Η Χημεία Πίσω από τα Πυροτεχνήματα Sparkler

Δεν δημιουργούνται όλα τα πυροτεχνήματα ίσα. Για παράδειγμα, υπάρχει μια διαφορά ανάμεσα σε ένα πυροσβέστη και ένα σπινθηριστή: Ο στόχος ενός πυροτέχνημα είναι να δημιουργήσει μια ελεγχόμενη έκρηξη? ένας σπινθηριστής, από την άλλη πλευρά, καίει για μεγάλο χρονικό διάστημα (μέχρι ένα λεπτό) και παράγει ένα λαμπρό ντους σπινθήρων.

Ο σπινθηριστής αποτελείται από διάφορες ουσίες:

• Ένα οξειδωτικό
• Ένα καύσιμο
• Σίδηρος, χάλυβας, αλουμίνιο ή άλλη σκόνη μετάλλου
• Ένα καύσιμο συνδετικό υλικό

Εκτός από αυτά τα συστατικά, μπορούν επίσης να προστεθούν χρωστικές ουσίες και ενώσεις για να μετριάσουν το χημική αντίδραση. Συχνά, ο ξυλάνθρακας και το θείο είναι καύσιμα πυροτέχνημα ή οι σπινθήρες μπορούν απλώς να χρησιμοποιούν το συνδετικό μέσο ως καύσιμο. Το συνδετικό υλικό είναι συνήθως ζάχαρη, άμυλο ή σελάκκα. Το νιτρικό κάλιο ή το χλωρικό κάλιο μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως οξειδωτικά. Τα μέταλλα χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία σπινθήρων. Σκευάσματα Sparkler μπορεί να είναι αρκετά απλή. Για παράδειγμα, ένας σπινθηριστής μπορεί να αποτελείται μόνο από υπερχλωρικό κάλιο, τιτάνιο ή αλουμίνιο και δεξτρίνη.

Τώρα που έχετε δει τη σύνθεση ενός σπινθηριστή, ας εξετάσουμε πώς αυτά τα χημικά αντιδρούν μεταξύ τους.

Οι οξειδωτές παράγουν οξυγόνο για να καούν το μείγμα. Οι οξειδωτές είναι συνήθως νιτρικά, χλωρικά ή υπερχλωρικά. Τα νιτρικά αποτελούνται από ένα μεταλλικό ιόν και ένα νιτρικό ιόν. Τα νιτρικά άλατα δίνουν το 30% του οξυγόνου τους για να παράγουν νιτρίδια και οξυγόνο. Η προκύπτουσα εξίσωση για το νιτρικό κάλιο μοιάζει με αυτό:

2 KNO₃(στερεό) → 2 KNO₂(στερεό) + Ο₂(αέριο)

Τα χλωρίδια αποτελούνται από ένα μεταλλικό ιόν και το χλωρικό ιόν. Τα χλωρίδια παραιτούνται από όλο το οξυγόνο τους, προκαλώντας μια πιο θεαματική αντίδραση. Ωστόσο, αυτό σημαίνει επίσης ότι είναι εκρηκτικά. Ένα παράδειγμα χλωρικού καλίου αποδίδοντας το οξυγόνο του θα έμοιαζε έτσι:

2 KCIO₃(στερεό) → 2 KCI (στερεό) + 3 °₂(αέριο)

Τα υπερχλωρικά έχουν περισσότερο οξυγόνο σε αυτά, αλλά είναι λιγότερο πιθανό να εκραγούν ως αποτέλεσμα κρούσης απ 'ότι είναι τα χλωρικά άλατα. Το υπερχλωρικό κάλιο αποδίδει το οξυγόνο του σε αυτή την αντίδραση:

ΚΟΟΟ₄(στερεό) → KCI (στερεό) + 20₂(αέριο)

Οι αναγωγικοί παράγοντες είναι το καύσιμο που χρησιμοποιείται για την καύση του οξυγόνου που παράγεται από τους οξειδωτές. Αυτή η καύση παράγει θερμό αέριο. Παραδείγματα αναγωγικών παραγόντων είναι το θείο και ο άνθρακας, που αντιδρούν με το οξυγόνο για να σχηματίσουν διοξείδιο του θείου (SO₂) και διοξειδίου του άνθρακα (CO₂), αντίστοιχα.

Δύο αναγωγικοί παράγοντες μπορούν να συνδυαστούν για επιτάχυνση ή επιβράδυνση της αντίδρασης. Επίσης, τα μέταλλα επηρεάζουν την ταχύτητα της αντίδρασης. Λεπτές μεταλλικές σκόνες αντιδρούν πιο γρήγορα από χονδροειδείς σκόνες ή νιφάδες. Άλλες ουσίες, όπως αραβοσιτέλαιο, μπορούν επίσης να προστεθούν για να ρυθμίσουν την αντίδραση.

Τα συνδετικά υλικά συγκρατούν το μίγμα μαζί. Για ένα σπινθηριστή, τα κοινά συνδετικά είναι δεξτρίνη (ένα σάκχαρο) διαβρεγμένο με νερό ή μια ένωση σέλλας που έχει διαβραχεί με αλκοόλη. Το συνδετικό υλικό μπορεί να χρησιμεύσει ως αναγωγικό μέσο και σαν συντονιστής αντίδρασης.

Ας τα βάλουμε όλα μαζί. Ένα σπινθηριστή αποτελείται από ένα χημικό μίγμα που χυτεύεται πάνω σε ένα άκαμπτο ραβδί ή σύρμα. Αυτές οι χημικές ουσίες συχνά αναμιγνύονται με νερό για να σχηματίσουν έναν πολτό που μπορεί να επικαλυφθεί σε ένα σύρμα (με εμβάπτιση) ή να χυθεί σε ένα σωλήνα. Μόλις το μίγμα στεγνώσει, έχετε ένα σπινθηριστή. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν σκόνη αλουμινίου, σιδήρου, χάλυβα, ψευδαργύρου ή μαγνησίου ή νιφάδες για να δημιουργηθούν οι λαμπερείς σπινθήρες. Οι μεταλλικές νιφάδες ζεσταίνονται μέχρι να πυρακτωθούν και να λάμπουν φωτεινά ή, σε αρκετά υψηλή θερμοκρασία, να καούν πραγματικά. Μερικές φορές οι πιλότοι καλούνται χιονόμπαλες αναφορικά με την σφαίρα σπινθήρων που περιβάλλει το καίγον μέρος του σπινθηριστή.

Μπορούν να προστεθούν διάφορες χημικές ουσίες για τη δημιουργία χρωμάτων. Το καύσιμο και το οξειδωτικό είναι αναλογικά, μαζί με τα άλλα χημικά, έτσι ώστε το σπινθήρα καίει σιγά-σιγά αντί να εκραγεί σαν πυροτέχνημα. Μόλις το ένα άκρο του σπινθηριστή αναφλεγεί, καίγεται προοδευτικά στο άλλο άκρο. Θεωρητικά, το τέλος του ραβδιού ή του καλωδίου είναι κατάλληλο για να το στηρίξει ενώ καίγεται.

Προφανώς, οι σπινθήρες που ξεδιπλώνονται από ένα καυστήρα παρουσιάζουν κίνδυνο πυρκαγιάς και καίγονται. λιγότερο προφανές, οι σπινθηριστές περιέχουν ένα ή περισσότερα μέταλλα, έτσι ώστε να παρουσιάζουν κίνδυνο για την υγεία. Οι σπινθηριστές δεν πρέπει να καίγονται σε κέικ σαν κεριά ή να χρησιμοποιούνται με άλλο τρόπο κατά τρόπο που θα μπορούσε να οδηγήσει στην κατανάλωση της τέφρας. Έτσι, χρησιμοποιήστε ασφαλείς σφραγίδες και διασκεδάστε!