Красный, белый и бум! Как работают фейерверки

Фейерверки появились в Китае около 2000 лет назад. Порох, также известный как черный порох, чтобы отличать его от современного бездымного пороха, является самым ранним известным химическим взрывчатым веществом. Почти тысячу лет спустя китайский монах по имени Ли Тянь создал первую петарду, набив бамбуковую палку порохом и бросив ее в огонь, создав громкий взрыв.

Сегодня фейерверки используются для празднования событий и традиций во многих культурах по всему миру. Хотя 4 июля по-прежнему является «большим днем», американцы используют фейерверки круглый год для празднования на фестивалях, специальных мероприятиях, спортивных мероприятиях, таких как Суперкубок и знаменитое шоу Диснея. Фейерверки осветили небо по всей Японии, чтобы отметить год, оставшийся до начала Олимпийских игр в Токио.

Мы все немного одержимы этими захватывающими дух зрелищами, но почему некоторые фейерверки взрываются, некоторые свистят, а другие потрескивают? Что создает ослепительные красные, оранжевые, желтые, зеленые, синие и фиолетовые оттенки, взрывающиеся в небе, вызывая «охххх» и «ахххх» у очарованных зрителей?

Порадуйте начинающих инженеров-пиротехников на уроке естествознания, показав им, как химия стоит за красивыми цветами и оглушительными звуками фейерверков, которые зажигают наши эмоции.

Во-первых, давайте рассмотрим некоторые научные основы этих ослепительных симфоний в небе.

Взрывная комбинация

В каждом фейерверке есть по крайней мере одно химическое вещество, богатое кислородом, окислитель:

• Нитрат калия
• Перхлорат калия
• Нитрат стронция богат кислородом, но также дает красный цвет пламени

Затем вам нужно топливо для соединения с окислителем для получения тепла. В качестве топлива используются такие вещества, как сера, древесный уголь, алюминиевая или магниевая пудра. Окислитель разрушает химические связи в топливе, высвобождая энергию. Огонь (от фитиля или прямого пламени) запускает химическую реакцию.

Что скрывается за звуками щелчка, треска и взрыва

Прикройте уши! Когда некоторые фейерверки взрываются, они могут соперничать с самой громкой грозой.

Химическая смесь, содержащаяся в фейерверке, определяет, какой звук он издает. Пиротехники сжигают эту смесь, чтобы создать взрыв или взрыв, которого мы с нетерпением ждем, когда взорвется фейерверк. Порох — это разрывной заряд, изготовленный из серы, древесного угля и нитрата калия (селитры). Сера и древесный уголь действуют как топливо, в то время как селитра является окислителем.

Есть более современные разрывные заряды с металлическим порошком внутри, которые более острые и громкие и вспыхивают со световым эффектом, создавая фейерверки, которые сотрясают дом. Обычные разрывные заряды включают:

• Черный порошок
• Вспышка пороха
• H3
• Смесь свистков

Держите порох сухим, потому что, как только запал зажжен, он сгорает в центре гильзы, зажигает предохранитель с временной задержкой, соединенный с разрывным зарядом, и — БАБАХ!

Этот гулкий звук, который мы слышим после взрыва, вызван быстрым высвобождением энергии, которая заставляет воздух расширяться быстрее скорости звука, создавая ударную волну. Эти снаряды, разрывающиеся в воздухе, несомненно, являются доказательством того, что наш флаг все еще там (включите патриотическую музыку здесь)!

Как фейерверки получают эти впечатляющие цвета

Мы знаем, что различные химические элементы, нагретые до высоких температур, избавляются от этой энергии, излучая определенные длины волн света. Соли металлов идеально подходят для фейерверков, потому что эти соединения при сгорании дают интенсивный цвет.

Некоторые примеры включают

• Стронций для красного
• Барий для зеленого цвета
• Кальций для апельсина
• Медь для синего
• Натрий для желтого
• Медь и стронций для фиолетового

Когда элемент воспламеняется, электроны, окружающие атомы, возбуждаются и заряжаются энергией в пламени. Когда различные элементы воспламеняются, они излучают свет разной длины волны, который преобразуется в разные цвета в зависимости от типа фейерверка.

Некоторые цвета сложнее воспроизвести, чем другие. Большинство инженеров-пиротехников сходятся во мнении, что синий цвет — самый трудный для получения. Это потому, что вечернее небо имеет оттенок синего, поэтому большинство синих оттенков не проявляются так хорошо, как другие цвета. Если вы попытаетесь сделать синий цвет ярче, чтобы контрастировать с фоном, он может выглядеть размытым. Вы должны получить правильный баланс меди и других химических веществ в пламени или реакции горения, чтобы получить лучшее пламя синего цвета в фейерверке.

Студенты получат удовольствие от изучения химии пиротехники. Однажды они могут стать пиротехником, который радует нас грохотом, хлопками и яркими цветами фейерверка.