Феєрверк. Анатомія піротехнічного чуда.
Феєрверки - один із наймальовничіших і цікавих способів використання вогню. Невід'ємною частиною феєрверків є займисті матеріали, такі як чорний порох, суміш деревного вугілля, сірки і селітри (стара назва азотнокислого калію) або бездимний порох, наприклад, нитроцеллюлоза. Крім того, феєрверки містять речовини, при запаленні утворюють яскраву, барвисту спалах. Найпоширеніший приклад такого матеріалу - натрій в їдальні солі. Якщо сіль посипати на полум'я, воно забарвиться в помаранчевий колір. Забарвлене полум'я з'являється в результаті того, що електрони в іонах натрію поглинають енергію і переходять на більш високі енергетичні рівні, а потім повертаються в своє основне стан, виділяючи певну кількість енергії, яка відповідає цьому кольору полум'я. Протягом багатьох століть цей феномен лежав в основі досліджень вогню, що проводяться в хімічних лабораторіях.
Створюючи феєрверки, фахівці підбирають такі хімічні компоненти, які при спалаху дають певні кольори. Суміш барію, наприклад, забарвлює полум'я в зелені кольори, солі міді - в зелені та блакитні, солі натрію - в жовті. Літій дає червоні тони, магній при горінні виділяє блискучий білий колір, а стронцій - іскристий червоний. Солі, які при цьому використовуються, містять як катіони металів, так і аніони неметалів. Аніони, такі як хлорати, перхлорати та нітрати, також сприяють окисленню пороху. Оскільки конкретний металевий елемент викликає забарвлення полум'я в певний колір, суміш, яка містить цей елемент, впливає на тип полум'я. Кальцій сам собою не може дати ефектний колір, але він підсилює яскравість кольорів в інших речовинах. Хлорин також не фарбує полум'я сам по собі, але його присутність в значній мірі посилює утворення кольору з металевих елементів. У хлорвмісних речовинах, таких як окислювачі хлорат або перхлорат, а також органічні сполуки хлору, наприклад, поліхлорвінілу або гексахлорбензол, атоми хлору підсилюють летючість і виділення світла.
Для досягнення спеціальних ефектів до складу феєрверків включаються певні речовини. Металеву тирсу при змішуванні з палаючими матеріалами іскряться і спалахують; залізо окислюється, утворюючи Fe2O3, в процесі чого виробляється велика кількість енергії, що викликає блиск частинок заліза. Титан також використовується для освіти іскор. Цинк застосовується в деяких сумішах для утворення диму і ефекту зірок.
До складу феєрверку входить джерело енергії, наприклад, суміш пального і окислювача, які вступають в реакцію, підвищуючи температуру і утворюючи речовини, що виділяють яскраво пофарбований вогонь.
Одним з найпростіших видів феєрверку є бенгальська свічка. Зазвичай бенгальська свічка складається з металевого стержня, покритого сумішшю пального і окислювача (з'єднаних в пропорції, що сприяє горінню), металевими тирсою і клеєм, який скріплює всі ці компоненти. Коли бенгальська свічка запалюється, пальне і окислювач спалахують, нагріваючи металеву тирсу, які, в свою чергу, випускають іскри. Інші речовини, наприклад цинк або магній, змінюють характер іскор.
У петарди міститься порох для сигнальних спалахів (суміш окислювача, наприклад, бертолетової солі або перхлорату, з порошкоподібною алюмінієм або магнієм) або чорний порох, насипаний в паперову трубку. За допомогою прикріпленого до цієї суміші гніту вона легко запалюється і горить з вибухом, утворюючи гази, які швидко збільшують тиск і розривають контейнер. Компоненти алюмінію і магнію сприяють утворенню більш яскравих спалахів.
Висотні феєрверки зазвичай бувають двох типів - висотні салюти-снаряди, які запускаються з трубок, і традиційні ракети. Ракети робляться з картонних трубок, наповнених сумішшю пального і окислювача в пропорціях, більше сприяють тривалому горінню, ніж вибуху. Гази виштовхуються з трубки і спрямовуються в небо. Ракети часто містять заряди вибухової речовини, які вибухають після того, як догоряє метальний заряд; від складу заряду вибухової речовини залежить колір феєрверку. Висотні салюти-снаряди - це невеликі кулі, що складаються з вибухових матеріалів, які запускаються зі сталевої або картонній трубки або з пускової установки. Виштовхує заряд викидає кулю в небо, а заряд вибухової речовини запалюється через деякий час після того, як вбудований гніт згорає дотла, за цей час снаряд досягає необхідної висоти. Снаряд зазвичай містить розривний заряд і звездки, сформовані у вигляді кубиків або кульок з палаючих, іскристих і вибухових матеріалів. Багаторазові салюти-снаряди представляють собою поєднання декількох снарядів, з'єднаних таким чином, що вибух одного з них викликає запалення наступного. Існують снаряди, що видають хлопки різної гучності. Свистячий ефект деяких піротехнічних виробів досягається особливим методом пакування, що викликає пульсуюче горіння. Спеціальні снаряди, які при підриванні утворюють візерунки, наприклад, серця або кола, робляться шляхом оточення розривного заряду звездки, що містять заряди вибухової речовини. Коли розривний заряд вибухає, звездки викидаються назовні, утворюючи в небі візерунки.
Крім розважальної мети, піротехнічні вироби застосовуються також і у військовій практиці в якості сигнальних, навчальних або бойових засобів. При горінні нафталін і антрацен виділяють чорний дим, який використовують того, щоб відгородити яку-небудь ділянку від інших, однак, в населеній місцевості займатися цим ризиковано. Білий дим виходить в результаті випаровування хлориду цинку або масел, а також при горінні фосфору; іноді цей спосіб використовується для створення укриттів під час бою.
Вологи, що міститься в повітрі, зазвичай буває достатньо для утворення бажаної реакції. Кольоровий дим для передачі сигналів зазвичай виходить шляхом випаровування органічних барвників. Для цього вибираються палаючі суміші, які виділяють достатньо теплоти, щоб випарувати барвники, але не розкласти їх на частини. Вибрані фарбувальні речовини повинні бути летючими, але не токсичними. Простий і безпечний досвід можна провести в домашніх умовах, здаючи кірку від апельсина над полум'ям свічки. Масла, що містяться в шкірці, при горінні утворюють крихітні спалахи світла. Банани містять велику кількість калію, тому шкірка банана при спалюванні в багатті забарвлює полум'я у фіолетовий колір, характерний для горіння калію.