От громкого шума до протяжных свистов, от ярко-красных до бледно-голубых — существуют тысячи вариаций фейерверков и целая отрасль химии, изучающая эти забавные взрывы. Химик и президент Международной гильдии пиротехников Пол Смит пропагандирует безопасное использование фейерверков. Он раскрыл подробности их работы и рассказал о нюансах. Существуют сотни химических формул (пиротехнических рецептов) для фейерверков. Эти рецепты до сих пор основаны на древней смеси химикатов, которая производит типичный взрыв, но современные фейерверки используют все виды химической магии, чтобы устроить невероятные представления. Все начинается с черного пороха Первым ингредиентом любого фейерверка является древний взрывоопасный черный порох (дымный порох). Он был открыт китайскими алхимиками более тысячи лет назад, и с тех пор рецепт практически не изменился. Чтобы получить черный порох, необходимо смешать 75% нитрата калия, 15% древесного угля и 10% серы. Для простого фейерверка или хлопушки надо поместить это все в контейнер, сделанный из толстого картона или бумаги. Черный порох используется для запуска фейерверков в воздух, а также для воспламенения и преобразования цветовых эффектов в узор на небе. Как это работает? После поджигания плавким предохранителем или искрой сера сначала плавится при температуре 112,8°C. Сера течет по нитрату калия и древесному углю, которые затем сгорают. Эта реакция горения быстро производит большое количество энергии и газа — взрыв. Если есть небольшое отверстие для выхода газа, реакция запускает фейерверк в воздух. В очень ограниченном пространстве он взрывает компоненты фейерверка и поджигает все вокруг. В дополнение к изменению степени ограниченности черного пороха, преобразование размера гранул пороха также может изменить скорость его горения. Подумайте о костре. Когда вы добавляете большую ветку дерева, пламя горит дольше и медленнее разгорается. Если бросить горсть опилок, они сгорят быстро. Черный порох работает аналогичным образом, и это позволяет легко контролировать количество и время высвобождения энергии. Разные химические вещества для разных цветов Если вы поместите очень мелкие гранулы черного пороха в замкнутое пространство, он взорвется облаком тепла, газа и шума. Так откуда же берутся цвета и яркий свет? Когда вы нагреваете любой материал, на самом деле вы передаете энергию электронам атомов этого материала. Если вы достаточно возбудите электроны, когда они вернутся к своему нормальному энергетическому уровню, они высвободят эту избыточную энергию в виде света. Существует ряд различных элементов, которые при добавлении в фейерверк и нагревании испускают свет с разной длиной волны, проявляющийся в виде разных цветов. Стронций краснеет, барий дает зеленый цвет, а медь горит синим. Создание фейерверков, производящих синий цвет, долгое время было проблемой для химиков. Глубокие синие цвета слишком темные и не видны на фоне ночного неба. Но если синий слишком светлый, он кажется белым. Поэтому длина волны «идеального синего» должна быть очень точной. Этого трудно достичь, потому что у синего света более короткая длина волны — расстояние между пиками и впадинами световой волны очень близко друг к другу. Некоторые элементы производят разные цвета, но как насчет искр и вспышек? Для создания этих эффектов в пиротехнические составы могут быть добавлены различные металлы. Алюминий, магний и титан производят белые искры. Добавляя железо, вы получаете золотые искры. Смешивание различных видов древесного угля может дать красные и оранжевые искры. Каждый из этих элементов горит с разной скоростью и по-своему, поэтому излучает разные цвета и обладает разной интенсивностью света. Создание свиста или взрыва Завершающим элементом хорошего фейерверка является захватывающий звуковой эффект. Чтобы добавить звук к фейерверку, вам нужна формула, которая очень быстро производит большое количество газа. Если в фейерверке есть небольшое отверстие для выхода газа, он будет издавать свистящий звук. Скорость газа и размер отверстия могут изменять высоту и звук. Сделать громкий взрыв гораздо проще. Необходимо поместить энергетическую формулу в замкнутое пространство, где газу некуда деваться. При воспламенении давление возрастет, и фейерверк взорвется, произведя внезапный грохот. Когда вы в следующий раз соберетесь смотреть на праздничные фейерверки или запускать свои собственные на заднем дворе, вы будете знать, по какому принципу они работают. Фейерверки — это очень весело, но взрывы и горящие химикаты опасны, даже если они поставляются в красочной упаковке. Если вы можете законно запускать потребительские фейерверки в своем городе, обращайтесь с ними должным образом и в соответствии с инструкцией. По материалам статьи «How do fireworks work? A pyrotechnics chemist explains the science behind the brilliant colors and sounds» The Conversation