos ento como se d a luz e que ela composta por pores
diferentes. A poro que nos interessa para os fogos de artifcio a poro da
luz visvel, pois atravs dela que podemos identificar e caracterizar as cores
que tanto nos encanta. Nesse processo que nos leva luz, a energia total
conservada, nos levando a Equao 3.2:
E = h
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Onde, v a freqncia de radiao relacionada a diferena de energia, E,
pela constante h, conhecida como constante de Planck (RUSSEL, 2009). Essa
equao formulada por Planck a representao matemtica/terica das
observaes experimentais acerca da energia limitada a valores discretos do
oscilador eletromagntico (ATKINS, 1997, v. 2).
Cada elemento qumico, quando passa pelo processo de excitao e
relaxao explicado acima, emite luz com diferentes comprimentos de onda e
diferentes e especficas cores. Como j vimos no captulo 1, diversos
compostos do as diferentes cores aos fogos de artifcio, como, por exemplo,
nitrato de cobre (Cu(NO3)2) que d a cor azul e nitrato de brio (Ba(NO3)2) que
d a cor verde. Essas cores emitidas por um elemento funcionam como um
tipo de carteira de identidade dele (MACHADO e PINTO, 2011). Essa
identidade pode ser verificada atravs da espectroscopia que a deteco e
anlise da radiao eletromagntica emitida por uma espcie (Atkins, 1997, v.
2, p. 50). Os espectros de emisso de cada elemento possuem valores
discretos, assim como a energia dos tomos (energia quantizada), e valores
nicos, caractersticos de cada elemento. A Figura 3.1 nos mostra os espectros
atmicos de emisso de quatro elementos diferentes, onde os observamos
como um conjunto de linhas discretas, especficas para cada elemento. Essa
diferena apresentada na localizao das linhas (comprimento de onda que
ela emite) e na quantidade delas por espectro.
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Figura 3.1: Espectros de emisso atmica do Hidrognio, Hlio, Nenio e Mercrio.
Vimos ento que as cores dos fogos de artifcio so explicadas por
saltos qunticos proporcionados pelos eltrons de um orbital para o outro com
ganho e liberao de energia. Vimos tambm, que os espectros de emisso
atmica comprovam essa teoria, caracterizando individualmente cada tipo de
tomo e que o modelo atmico de Bohr um modelo atmico muito aplicvel
para explicao de tal fenmeno.
Podemos de alguma forma, ento, utilizar os fogos de artifcio e suas
caractersticas como meios de abordagem em sala de aula para explanao de
contedos, como o de modelos atmicos, onde a explicao da formao de
luz e cores o grande diferencial do modelo atmico de Bohr em relao aos
outros. Portanto, podemos entender e desenvolver formas dessa aplicao e
metodologias que nos levem construo da relao ensino-aprendizagem
utilizando os fogos de artifcio.
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Captulo 4 Os Fogos de Artifcio em Sala de Aula Ao longo desse trabalho foram retratados diversos aspectos dos fogos de artifcio como sua histria, seus tipos, suas caractersticas, suas cores, etc.
Mas um aspecto interessantssimo sobre estes e que ainda no foi relatado,
a possibilidade de sua utilizao como temtica em sala de aula para o ensino
de Cincias. Suas inmeras especificidades podem ser abordadas em sala de
aula de modo a inserir o aluno no mundo cientfico associando-o ao seu
cotidiano, de uma maneira interdisciplinar, prtica e porque no, divertida.
Vejamos ento como podemos utilizar essa ferramenta, chamada fogos de
artifcio, no desenvolvimento do processo de ensino-aprendizagem escolar.
Os fogos de artifcio numa abordagem CTS (cincia tecnologia
sociedade) e interdisciplinar voltada para o ensino
Os fogos de artifcio podem ser utilizados como temtica principal no
ensino de contedos no s de Qumica, mas de Cincias em geral. Isso nos
mostra que alm de poderem ser retratados em sala de aula como algo que
de fora da sala de aula, como algo que faz parte da vida cotidiana dos alunos
(a maioria dos alunos j presenciou, mesmo que pela televiso, uma queima de
fogos durante o Reveillon, um evento de celebridades ou at mesmo, um jogo
de futebol), eles podem tambm ser tratados de forma integrada com outras
disciplinas como a Fsica, a Matemtica, a Histria, caracterizando um
processo de interdisciplinaridade.
De acordo com S e Silva (2005) a interdisciplinaridade aplicada ao
ensino busca promover a compreenso da unidade na diversidade, atravs da
viso do conjunto que possa garantir ao ser humano o encontro do saber na
multiplicidade de conhecimentos. A interdisciplinaridade busca o estudo de um
tema em conjunto com todas as reas na qual esse tema possa se enquadrar,
sem perder em sua essncia o contedo central que se quer transmitir. Etges
(1995)12 citado por S e Silva nos esclarece esse fato. Ele nos afirma que a
interdisciplinaridade na escola no pode consistir na criao de uma mistura de
12ETGES,N.J.Cincia,interdisciplinaridadeeeducao.In:JANTSCH,A.P.;BIANCHETTI,L.(orgs).Ainterdisciplinaridadeparaalmdafilosofiadosujeito.Petrpolis,RJ:Vozes,1995.
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contedos ou mtodos de diferentes disciplinas, ou seja, o contedo central
deve ser mantido, porm deve ser assimilado, comparado, contextualizado em
situaes e em outros contedos nos quais ele se enquadra e de forma
organizada, sem consistir de fato de uma mistura de contedos.
Uma abordagem conjunta interdisciplinaridade que pode ser usada em
sala de aula tendo os fogos de artifcio como tema principal a abordagem
CTS. Hofstein, Aikenhead e Riquarts (1988)13, citado por Santos e Mortimer
(2002), nos conta que o ensino CTS pode ser caracterizado como o ensino do
contedo de cincias no contexto autntico do seu meio tecnolgico e social,
no qual os estudantes integram o conhecimento cientfico com a tecnologia e o
mundo social de suas experincias do dia-a-dia. Com esse conceito pode-se
aprender o contedo cientfico se utilizando de meios tecnolgicos que so
inmeros, hoje em dia, atrelado aos acontecimentos e situaes do cotidiano
dos alunos.
Solomon (1993)14, citado por Santos e Mortimer (2002), nos afirma que
os contedos dos currculos montados em uma abordagem CTS, tem um
carter multidisciplinar. A multidisciplinaridade um conceito ainda mais
abrangente do que a interdisciplinaridade. V-se a interdisciplinaridade como
uma relao entre duas disciplinas, uma relao linear, j a
multidisciplinaridade, envolve um escopo de diversas disciplinas, abrangendo
uma rea maior de conhecimento. Percebemos ento, uma grande relao
entre a interdisciplinaridade e a abordagem CTS. A unio desses propicia um
ensino de Cincias, e mais especificamente, de Qumica, no qual o aluno
participante ativo do processo de aprendizagem, no qual o aluno consegue ver
na prtica o que aprende na teoria em sala de aula.
Paixo e Moura (2005) nos trazem um exemplo vivo do uso dos fogos de
artifcio com uma abordagem CTS e interdisciplinar para o ensino de Cincias.
Seu trabalho consistiu no desenvolvimento de uma temtica com o nome de
Estrelas, radiao eletromagntica e fogos de artifcio, abordada de forma
CTS por uma professora de uma sala de aula com 29 alunos do 10 ano do
Ensino Secundrio Portugus, que equivalente ao nosso 1 ano do Ensino
13HOFSTEIN,A.,AIKENHEAD,G.,RIQUARTS,K.(1988).DiscussionsoverSTSatthefourthIOSTEsymposium.InternationalJournalofScienceEducation,v.10,n.4,p.357366.14SOLOMON,J.(1993).Teachingscience,technologyandsociety.Buckingham:OpenUniversityPress.
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Mdio (idade de 15 anos) (PAIXO e MOURA, 2005). Na seguinte citao
retirada de seu trabalho, elas deixam bem clara a importncia da abordagem
CTS no ensino de Cincias: As atuais perspectivas da Didtica das Cincias defendem
aprendizagens que se tornem teis no dia-a-dia, com vista
formao de cidados, individual e socialmente mais ativos,
cientificamente mais cultos e participativos. Abandona-se um
processo curricular exaustivamente estruturado na lgica dos
contedos e procuram-se centros de interesse nas
problemticas da sociedade e da tecnologia envolvendo
componentes de proximidade dos alunos. Trata-se de envolver
os alunos, no s do ponto de vista cognitivo, mas igualmente
afetivo, tico e cultural. O objetivo do ensino das Cincias a
compreenso da Cincia e da Tecnologia, das relaes entre
uma e a outra e suas implicaes na Sociedade, ou seja, a
perspectiva CTS... (PAIXO e MOURA, 2005, p. 1)
Esse estudo foi feito interdisciplinarmente entre as disciplinas de
Qumica e Fsica e buscou-se estabelecer associaes entre as coisas do
cotidiano com os conceitos estudados em sala, como a que so devidas as
cores dos fogos de artifcio? e qual a temperatura das estrelas? (PAIXO e
MOURA, 2005). A utilizao de fogos de artifcio nesse trabalho foi estratgica,
pois na regio em que foi estabelecido o estudo h uma indstria de pirotecnia
e essa viso de estabelecer relaes com o ambiente em que a escola est
inserida, o primordial para o sucesso de uma abordagem CTS, pois no
adianta se falar sobre rvores do cerrado na caatinga ou sobre indstrias numa
regio agrcola, os alunos no conseguiro assimil-los sua vivncia.
O trabalho foi desenvolvido num conjunto de seis aulas onde os alunos
realizaram pesquisas bibliogrficas e atividades experimentais em resposta s
perguntas colocadas no pargrafo acima; houve experimentos com controle de
televiso para estudo da radiao infravermelha e uma simulao de pequenos
fogos de artifcio, por adio de sais chama de algodo embebido em etanol
num cadinho de porcelana (PAIXO e MOURA, 2005). Com esse ltimo foi
possvel perceber como se do as diferentes cores dos fogos, que so devido
aos diferentes elementos dos sais que o compem, pois cada elemento
qumico emite radiaes especficas, como impresses digitais (a explicao
mais detalhada j foi dada no captulo anterior).
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Ferreira, David e Silva (2008) nos trazem em seu mdulo didtico um
experimento praticamente igual ao utilizado no trabalho de Paixo e Moura
(2005) no qual alguns sais (sulfato de cobre, cloreto de sdio, etc.) so
aquecidos em algodes embebidos de lcool e diferentes cores so obtidas.
Da mesma forma, no mdulo didtico um dos objetivos desse experimento
associar as cores obtidas nas chamas com as cores que so obtidas nos fogos
de artifcio e outro, utilizar o modelo atmico de Bohr para a explicao desse
fenmeno.
Retomando o trabalho de Paixo e Moura (2005), acerca da avaliao
atravs da abordagem CTS e interdisciplinar, utilizaram-se diversas
componentes para avaliao dos alunos. Componentes essas, que
abrangessem todas as atividades por eles desenvolvidas, se enquadrando aos
diferentes procedimentos por eles desenvolvidos, obtendo-se resultados dos
alunos atravs de relatrios das atividades, planos desenvolvidos para as
atividades experimentais, apresentaes de pesquisas, respostas orais e
escritas, etc. mostrando assim, a versatilidade, diversidade e eficincia no
processo de construo da relao ensino-aprendizagem que tais abordagens
podem ocasionar.
A partir desses esclarecimentos acerca da abordagem CTS e
interdisciplinar e do testemunho da viabilidade e eficincia desses mtodos
para o ensino de Cincias, buscou-se desenvolver um texto informativo voltado
para alunos do Ensino Mdio sobre os fogos de artifcio, com informaes
desde sua histria, at as explicaes qumicas de suas cores. Buscou-se no
texto uma linguagem menos formal para aproximao com a idade que os
alunos nessa poca escolar se encontram (na faixa de 15 a 17 anos),
abordando o assunto de forma a integr-lo com outras disciplinas e ainda,
associando-o ao cotidiano do aluno, tendo em vista seu papel tecnolgico e
social. O texto encontra-se no Apndice I.
impressionante como nem nos damos conta da riqueza que coisas
que fazem parte naturalmente de nossas vidas e, que s vezes, nem damos
importncia, tm. Toda virada de ano nos deleitamos com imensos shows
pirotcnicos e no imaginamos toda a cincia que ocorre por trs de todos
aqueles efeitos. Uma histria grandiosa, teorias e procedimentos qumicos e
fsicos e at aplicaes em sala de aula, compem tal riqueza. notvel ento,
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que o encanto que os fogos de artifcio nos proporcionam pode ir alm das
lindas cores e formatos, pode ir ao prazer de conhecer e entender pequenos
mistrios da vida atravs deles.
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Consideraes Finais Os fogos de artifcio so verdadeiras fontes de conhecimento. Sua histria muito rica nos remete sua origem, cerca de dois mil anos
atrs, sendo confundida com a origem da plvora, seu principal combustvel.
Suas descobertas, tanto dos fogos quanto da plvora, no tm um local bem
certo, mas normalmente creditada aos chineses. Ao longo dos sculos os
fogos foram usados com diversas finalidades, desde armas de guerra e
sinalizao a entretenimento, atravs de grandiosos shows pirotcnicos, que
so uma de suas maiores utilidades hoje em dia, principalmente nas festas de
virada de ano, com exploses de fogos com durao de vrios minutos.
Com o passar do tempo, alm de suas utilidades, seus tipos, formas e
cores foram ganhando novas verses. Atualmente, existem diversos tipos de
fogos, enquadrados em diversas classificaes e apresentando inmeras
caractersticas. Uns so de uso corriqueiro e podem ser manuseados por
qualquer pessoa, como os estalinhos de salo, muito usados nas festas
juninas, j outros, precisam de todo um aparato de segurana, manuseados
por pessoas especializadas e em locais abertos, pois levam grande quantidade
de plvora e provocam grandes exploses, como os foguetes.
Outros fogos de artifcio, como as fontes, j tm como sua principal
atratividade, as luzes e cores. Cores essas que so, na verdade, a principal
atrao da maioria dos fogos. Essas praticamente no existiam nos primeiros
fogos, no fugindo muito do dourado ou prateado, devido mistura restrita dos
componentes (plvora, carvo e limalha de ferro). Com o passar do tempo, a
descoberta de sais de diferentes elementos, propiciaram a descoberta de
novas cores para os fogos e os tornaram cada vez mais especiais. Com o
desenvolvimento da mecnica quntica e a descoberta dos espectros de
emisso, que funcionam como verdadeiras impresses digitais dos elementos
qumicos, pode-se explicar o porqu dessas variedades de cores.
O modelo atmico de Bohr, ensinado para alunos do Ensino Mdio,
uma forma mais simples, mas no errada, para explicar a existncia das
diferentes cores. Sendo assim, podemos utilizar os fogos de artifcio de forma
interdisciplinar com uma abordagem CTS, trazendo algo do cotidiano dos
alunos (os fogos de artifcio) para dentro da sala de aula, e ensinar Qumica,
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Fsica e outras disciplinas, mostrando a versatilidade dos fogos de artifcio, at
como instrumento para o ensino.
Alm dessa funo de mostrar os fogos de artifcio como tema central
para abordagem de contedos cientficos em sala de aula, buscou-se com esse
trabalho aproximar as pessoas dos fogos de artifcio, tentando apresentar
esses artefatos como obra de pura cincia, mas sem retirar o encanto de sua
magia, que o que nos faz admirar tanto esses objetos incandescentes.
Retira-se tambm desse trabalho, um texto com fim fielmente educativo
e didtico para ser utilizado por professores e alunos na prtica do ensino de
cincias, onde se aborda de forma geral a histria e a cincia por trs dos
fogos de artifcio e como us-lo em sala de aula para o desenvolvimento da
relao de ensino-aprendizagem.
Finalizando, creio que para mim, esse trabalho, alm de todo o
conhecimento acadmico que me proporcionou, me fez perceber que
pequenas coisas ao nosso redor e que fazem parte de nossa rotina h anos
so cercados de cincia. Uma cincia muitas vezes simples, mas altamente
rica em detalhes e em beleza. Percebo que a partir de agora, no conseguirei
olhar para o mais simples objeto sem imaginar toda a cincia por trs que o faz
ter aquelas caractersticas.
Os fogos de artifcio h tanto tempo me encantam com suas cores e
formas e agora, me encantam ainda mais com toda a sua cincia.
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Referncias
ATKINS, P. W., Fsico-Qumica, 6 ed., LTC, 1997, v. 1 e 2.
Braslia, CBM do DF. Norma Tcnica 08. Fogos de Artifcio, 2002.
CALVERT, J. B. Flash! Bang! Whiz! An introduction to propellants, explosives, pyrotechnics and fireworks, 21 dezembro 2002. Disponvel em: Acesso
em: 2 maio 2012
ELLERN, H.; Military and Civilian Pyrotechnics; Chemical Publishing
Company Inc., New York, 1968
FERREIRA L. R. B. V.; DAVID M. A.; SILVA P. S., Modelos e Representaes do tomo. Mdulo Didtico de Qumica N 13, 2008. Disponvel em: Acesso em: 03 jul. 2012
GUITIN, R. Evoluo dos conceitos de polmero e de polimerizao. Disponvel em: Acesso
em: 14 jun. 2012
JOHNSON, W. FIREWORKS AND FIREMASTERS OF ENGLAND, 1662-1856. Int. J. Mech. ScL Vol. 36, No: 11, pp. 1061 1067, 1994. JUDITH DE OLIVEIRA. Estalos de Salo. Resposta Tcnica, Minas Gerais, 2007.
MAAR, J. H. Justus Von Liebig, 1803-1873. Parte 1: Vida, Personalidade, Pensamento. Qumica Nova, Vol. 29, No. 5, 1129-1137, 2006. Disponvel em:
Acesso em: 14 jun. 2012
MACHADO, S. P. e PINTO, A. C. A. Qumica e a Arte da Pirotecnia. CINCIA HOJE, V. 48, p. 288, 2011.
-
43
MIGUEZ, Gustavo. Manual de pirotecnia: fogos de artifcio. Disponvel em: .
Acesso em: 14 jun. 2012.
PAIXO, M. F.; MOURA, H.; Estrelas, Radiao Eletromagntica e Fogo
de Artifcio numa Abordagem CTS para o Ensino Secundrio; VII
CONGRESO ENSEANZA DE LAS CIENCIAS. NMERO EXTRA.
2005.
PORTO, B. F. Taxa de Combusto. 2007. Disponvel em: Acesso em: 22 maio 2012
REG/T 02 FOGOS DE ARTIFCIO, PIROTCNICOS, ARTIFCIOS
PIROTCNICOS E ARTEFATOS SIMILARES.
RUSSEL, M.S. The Chemistry of Fireworks. London: Royal Society of Chemistry, 2009.
S, H. C. A.; SILVA, R. R.; A Interdisciplinaridade e a Educao; XIV
Encontro Centro-Oeste de Debates sobre o Ensino de Qumica - I
Simpsio da Licenciatura Plena em Cincias Naturais e Matemtica V
Semana da Qumica, Cuiab, 2005.
SANTOS, W. L. P.; MORTIMER, E. F.; Uma Anlise de Pressupostos
Tericos da Abordagem CTS (Cincia Tecnologia Sociedade) no
Contexto da Educao Brasileira; ENSAIO Pesquisa em Educao em
Cincias, v. 2, n 2, dezembro, 2002.
So Paulo, PM do E de SP CB. Instruo Tcnica 030. Fogos de Artifcio, 2004.
So Paulo, PM do E de SP CB. Instruo Tcnica 030. Comrcio de
Fogos de Artifcio, 2010.
-
44
Vasconcelos, F. C. G. C.; Silva, L. P.; Almeida, M. A. V., Um pouco da
histria dos explosivos: da plvora ao Prmio Nobel. In: XV Encontro
Nacional de Ensino de Qumica, 2010, Braslia. Um pouco da histria dos explosivos: da plvora ao Prmio Nobel. Braslia, 2010. Disponvel em:
Acesso em: 14 maio 2012
WERRETT, S. Making fire work: pyrotechnics and natural philosophy. Endeavour, Vol.32, No.1, Elsevier, 2008.
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Apndice I
Fogos de Artifcio Histria, Cincia e Sociedade Os fogos de artifcio no possuem uma data certa em relao a sua origem. Seu
incio entrelaado com o de diversas instrumentaes que utilizavam a plvora como
combustvel.
A origem da plvora tambm muito imprecisa. Acredita-se que por volta do
sculo VIII d.C. alquimistas chineses, entre outros, procura do elixir da vida, fizeram
diversas misturas contendo todos os tipos de substncias, incluindo leos, mel e cera de
abelha e dois ingredientes especiais: o salitre (nitrato de potssio, KNO3) e o enxofre.
Surpreendentemente, a mistura entre os compostos orgnicos contidos no mel com o
salitre e o enxofre gerou uma exploso e a partir da, foi trabalhado em propores
exatas at o encontro da melhor formulao para a constituio da plvora. Com o
tempo, o mel foi trocado pelo carvo ativado e se criou a chamada plvora verdadeira
(Figura 1), sua purificao e formulao ideal foram desenvolvidas por Roger Bacon,
um experimentador europeu (Figura 2).
Figura 2: Roger Bacon Figura 1: plvora verdadeira
Ao longo dos sculos, temos diversos relatos do uso da plvora. Em 800 d.C.,
um texto taosta nos relata que misturar enxofre, rosalgar (xido de arsnio) e salitre
com mel, altamente perigoso, pois pode causar queimaduras; por volta de 1000 d.C.,
chineses usavam um propulsor semelhante plvora em foguetes; outro relato nos
mostra a descrio da formulao da plvora por rabes; em 1250, um noruegus
menciona em seu captulo militar o uso da mistura de carvo e salitre como arma. Com
tamanho poder de fogo, como vimos nesse testemunho noruegus, a plvora comeou a
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ser utilizado para fins blicos, servindo como propulsor em diversos foguetes, armas e
canhes por todo o mundo.
Por volta do sculo XIV, artesos, que s a partir do sculo XVI comearam a
ser denominados de fireworkes (trabalhadores do fogo) e firemasters (mestres do
fogo), comearam a desenvolver os primeiros fogos de artifcio, propriamente como
conhecemos hoje, onde esses eram utilizados tanto como armamento, como
entretenimento, durante festividades noturnas. A partir da, diversos relatos so obtidos
da utilizao de fogos de artifcio: em 1576, um espetculo pirotcnico movimentou a
noite durante eleio de um novo Papa no Castelo Santo ngelo (Figura 3 - feita pelo
gravador Ambroglio Giovanni Brambilla no festival Girandola, em Roma); em 1605 a
compra ou manuteno de fogos de artifcio foi proibida devido a tentativa de Guy
Fawkes em tentar explodir as Casas do Parlamento ingls utilizando 36 barris de
plvora; J na metade do sculo XVIII, Benjamin Robin e outros mencionam A
celebrao da paz final de 1749, em Londres, com uma exposio de fogos de artifcio;
no inicio do sculo XIX, William Congreve (1772-1828), dirigiu, pessoalmente, a
emisso de seus foguetes contra o cerco de Conpenhagen e conseguiu tal feito, devido
ao desenvolvimento de foguetes de alto poder explosivo e incendirio, mais fortes do
que os existentes na poca; e ainda na primeira metade deste sculo, Claude Fortun
Ruggieri, mostrou que a pirotecnia exigia conhecimentos de Fsica e Qumica, sendo
necessrio mais do que conhecimentos arquitetnicos e artsticos para a utilizao desta,
fazendo com que a pirotecnia ento, fosse vista como uma forma de Qumica
aplicada.
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Figura 3: Gravura do Castelo Santo ngelo feita por Ambroglio Giovanni Brambilla no festival
Girandola, em Roma, para eleio do novo Papa.
Como explicar as cores dos fogos de artifcio?
Na origem dos fogos de artifcio as cores eram limitadas, geralmente, ao
dourado e ao prateado, devido mistura restrita dos componentes (plvora, carvo e
limalha de ferro). Com o passar do tempo, os fogos passaram a adquirir novas cores.
Em 1786, o qumico francs Claude Louis Berthollet (1748-1822) descobriu o clorato
de potssio (KClO3) que proporcionou grande luminosidade e brilho aos fogos de
artifcio; anteriormente, no sculo XVII, mais especificamente, no ano de 1635, em seu
livro sobre fogos de artifcio, John Bate relata o uso de sulfeto de antimnio para a
obteno da cor azul e tambm, comenta do uso de pequenas quantidades de ferro para
dar uma cauda mais luminosa aos foguetes; no sculo XIX, Claude-Fortun Ruggieri,
um pirotcnico francs, mais especificamente no ano de 1801, descreve a utilizao de
sais de metais para a produo de chamas coloridas; nos anos de 1865 e 1894, as
substncias magnsio e alumnio foram acrescentados a mistura pirotcnica
proporcionando fascas brancas e uma melhora do brilho; ainda no sculo XIX, a
empresa Brock, fundada no sculo anterior por John Brock, para uma aclamada
exposio no Palcio de Cristal (Inglaterra), estabeleceu um padro indito de brilhos e
cores, pela introduo de ps metlicos e cloratos que so utilizados at hoje para esses
fins.
Mas ento, como a adio de todas essas substncias simples e compostas
podem dar tantas cores diferentes aos fogos?
Antes de explicarmos veementemente, vamos entender um pouco dos
tomos. Os tomos so invisveis aos nossos olhos e h sculos, vem sendo
representado por modelos. Modelos esses que com o passar dos anos vo se
aperfeioando e conseguindo explicar cada vez mais fenmenos. Machado e Pinto
(2011) nos trazem uma analogia para facilitar a compreenso do modelo atmico. Eles
nos falam para imaginarmos o ncleo do tomo como uma cabea de alfinete ou mesmo
de um palito de fsforo e assim, o tomo como um todo (incluindo a eletrosfera) seria
aproximadamente do tamanho do anel do estdio de futebol Maracan. Essa
representao nos conta do ncleo e da eletrosfera, que compem o tomo como um
todo. O ncleo composto pelos prtons, que possuem carga positiva e pelos nutrons,
que possuem carga neutra. A eletrosfera composta pelos eltrons, que possuem carga
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negativa. Essa eletrosfera fica ao redor do ncleo e responsvel, pelas ligaes entre
os elementos. Como falamos antes, no se sabia que os tomos eram assim, diversos
modelos foram surgindo e nesse texto, vamos especificar apenas um desses modelos,
pois ele que vai nos ajudar a explicar o fenmeno das cores, o modelo atmico de
Bohr.
Sabe-se que os eltrons presentes na atmosfera no ocupam lugares
aleatrios e sim, lugares determinados, possuindo assim, energias quantizadas. Esses
locais especficos que os eltrons ocupam, so chamados de orbitas ou camadas.
sabido tambm, que em cada orbita h um nmero limite de eltrons, por exemplo, na
primeira camada pode-se conter dois eltrons e na segunda, oito eltrons (Figura 4).
Figura 4: Representao das camadas de energia do modelo atmico de Bohr.
Niels Henrick David Bohr foi um fsico dinamarqus nascido na cidade de
Copenhagen no dia 7 de outubro de 1885 e contribui ferrenhamente no desenvolvimento
da teoria atmica. De forma simplificada, seu modelo atmico nos explica que esses
eltrons giram ao redor do ncleo ocupando certos nveis ou camadas e que esses
possuem um valor determinado de energia, aonde o salto de um eltron de um nvel de
energia para o outro nos garante o fenmeno da luz. Vamos nos aprofundar mais...
Quando um eltron ganha uma quantidade de energia seja por aquecimento,
energia eltrica ou impacto, ele salta para um maior nvel de energia dentro do tomo,
um nvel