Fuoco – Elementale, Watson!

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Benvenuti al primo articolo di Elementale, Watson!
Si tratta di un breve percorso attraverso i danni elementali nei giochi e il loro raffronto con la realtà.
E con quale avremmo potuto cominciare, se non con il più famoso e, in alcuni casi, letale?
Il Fuoco, elemento fondamentale nello sviluppo dell’Uomo, si è dimostrato da sempre un’arma efficace per tenere lontani i predatori, infliggere punizioni esemplari o incendiare gli edifici dei nemici.
Queste sue doti letali lo hanno posto come uno degli “elementi” nocivi più diffusi del mondo videoludico: dal soffio dei draghi alle magie, fino alle spade fiammeggianti.
Ciò che chiamiamo “fuoco” è l’insieme di un fenomeno visivo, la Fiamma, e il rilascio di grandi quantità di calore a seguito della combustione di una sostanza.
Ma cosa significano questi termini? Come funziona il fuoco?
Andiamo a scoprirlo assieme!

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La Fiamma

Una fiamma è un fenomeno visivo e luminoso dovuto all’eccitazione degli elettroni degli atomi in un gas.

Un atomo è formato da un nucleo e da alcuni elettroni che si trovano in delle zone circostanti dette orbitali: vi sono vari tipi di orbitali e gli elettroni che vi si trovano sono caratterizzati da una determinata quantità di energia.
Comunemente, gli elettroni tendono a trovarsi negli orbitali meno energetici (detti “bassi” perché più vicini al nucleo): se però viene fornita loro sufficiente energia, possono “salire” verso orbitali verso orbitali ad energia superiore, più distanti dal nucleo e per questo detti “alti”. Se ciò accade, si dice che si trovano in uno “stato eccitato”

Un elettrone tuttavia tende a non restare negli orbitali alti ma a ritornare verso quelli più bassi: nello scendere di orbitale, dissipa l’energia extra sotto forma di fotoni, le particelle che compongono la luce (e in generale le radiazioni elettromagnetiche), emettendo quel fenomeno luminoso che è la fiamma.
L’energia necessaria affinché un elettrone raggiunga uno stato eccitato viene fornita dall’esterno, ad esempio tramite calore: è per questo che le fiamme sono tendenzialmente associate alla combustione, come vedremo dopo.

L’unico parametro che differenzia un fotone dall’altro è la sua frequenza, simile a quella di un’onda sonora.
In termini di luce visibile, la frequenza viene interpretata dai nostri occhi come un colore: fotoni blu, ad esempio, sono più energetici di quelli rossi, così come quelli ultravioletti, a noi invisibili, sono più energetici di quelli visibili (motivo per cui i raggi ultravioletti scottano la pelle).

OUCH


La frequenza è determinata dall’energia del fotone, pari alla differenza tra l’energia dell’orbitale alto in cui si trovava l’elettrone e quello basso in cui è ricaduto: questa differenza di energia dipende dalla sostanza che brucia e dalla sua temperatura.
Ad esempio, la classica fiamma di un camino a legna è di colore dal rosso al giallo perché la sua temperatura è i 700 e i 1200 gradi centigradi, mentre la fiammella di un fornello a metano è più spostata verso il blu perché la temperatura si aggira tra i 900 e i 1500 gradi.

Combustione

Il fuoco è l’effetto di una Combustione, un fenomeno di tipo ossidativo. Ma cosa significa questo termine? Per capire meglio, dobbiamo andare a vedere come si comportano i già citati atomi quando non si trovano nella forma “libera”, vagando da soli, ma all’interno delle molecole.

Le molecole sono agglomerati di atomi tenuti assieme da fenomeni detti legami. Ogni atomo ha, globalmente, un certo quantitativo di energia data dai suoi elettroni (quelli già citati precedentemente). Come abbiamo già visto, agli elettroni piace stare in condizioni di bassa energia ed è per questo che tendono ad eliminare l’energia in eccesso tramite fotoni: lo stesso amore per le energie inferiori lo hanno anche gli atomi in toto.

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Una molecole può anche essere molto complessa e contenere diversi atomi

La maniera che hanno gli atomi per mantenersi in stati di energia inferiore è proprio il legame: condividendo gli elettroni con altri atomi, che possono essere o meno dello stesso elemento, cioè dello stesso tipo, gli atomi si trovano ad avere, globalmente, un’energia più bassa e tendono dunque a formare molecole.

Ovviamente, è possibile che un atomo si trovi nella condizione di poter cambiare la molecola di appartenenza, legandosi con atomi differenti, al fine di ridurre ulteriormente la sua energia.

È quello che avviene, ad esempio, nella combustione del metano.

BOOM BABY!

Il metano è una molecola formata da quattro atomi di idrogeno e uno di carbonio (da cui la formula CH4) ed è detto combustibile della reazione.

In presenza di ossigeno e di un innesco (di cui parleremo a breve) i cinque atomi del metano vanno a legarsi con l’ossigeno, formando rispettivamente anidride carbonica (CO2) e acqua (H2O) allo stato gassoso che si disperdono nell’ambiente.

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(I numeretti “2” davanti alle formule delle molecole si chiamano coefficienti stechiometrici e servono sostanzialmente a far tornare i conti)

Ma allora a cosa serve l’innesco

Abbiamo detto che gli atomi stanno assieme, nelle molecole, perché la loro energia risulta ridotta rispetto alla loro forma “libera”: per permettere la combustione, tuttavia, le molecole devono attraversare delle fasi intermedie dette stati di transizione e hanno bisogno di energia per farlo.

L’innesco provvede tale energia: a questo punto, gli atomi si legano con gli altri circostanti formando le molecole che gli è più gli convengono.

Esempio dell’energia in una reazione NO2+CO: l’energia iniziale è maggiore di quella finale, dunque quella in eccesso sarà emessa nell’ambiente circostante.

Anche l’ossigeno, detto comburente, si trova comunemente in forma molecolare, ovvero all’interno di una molecola formata da due atomi di ossigeno (O2), ma questa molecola ha dei legami molto deboli e dunque è molto facile da scindere.

Le nuove molecole, formate da atomi del combustibile e del comburente, hanno un’energia totale inferiore alle precedenti e ovviamente anche a quella degli atomi liberi: questa differenza di energia viene liberata sotto forma di luce e calore e va anche a innescare la reazione nelle molecole vicine.
In questo modo, le sostanze continuano a bruciare e sono in grado di sviluppare molto calore.

Ustione

Ovviamente le molecole del nostro corpo non sono immuni alla combustione: l’energia sprigionata è tale da danneggiare le molecole biologiche di cui siamo fatti. Infatti è stato osservato che le nostre proteine cominciano a decomporsi già con temperature attorno ai 44°C.

Le ustioni dovute al contatto con fonti estreme di calore (ma anche con sostanze caustiche o dovute a shock elettrico) sono state categorizzate tramite una scala di gradi di gravità crescente.

Non faremo uso di immagini vere per non urtare le persone più sensibili.
Tipo me.

Le ustioni di primo grado sono quelle che colpiscono solo lo strato più esterno della pelle, chiamato epidermide: queste ustioni sono quelle più comuni e tendono a guarire in pochi giorni.

Se però il calore assorbito dalla pelle è più elevato (cosa che avviene per temperature superiori o tempi maggiori di esposizione) si possono ottenere ustioni di secondo grado: queste ustioni colpiscono il derma, la parte di pelle sotto l’epidermide, e provocano dolorose vesciche. Richiedono settimane per essere guarite e sono più soggette a infezione.

Le terribili ustioni di terzo grado poi non sono dolorose in quanto il calore è penetrato tanto da distruggere le terminazioni nervose: queste pericolose ustioni profonde possono richiedere mesi di guarigione, spesso incompleta e con cicatrici, e nei peggiori casi richiedono, soprattutto in passato, amputazioni delle appendici coinvolte. Questa pratica può essere richiesta nel momento in cui, a causa della bruciatura, il sangue non sia più in grado di raggiungere un arto o un’appendice e si proceda alla rimozione onde evitare di avere ulteriori complicazioni dovute alla cancrena.
Raramente l’ustione raggiunge anche organi e ossa sottostanti, e in questo caso è chiamata di quarto grado.

In questi casi peggiori la medicina ha fortunatamente fatto passi da gigante, e possiamo ormai contare sul trapianto di cute per ridurre il pericolo in caso di ustioni molto gravi: questo però non significa che questa pratica sia salvifica al 100%.

Le ustioni sono molto pericolose a causa di alcuni fenomeni che provocano: oltre a essere dolorose, le ustioni implicano una diminuzione della capacità, da parte dei capillari, di trattenere il plasma, uno dei componenti del sangue. In tal caso si ha una forte perdita di liquidi e questo aumenta la viscosità del sangue, andando così ad affaticare se non danneggiare diversi organi interni.
Un tipico effetto che si ottiene da grandi ustioni, come ustioni di primo o secondo grado su due terzi del corpo o di terzo grado su appena un ottavo della superficie, è lo shock da ustione, una reazione violenta del corpo dovuto alla presenza di sostanze nocive derivate dai tessuti bruciati.

Mica posso essere serio per un intero articolo!

Combattere il fuoco

Il fuoco è dunque indubbiamente un’arma micidiale per chi è in grado di gestirlo: fortunatamente però, oggigiorno, abbiamo numerosi strumenti per difenderci da esso.

Abbiamo sviluppato materiali resistenti al fuoco come il Nomex, una sostanza simile al più famoso Kevlar (noto per la sua resistenza) ottimizzata per proteggere dal calore e dalle fiamme

Tute in Nomex

Inoltre, avendo compreso meglio il funzionamento del fuoco, siamo in grado di estinguerlo: i nostri antenati avevano già capito che l’acqua funziona molto bene, ma non sapevano come mai!
L’acqua spegne il fuoco in quanto ne sottrae calore, impedendo che esso vada a innescare altro combustibile, e perché va a ridurre l’ossigeno disponibile nell’aria, in parte “soffocando” la zona che copre, in parte riempiendo l’aria di vapore acqueo.
Queste proprietà dell’acqua sono amplificate in altre sostanze utilizzate negli estintori moderni, come l’anidride carbonica che può raggiungere, espandendosi, temperature molto basse, o come le polveri e schiume ottimizzate per sottrarre l’ossigeno.
Il metodo forse più spettacolare sono le bombe pirofughe (ormai praticamente inutilizzate) che, a contatto con il fuoco, esplodono “spostando” l’ossigeno circostante e facendo contemporaneamente cadere sulle fiamme delle polveri in grado di estinguerle.

Se questo articolo ti è piaciuto, seguici su facebook e su ludomedia e dai un’occhiata anche ai seguenti articoli:

-5 Falsi miti sulla spada medievale
-La Scienza di Fallout
-La Scienza di The Witcher
-La Scienza di Assassin’s Creed
-La Scienza di Death Stranding


2 Responses

  1. Cristian Papi

    Mi piace molto la spiegazione scientifica, ma manca del tutto la trasposizione ludica, in cui magari si spiegano le reazioni delle vittime: oltre a “danneggiare tantissimo”, il fuoco che cosa fa? Per quel poco che ne so, se uno prende fuoco tende a correre via (sbagliatissimo!) o a rotolarsi per terra (meno sbagliato).
    In senso ludico, volendo essere realistici, tutte le vittime di danno da fuoco dovrebbero perdere almeno alcuni secondi a tentare le manovre dette sopra, magari scoprendo il fianco ad altri tipi di attacchi (perché se sto prendendo fuoco non penso ai tizi con la spada INTORNO A ME, penso a MANDARE VIA QUEL MALEDETTISSIMO FUOCO), perdendo concentrazione, ecc…
    Comunque, complimenti come sempre.

    • Prof. Marrelli

      Ciao Cristian, grazie della risposta.
      Non è così semplice “dare fuoco” a una persona, siamo parecchio “umidi” e le uniche cose che facilmente possono prendere fuoco sono peli e capelli. Ciò che invece può prendere fuoco sono gli indumenti, e anche li non è necessariamente un fenomeno comune ne rapido. Quando però accade, diventa molto pericoloso e le fiamme possono parzialmente alimentarsi tramite il grasso dei tessuti che vanno a ledere.
      E’ invece molto più semplice (ed è quello che di solito produce l’effetto “uomo in fiamme”) che, a dare fuoco a una persona, siano dei liquidi infiammabili e appiccicosi o facilmente assorbiti dai vestiti (come non pensare alla benzina o, in termini storici, al fuoco greco?)
      Un colpo di torcia difficilmente porterà il nemico a prendere fuoco, tantomento immediatamente, ma potrebbe indubbiamente fornire ustioni, motivo per cui mi sono focalizzato su questo ambito.
      Ora, se però le concause portano ad essere in fiamme, a livello di combattimento sie già fregato, non sei assolutamente in grado di combattere e probabilmente fuggire può essere una buona idea comunque perché chi ti attaccano non perderà tempo a inseguirti. Una volta rotolato, devi comunque sperare che le tue ustioni siano lievi.

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