Chemia kolorów fajerwerków

Co powoduje te żywe kolory — i nauka za tym kryjąca się?

Steve Kelley aka mudpig / Getty Images

Tworzenie kolorów fajerwerków to złożone przedsięwzięcie, wymagające znacznej sztuki i zastosowania nauk fizycznych. Z wyłączeniem propelentów lub efektów specjalnych, punkty światła wyrzucane z fajerwerki , określane jako „gwiazdy”, zazwyczaj wymagają producenta tlenu, paliwa, spoiwa (aby utrzymać wszystko tam, gdzie trzeba) i producenta koloru. Istnieją dwa główne mechanizmy powstawania koloru w fajerwerkach: żarzenie i luminescencja .

Rozżarzony

Żarówka to światło wytwarzane z ciepła. Ciepło powoduje, że substancja staje się gorąca i świeci, początkowo emitując podczerwień, a następnie czerwone, pomarańczowe, żółte i białe światło, gdy staje się coraz gorętsze. Gdy temperatura fajerwerków jest kontrolowana, świecenie elementów, takich jak węgiel drzewny, można manipulować, aby we właściwym czasie uzyskać żądany kolor (temperaturę). Metale, takie jak aluminium, magnez , i tytan, palą się bardzo jasno i są przydatne do zwiększania temperatury fajerwerków.

Luminescencja

Luminescencja jest wytwarzana przez światło używając energii źródła inne niż ciepło. Czasami luminescencja nazywana jest „zimnym światłem”, ponieważ może wystąpić w temperatura pokojowa i niższe temperatury. Aby wytworzyć luminescencję, energia jest pochłaniana przez elektron atomu lub cząsteczki, powodując jego wzbudzenie, ale niestabilność. Energia jest dostarczana przez ciepło płonących fajerwerków. Gdy elektron powraca do niższego stanu energetycznego, energia jest uwalniana w postaci fotonu (światła). Energia foton określa jego długość fali lub kolor.​

W niektórych przypadkach sole potrzebne do uzyskania pożądanego koloru są niestabilne. Chlorek baru (zielony) jest niestabilny w temperaturze pokojowej, więc bar musi być połączony z bardziej stabilnym związkiem (np. chlorokauczuk). W tym przypadku chlor jest uwalniany w cieple spalania kompozycji pirotechnicznej, aby następnie utworzyć chlorek baru i uzyskać zielony kolor. Z drugiej strony chlorek miedzi (niebieski) jest niestabilny w wysokich temperaturach, więc fajerwerki nie mogą być zbyt gorące, ale muszą być wystarczająco jasne, aby były widoczne.

Jakość składników fajerwerków

Czyste kolory wymagają czystych składników. Nawet śladowe ilości zanieczyszczeń sodowych (żółto-pomarańczowe) są wystarczające, aby zdominować lub zmienić inne kolory. Wymagana jest ostrożna receptura, aby zbyt dużo dymu lub pozostałości nie maskowały koloru. W przypadku fajerwerków, podobnie jak w przypadku innych rzeczy, koszt często wiąże się z jakością. Umiejętności producenta i data produkcji fajerwerków mają duży wpływ na ostateczny wygląd (lub jego brak).

Tabela barwników fajerwerków

Kolor	Mieszanina
Czerwony	sole strontu, sole litu węglan litu, LidwaWSPÓŁ3= czerwony węglan strontu, SrCO3= jasnoczerwony
Pomarańczowy	sole wapnia chlorek wapnia, CaCldwa siarczan wapnia, CaSO4 · xHdwaO, gdzie x = 0,2,3,5
Złoto	żarzenie żelaza (z węglem), węgla drzewnego lub sadzy
Żółty	związki sodu azotan sodu, NaNO3 kriolit, Na3AlF6
Elektryczny biały	rozgrzany do białości metal, taki jak magnez lub aluminium tlenek baru, BaO
Zielony	związki baru + producent chloru chlorek baru, BaCl+= jasnozielony
Niebieski	związki miedzi + producent chloru acetoarsenit miedzi (zieleń paryska), Cu3JakdwaO3KukułkadwaH3Odwa)dwa= niebieski chlorek miedzi (I), CuCl = turkusowy
Fioletowy	mieszanina związków strontu (czerwony) i miedzi (niebieski)
Srebro	spalanie proszku lub płatków aluminium, tytanu lub magnezu

Sekwencja wydarzeń

Samo zapakowanie barwników chemicznych do ładunku wybuchowego wytworzyłoby niezadowalający fajerwerk! Sekwencja wydarzeń prowadzi do pięknego, kolorowego wyświetlacza. Zapalenie lontu zapala ładunek windy, który wystrzeliwuje fajerwerki w niebo. Ładunek nośny może być prochem czarnym lub jednym z nowoczesnych materiałów miotających. Ładunek ten płonie w ograniczonej przestrzeni, wypychając się w górę, gdy gorący gaz jest przepychany przez wąski otwór.

Lont pali się z opóźnieniem, aby dotrzeć do wnętrza łuski. Powłoka jest wypełniona gwiazdami, które zawierają pakiety metal sole i materiały palne. Kiedy lont dotrze do gwiazdy, fajerwerk znajdzie się wysoko nad tłumem. Gwiazda rozpada się, tworząc świecące kolory dzięki połączeniu żarowego ciepła i luminescencji emisyjnej.