Perché il botto dei petardi di Capodanno è così potente anche se sono così piccoli

I classici “botti” che sentiamo a Capodanno sono il risultato di una reazione di deflagrazione estremamente rapida: un vero e proprio "boom" proveniente da quei candelotti, grandi o piccoli che siano, chiamati petardi. Al loro interno è presente una miscela di sostanze chimiche, tra cui polvere da sparo, che, una volta innescata, brucia velocemente e in modo violento producendo grandi quantità di gas caldi. Poiché i gas che si sviluppano sono inizialmente confinati nel piccolo volume del candelotto, la pressione aumenta fino a rompere l’involucro, generando rumore e un'onda di pressione: in poche parole, il botto che fa divertire grandi e piccini. Il punto chiave è  questo: al di là della miscela di deflagrazione, ciò che fa scoppiare il petardo è proprio il piccolo volume che impedisce ai gas di “scappare via”. Quando un gas si sviluppa in un ambiente chiuso, specie se di piccole dimensioni, la pressione aumenta e… crack: l'involucro si rompe con il classico "botto".

Attenzione: i petardi sono esplosivi e possono causare gravi danni se usati in modo improprio. Usali solo in sicurezza, seguendo le istruzioni e le norme locali.

Cosa c'è dentro un petardo: la miscela pirotecnica

La composizione tipica dei petardi deriva dalla classica polvere nera (o polvere da sparo), una miscela costituita principalmente da:

• nitrato di potassio (KNO₃), che agisce da ossidante;
• carbonio (carbone), che funge da combustibile;
• zolfo, che abbassa la temperatura di accensione e accelera la reazione.

In alcuni petardi moderni si aggiungono anche polveri metalliche, come l’alluminio, che ossidandosi contribuiscono ad aumentare ulteriormente l’energia liberata e la luminosità per un effetto ancora più scenico.

La deflagrazione: cosa succede quando accendiamo la miccia

Quando la miscela viene accesa, il nitrato di potassio si decompone liberando ossigeno che permette la combustione del carbonio e dello zolfo anche in assenza di ossigeno atmosferico. In pratica, il nitrato di potassio fornisce l'ossigeno (che sostituisce quello dell’aria), necessario per ossidare (bruciare) il carbone in una reazione di combustione. Proprio come le altre esplosioni da manuale, si passa da composti poco stabili (come il nitrato di potassio una volta scaldato) a molecole gassose più “salde” come azoto (N₂), anidride carbonica (CO₂) e solforosa (SO₂).

La combustione di queste miscele è una reazione estremamente rapida e fortemente esotermica, che produce, cioè, elevate temperature in tempi molto brevi. Modificando la grandezza dei grani di polvere nera o la proporzione tra i vari componenti della miscela, si possono ottenere effetti “esplosivi” differenti, come uno scoppio più o meno potente.

Confinamento, pressione ed energia: perché il petardo “fa il botto”

La combustione della miscela pirotecnica produce gas caldi che tendono a espandersi rapidamente nell’ambiente circostante. Se la reazione avvenisse all’aria aperta, l’effetto sarebbe limitato a una fiamma che si spegne una volta terminato il combustibile. Nel petardo, invece, la miscela è confinata in un involucro di carta o cartone che trattiene i gas per una frazione di secondo. Questo breve confinamento è sufficiente a far crescere la pressione interna fino alla rottura dell’involucro: è come quando da piccoli si facevano scoppiare i sacchetti di plastica, con la differenza che dentro al petardo avviene una vera e propria reazione vigorosa. A tutto questo, si aggiunge una miccia esterna sufficientemente lunga per ottenere una “partenza controllata” e… avere il tempo di scappare!

Quando il contenitore cede, l’energia accumulata dal gas compresso si libera all’improvviso, convertendosi in un'onda di pressione ed energia sonora, che percepiamo come il caratteristico “botto”. È per questo che anche i petardi più piccoli (maggior confinamento) producono dei botti assordanti, pur contenendo poca miscela pirotecnica… beh, ora che lo sapete, a Capodanno occhio anche ai mini-ciccioli!

Esplosivi, deflagrazione e detonazione: cosa significa davvero “esplodere”

Un esplosivo è una sostanza capace di reagire molto rapidamente sviluppando grandi quantità di calore e gas, generando così un brusco aumento di pressione. Parliamo di sostanze chimiche che, una volta “innescate”, diventano estremamente instabili e si decompongono velocemente in molecole gassose di gran lunga più stabili, come anidride carbonica (CO₂) o azoto molecolare (N₂).

Quando parliamo di scoppi, il termine esplosione è troppo generico: esiste una distinzione tra detonazione e deflagrazione, termini conosciuti ma spesso utilizzati nel modo sbagliato. Nella detonazione, la reazione si propaga a velocità superiore a quella del suono ed è accompagnata da un’onda d’urto molto intensa: è il caso degli esplosivi militari e industriali.

Nella deflagrazione, invece, la reazione si propaga a velocità subsonica, inferiore a quella del suono, producendo calore e gas ma senza un’onda d’urto intensa. In parole semplici, è come se l’esplosione fosse più delicata, ma non innocua, proprio come nel caso dei petardi. Nelle deflagrazioni, la violenza dell’esplosione dipende largamente dal confinamento del materiale reattivo: più il sistema è chiuso, maggiore sarà la pressione sviluppata e il botto che sentiamo. Il petardo è un esplosivo deflagrante: quando viene innescato, la miscela brucia rapidamente sviluppando molto calore, ma la sua violenza deriva per lo più dal confinamento del processo esplosivo in un piccolo volume.

non perderti questo video

Come funzionano i petardi “pop pop” che si usano a Capodanno: la chimica dell’esplosione