Für viele Menschen auf der ganzen Welt werden die ersten Momente des neuen Jahres von den Klängen und farbenfrohen Lichtspielen des Feuerwerks erfüllt sein. Von lauten Knallgeräuschen bis zu langen Pfiffen, von leuchtenden Rottönen bis hin zu blassen Blautönen gibt es Tausende von Variationen von Feuerwerkskörpern und einen ganzen Zweig der Chemie, der sich mit diesen lustigen Explosionen beschäftigt.
Ich bin Chemiker und Präsident der Pyrotechnics Guild International, einer Organisation, die den sicheren Einsatz von Feuerwerkskörpern und deren Verwendung zur Feier von Feiertagen wie Neujahr fördert.
Es gibt Hunderte von chemischen Formeln – oder wie ich sie gerne nenne, pyrotechnische Rezepte – für Feuerwerkskörper. Diese Rezepte basieren immer noch auf einer alten Mischung von Chemikalien, die die ultimative Bong herstellt, aber moderne Feuerwerkskörper nutzen alle Arten chemischer Magie, um die unglaublichen Shows von heute zu liefern.
Alles beginnt mit Schwarzpulver
Die erste Zutat in jedem Feuerwerk ist Schwarzpulver, ein uralter Sprengstoff. Es wurde vor über tausend Jahren von chinesischen Alchemisten entdeckt und das Rezept ist im Laufe der Jahrhunderte praktisch unverändert geblieben. Um Schwarzpulver herzustellen, mischen Sie einfach 75 % Kaliumnitrat, 15 % Holzkohle und 10 % Schwefel. Um ein einfaches Feuerwerk oder einen Kracher herzustellen, geben Sie dieses Pulver einfach in einen Behälter, der normalerweise aus dickem Karton oder Papier besteht.
Schwarzpulver wird verwendet, um das Feuerwerk in die Luft zu schleudern und die Effekte – wie die Farbe – zu entzünden und in einem Muster am Himmel hervorzurufen. Wie funktioniert es also?
Sobald Schwefel durch einen Docht oder Funken entzündet wird, schmilzt er zunächst bei 112,8 °C (235 °F). Der Schwefel fließt auf das Kaliumnitrat und die Kohle, die dann verbrennt. Bei dieser Verbrennungsreaktion entsteht schnell eine große Menge an Energie und Gas – also eine Explosion. Wenn ein kleines Loch vorhanden ist, durch das das Gas entweichen kann, wird das Feuerwerk durch die Reaktion in die Luft geschleudert. Auf engstem Raum explodieren die Feuerwerkskörper und entzünden alles in der Nähe.
Neben der Veränderung des Einschlussgrades des Schwarzpulvers kann auch die Größe der Pulverkörner die Brenngeschwindigkeit beeinflussen. Denken Sie an ein Lagerfeuer. Wenn Sie einen großen Ast hinzufügen, brennen die Flammen länger und langsamer. Wenn Sie eine Handvoll Sägemehl in die Flamme werfen, verbrennt es schnell und bei hoher Temperatur. Schwarzpulver funktioniert auf die gleiche Weise, wodurch sich die Menge und Geschwindigkeit der Energiefreisetzung leicht steuern lässt.
Unterschiedliche Chemikalien für unterschiedliche Farben
Wenn man sehr feines Schwarzpulver auf engstem Raum einbringt, explodiert es in einer Wolke aus Hitze, Gas und Lärm. Woher kommen also die Farben und das helle Licht?
Wenn Sie ein Material erhitzen, übertragen Sie tatsächlich Energie auf die Elektronen in den Atomen dieses Materials. Wenn Sie die Elektronen ausreichend anregen, geben sie die überschüssige Energie als Licht ab, wenn sie auf ihr normales Energieniveau zurückkehren.
Es gibt eine Reihe verschiedener Elemente, die, wenn sie einem Feuerwerk hinzugefügt und erhitzt werden, Licht unterschiedlicher Wellenlänge freisetzen, das in unterschiedlichen Farben erscheint. Strontium ergibt Rot. Barium erzeugt Grün. Kupfer brennt blau und so weiter.
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Die Herstellung von Feuerwerkskörpern mit blauen Reflexen ist seit langem eine Herausforderung für Feuerwerkschemiker. Tiefe Blautöne sind zu dunkel und können am Nachthimmel nicht gesehen werden. Ist das Blau jedoch zu hell, erscheint es weiß. Die Wellenlänge des „perfekten Blaus“ muss daher sehr präzise sein. Dies ist schwierig zu erreichen, da blaues Licht eine kürzere Wellenlänge hat, was bedeutet, dass der Abstand zwischen den Spitzen und Tälern der Lichtwelle sehr gering ist.
Manche Elemente erzeugen unterschiedliche Farben, aber was ist mit Glitzern und Blitzen? Um diese Effekte zu erzielen, können pyrotechnischen Formeln verschiedene Metalle zugesetzt werden. Aluminium, Magnesium und Titan erzeugen weiße Funken. Durch die Zugabe von Eisen erhält man goldene Glitzer. Beim Mischen verschiedener Kohlesorten entstehen rote und orangefarbene Funken. Jedes dieser Elemente brennt unterschiedlich schnell und auf unterschiedliche Art und Weise und erzeugt dadurch unterschiedliche Farben und Lichtintensitäten.
Machen Sie einen Pfiff oder einen Boom
Der krönende Abschluss eines guten Feuerwerks ist ein aufregender Soundeffekt.
Um einem Feuerwerk Soundeffekte hinzuzufügen, benötigen Sie eine Formel, die sehr schnell eine große Menge Gas erzeugt. Wenn ein Feuerwerk eine kleine Öffnung hat, durch die das Gas entweichen kann, erzeugt es einen Pfeifton. Die Geschwindigkeit des Gases und die Größe der Öffnung verändern die Tonhöhe und den Klang eines Zischens.
Es ist viel einfacher, einen Boom zu machen. Platzieren Sie einfach eine Energieformel in einem begrenzten Raum, in dem das Gas nirgends entweichen kann. Sobald es gezündet ist, baut sich der Druck auf und das Feuerwerk explodiert und erzeugt einen plötzlichen Knall oder Knall.
Wenn Sie sich das Silvesterfeuerwerk ansehen oder selbst in Ihrem Garten ein Feuerwerk zünden, erfahren Sie jetzt, wie es funktioniert. Feuerwerk macht großen Spaß, aber die Explosionen und brennenden Chemikalien sind gefährlich, selbst wenn sie in bunten Verpackungen daherkommen. Wenn Sie in Ihrer Stadt Wohnfeuerwerkskörper legal zünden dürfen, gehen Sie bitte ordnungsgemäß damit um.
Dieser Artikel wurde von The Conversation erneut veröffentlicht, einer unabhängigen, gemeinnützigen Nachrichtenorganisation, die Ihnen vertrauenswürdige Fakten und Analysen liefert, die Ihnen helfen, unsere komplexe Welt zu verstehen. Es wurde geschrieben von: Paul E. Smith, Purdue Universität
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Paul E. Smith ist Präsident der Pyrotechnics Guild International, Inc. Er ist Mitglied der American Pyrotechnics Association, der National Fireworks Association und der International Pyrotechnics Society. Er verfügt über eine von der BATFE ausgestellte Lizenz zur Herstellung von Feuerwerkskörpern.