Blog original en inglés por Natalie Hudson-Smith
Editado por Becky Rodriguez
Publicado originalmente el 28 de diciembre 2017

La primera vez que tuve en mis manos una luz de Bengala fue apenas hace un año. Mientras veía cómo daba chispas de fuego y la agitaba para dejar rastros de luz por aquí y por allá, me pregunté “¿De qué están hechas las luces de Bengala? Y, ¿su contenido tendrá algo que ver con la nanociencia?”.

El fuego y las luces han estimulado la curiosidad y la imaginación de la humanidad durante siglos, y los fuegos artificiales no se quedan atrás. Estos impresionantes despliegues pirotécnicos se usan en distintos festejos a lo largo del año; por ejemplo, el 4 de julio en los Estados Unidos, la Noche de Guy Fawkes en el Reino Unido, el Diwali en la India, la Navidad en Perú y, por supuesto, para celebrar la llegada del Año Nuevo.¹ En una publicación previa sobre nanotecnología sostenible, nos referimos a la forma en que las nanopartículas se emplean en la elaboración de fuegos artificiales a nivel profesional para hacerlos más sorprendentes aún y conseguir que su impacto en el medioambiente sea menor.

Los fuegos artificiales, como los cohetes (petardos) y las primeras luces de Bengala, surgieron en China en algún momento entre el año 600 y el 900 A.C., y la receta básica para elaborarlos no ha cambiado mucho desde entonces,² de manera que si usted no vive cerca de algún lugar en el que se celebre con fuegos artificiales, podría comprar sus propios dispositivos de pirotecnia en pequeña escala, como luces de Bengala y bengalas en general en puestos callejeros, para festejar con su familia y sus amigos, como hice yo (si no es contra la ley hacerlo). Las luces de Bengala modernas han estado en el mercado desde 1975 y contienen tres componentes básicos: un combustible metálico, un oxidante y un aglutinante inflamable que une el combustible y el oxidante.³

El base color de las chispas depende del combustible. Por ejemplo, las chispas clásicas, de color blanco, son producidas de una mezcla combustible de aluminio y magnesio. Las luces de Bengala también pueden contener otros metales, con los que producirán una gama muy variada de colores: las sales de cobre (Cu) les darán a las chispas de las luces de Bengala un tono azul, y las de sodio (Na), uno amarillo.

Para muchos de nosotros, pensar en las luces de Bengala y los fuegos artificiales nos trae recuerdos de las festividades del 4 de julio, pero los espectáculos de fuegos artificiales son el sello de muchas celebraciones alrededor del mundo. Las luces de Bengala, junto con los fuegos artificiales a menor escala, son populares en el Diwali, el festival de las luces hindú. Ha habido un alto aumento de uso de fuegos artificiales durante el Diwali dieron lugar a que se investigara su impacto potencial en la salud. Los investigadores del Instituto de Tecnología Química de la India investigaron la calidad del aire en diferentes áreas de la India después del Diwali,⁴ y descubrieron que la contaminación metal en el aire era mucho más alta que en los días previos del festival. Los informes sobre contaminación metal y las inquietudes sobre la calidad del aire, han sido afectados por estos fuegos artificiales comerciales, incluso han propiciado que se establezcan límites respecto a la cantidad de fuegos artificiales que puede usarse en el festival de Diwali.⁵

Ya se sabía que hay partículas de materia que quedan en el aire despues de una vez que arden las luces de Bengala, pero los investigadores del Instituto Jozef Stefan buscaron determinar si se producían nanopartículas.⁶ (Recordemos que una nanopartícula es una partícula cuyo diámetro es de 1 a 100 nm o de una milmillonésima a 100 milmillonésimas de metro). El equipo del Jozef Stefan tomó muestras del aire a tres distancias diferentes de una luz de Bengala encendida: 65 cm, 1.5 m y 3.0 m. A 65 cm, tomaron muestras del aire para determinar el nivel de exposición del niño (o el estudiante, quizás) que manejara la luz de Bengala. A 1.5 m, se trató de determinar la exposición de un adulto que supervisara a un niño, o el de otras personas que estuvieran cerca. A 3.0 m, el objetivo era determinar la exposición del entorno y los niveles de contaminación para las personas que estuvieran un poco más lejos. Se revisaron los niveles en el aire durante media hora, mientras ardía la luz y después de que se consumiera esta.

Las muestras de aire se analizaron con instrumentos que separan las partículas por tamaño y, con ayuda de un contador de partículas, los científicos pudieron determinar cuántas partículas se producían. Así, se determinó que una sola luz de Bengala produce millones de partículas. Las partículas recolectadas se examinaron con un conjunto de técnicas, como la microscopía de electrones, para visualizarlas, y con técnicas radiográficas, para obtener información sobre su composición de elementos.

Se descubrió que las nanopartículas, cuyo tamaño va de un par de nanómetros a un par de cientos de nanómetros, son resultado del proceso en el que se consumen las luces de Bengala. Los tamaños más comunes encontrados fueron de 14 nm y 100 nm, aunque la mayoría de las partículas eran de entre 70 y 200 nm. La combustión de una sola luz de Bengala aumentó 150 veces los niveles normales de concentración de partículas en el aire de la habitación.

Las nanopartículas producidas por las luces de Bengala estaban compuestas de diferentes elementos metálicos, como el BaAl₂O₄, el BaFe₂O₄ y el Ba₃Al₂O₆. A nadie le sorprendió que estos subproductos incluyeran bario, hierro y aluminio: los dos últimos son el combustible metálico usado en las luces de Bengala, y a menudo se les añade bario, para darles un tono verdoso. Si se hicieran arder luces de Bengala de diferentes colores, como azul (colorante de cobre), rojo (colorante de estroncio) o amarillo (colorante de sodio), uno podría esperar que se produjeran como nanopartículas otros componentes que incluyeran estos metales.

En cuanto a la salud y al impacto medioambiental de las nanopartículas que producen las luces de Bengala, es necesario realizar otras investigaciones. Sabemos que el uso de luces de Bengala y otros fuegos artificiales comerciales de pequeña escala pueden aumentar la contaminación. Sin embargo, se desconocen sus efectos sobre la salud, en especial sobre los pulmones de los niños (el público meta de las luces de Bengala). Por ahora, los autores del estudio sobre las luces de Bengala señalan que los dispositivos pirotécnicos a pequeña escala siempre deben usarse al aire libre, para permitir que el aire circule y minimizar la exposición crónica a las nanopartículas; además, recomiendan el desarrollo de fuegos artificiales más seguros (pero igual de impresionantes).

La próxima vez que encienda una luz de Bengala para el Año Nuevo, el 4 de julio o el Diwali, tómese unos momentos para pensar en los millones de nanopartículas que produce este hermoso invento.

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RECURSOS EDUCATIVOS (en inglés)

• Smithsonian: 14 Fun Facts About Fireworks by Helen Thompson
• Video: barium flame test showing green color
• Scientific American: Why do certain elements change color over a flame?

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REFERENCIAS

1. Kuoni.co.uk. Fireworks celebrations around the world.
2. Thompson, H. 14 Fun Facts About Fireworks. Smithsonian.com, July 4, 2014.
3. Long, R., Mcmanus, H., Wigal V. Sparkler composition. United States Patent. US 3862865 A.
4. Kulshrestha, U.C., Rao, T.N., Azhaguvel, S., Kulshrestha, M.J.. Emissions and accumulation of metals in the atmosphere due to the crackers and sparkles during Diwali festival in India. Atmospheric Environment, 2004. doi: 10.1016/j.atmosenv.2004.05.044
5. Chappell, B. Diwali Fireworks are Limited in India Over Toxic Smog Concerns. NPR.org, Oct 13, 2017.
6. Remškar, M., Tavčar, G., Škapin, S. Sparklers as a nanohazard: size distribution measurements of the nanoparticles released from sparklers. Air Quality, Atmosphere, and Health. 2015, 8 (2), 205–211. doi: 10.1007/s11869-014-0281-8