Η Χημεία Πίσω από τα Πυροτεχνικά Χρώματα

Η δημιουργία χρωμάτων πυροτεχνημάτων είναι μια πολύπλοκη προσπάθεια, που απαιτεί σημαντική τέχνη και εφαρμογή της φυσικής επιστήμης. Εξαιρουμένων των προωθητικών ή ειδικών επιδράσεων, τα σημεία φωτός που εκτοξεύονται πυροτεχνήματα, που ονομάζονται «αστέρια», απαιτούν γενικά έναν παραγωγό οξυγόνου, καύσιμο, συνδετικό υλικό (για να διατηρούν τα πάντα όπου χρειάζεται) και παραγωγός χρωμάτων. Υπάρχουν δύο κύριοι μηχανισμοί παραγωγής χρωμάτων σε πυροτεχνήματα, πυράκτωση και φωτοβολία.

Η πυρακτώση είναι φως που παράγεται από τη θερμότητα. Η θερμότητα αναγκάζει μια ουσία να ζεσταθεί και να λάμψει, εκπέμποντας αρχικά υπέρυθρες, έπειτα κόκκινο, πορτοκαλί, κίτρινο και λευκό φως καθώς γίνεται όλο και πιο θερμό. Όταν η θερμοκρασία ενός πυροτεχνηματος ελέγχεται, η λάμψη των εξαρτημάτων, όπως ο ξυλάνθρακας, μπορεί να χειριστεί ώστε να είναι το επιθυμητό χρώμα (θερμοκρασία) στην κατάλληλη στιγμή. Μέταλλα, όπως αλουμίνιο, μαγνήσιο, και το τιτάνιο, καίγονται πολύ φωτεινά και είναι χρήσιμα για την αύξηση της θερμοκρασίας του πυροτεχνημάτων.

Η φωταύγεια παράγεται ελαφρά χρησιμοποιώντας ενέργεια πηγές εκτός της θερμότητας. Μερικές φορές η φωταύγεια καλείται «ψυχρό φως» επειδή μπορεί να συμβεί σε θερμοκρασία δωματίου και ψυχρότερες θερμοκρασίες. Για να παράγει φωταύγεια, η ενέργεια απορροφάται από ένα ηλεκτρόνιο ενός ατόμου ή μορίου, προκαλώντας το να γίνει ενθουσιασμένο αλλά ασταθές. Η ενέργεια τροφοδοτείται από τη θερμότητα του καύσιμου πυροτεχνημάτων. Όταν το ηλεκτρόνιο επιστρέψει σε κατάσταση χαμηλότερης ενέργειας, η ενέργεια απελευθερώνεται με τη μορφή φωτονίων (φωτός). Η ενέργεια του φωτόνιο καθορίζει το μήκος κύματος ή το χρώμα του.

Σε ορισμένες περιπτώσεις, τα άλατα που απαιτούνται για την παραγωγή του επιθυμητού χρώματος είναι ασταθή. Το χλωριούχο βάριο (πράσινο) είναι ασταθές σε θερμοκρασίες δωματίου, έτσι βάριο πρέπει να συνδυάζεται με μια πιο σταθερή ένωση (π.χ., χλωριωμένο καουτσούκ). Στην περίπτωση αυτή, το χλώριο απελευθερώνεται στη θερμότητα της καύσης της πυροτεχνικής σύνθεσης, για να σχηματίσει στη συνέχεια χλωριούχο βάριο και παράγει το πράσινο χρώμα. Το χλωριούχο χαλκό (μπλε), από την άλλη πλευρά, είναι ασταθές σε υψηλές θερμοκρασίες, οπότε το πυροτέχνημα δεν μπορεί να πάρει πολύ ζεστό, αλλά πρέπει να είναι αρκετά φωτεινό για να το δει κανείς.

Τα καθαρά χρώματα απαιτούν καθαρά συστατικά. Ακόμα και ίχνη ποσότητες ακαθαρσιών νατρίου (κίτρινο-πορτοκαλί) επαρκούν για να υπερνικήσουν ή να αλλάξουν άλλα χρώματα. Απαιτείται μια προσεκτική διατύπωση, ώστε να μην καλύπτεται υπερβολικά ο καπνός ή τα υπολείμματα. Με τα πυροτεχνήματα, όπως και με άλλα πράγματα, το κόστος συχνά σχετίζεται με την ποιότητα. Η ικανότητα του κατασκευαστή και η ημερομηνία του πυροτεχνημάτων που παράγεται επηρεάζουν σημαντικά την τελική οθόνη (ή την έλλειψή της).

Απλώς η συσκευασία χημικών χρωμάτων σε εκρηκτικό φορτίο θα δημιουργούσε ένα μη ικανοποιητικό πυροτέχνημα! Υπάρχει μια σειρά γεγονότων που οδηγούν σε μια όμορφη, πολύχρωμη οθόνη. Ο φωτισμός της ασφάλειας προειδοποιεί το φορτίο του ανελκυστήρα, το οποίο ωθεί το πυροτέχνημα στον ουρανό. Το φορτίο ανελκυστήρα μπορεί να είναι μαύρη σκόνη ή ένα από τα σύγχρονα προωθητικά. Αυτή η φόρτιση καίει σε περιορισμένο χώρο, ωθώντας την προς τα πάνω, καθώς το καυτό αέριο εξαναγκάζεται μέσα από ένα στενό άνοιγμα.

Η ασφάλεια συνεχίζει να καίει με καθυστέρηση για να φτάσει στο εσωτερικό του κελύφους. Το κέλυφος είναι γεμάτο με αστέρια που περιέχουν πακέτα μέταλλο άλατα και εύφλεκτο υλικό. Όταν η ασφάλεια φτάσει στο αστέρι, το πυροτέχνημα είναι ψηλά πάνω από το πλήθος. Το αστέρι φυσάει χωριστά, σχηματίζοντας λαμπερά χρώματα μέσω ενός συνδυασμού θερμότητας πυρακτώσεως και φωταύγειας εκπομπής.