I De tidligste dage af USA skrev John Adams til sin kone Abigail om fejringen af uafhængighed, ”Det burde være højtideligt med Pomp og Parade, med Shews, spil, sport, kanoner, klokker, bål og belysninger fra den ene ende af dette kontinent til den anden fra denne tid fremad for evigt mere. " "Bål og belysning" henviser direkte til det, vi kender som pyroteknologi og fyrværkeri.
Jeg er kemiker og også præsident for Pyrotechnics Guild International, en organisation, der fremmer sikker brug af fyrværkeri og bruger dem her i USA til at fejre uafhængighedsdagen og andre festivaler hele året rundt. Som kemiker og nogen, der leder demonstrationer for kemistuderende, betragter jeg fyrværkeri som et godt eksempel på forbrændingsreaktioner, der producerer farvet ild. Men opfindelsen af farvet fyrværkeri er relativt nyligt, og ikke alle farver er lette at fremstille.
Tidlig fyrværkeri
Fyrværker blev først opfundet serendipitøst af kineserne i 200 f.Kr. Men det var først tusind år senere, at kinesiske alkymister udviklede fyrværkeri i 800 A.De tidlige fyrværkeri var for det meste lyse og støjende sammenkogninger designet til at skræmme onde ånder - ikke de farverige, kontrollerede eksplosioner, vi ser i dag. Spol et andet årtusinde hurtigt frem, og italienerne regnede ud, hvordan man tilføjer farve ved at introducere forskellige elementer til den brandfarlige blanding. Tilføjelse af elementet strontium til en farvepyroteknisk blanding giver en rød flamme; kobber, blå; barium, grøn; og natrium til gul.
For meget eller for lidt af kemikalierne foretager betydelige ændringer i temperaturen og dermed den farve, der ses på bølgelængden. Den rette blanding af kemikalier, når den antændes, producerer tilstrækkelig energi til at begejse elektroner til at afgive forskellige farver på lys.
Selvom kemien i disse farver ikke er ny, ser det ud til, at hver generation bliver begejstret over farverne, der sprøjtes over himlen. Vi har nu en lang række flammefarver: rød, grøn, blå, gul, lilla og variationer af disse.
Hver farve fungerer på samme måde. Når forskellige elementer antænder, frigiver de forskellige bølgelængder af lys, der oversættes som forskellige farver.
At gøre det perfekte blå fyrværkeri
Ikke alle fyrværkeriets farver er lige så lette at oprette. Jeg tror, at flere af mine kolleger inden for pyroteknisk forskning og udvikling er enige med mig i, at blå er den sværeste farve at fremstille.
Det skyldes, at aftenhimmlen er en skygge af blå, hvilket betyder, at de fleste blues ikke vises så godt. Hvis du prøver at gøre det blå lysere i kontrast til baggrunden, kan det se udvasket ud. Den rigtige balance mellem kobber og andre kemikalier i flammen eller forbrændingsreaktionen giver den bedste blåfarve i et fyrværkeri.
Jeg har taget dette i betragtning, når jeg forsøgte at skabe den bedste blå flammefarve, som jeg kalder pilleboks blå. Det er bare lyst nok til at skille sig ud mod nattehimlen, men stadig en rig blå. Jeg har over 20 blå pyrotekniske formler, og jeg har fundet en der kommer meget tæt på denne undvigende nuance.
En anden vanskelighed med at skabe en intens blå farve er, at kemi ikke er enkel. Det kræver en kombination af flere kemikalier og elementet kobber. Når kobber antændes, bliver elektronerne, der omgiver kobberatomerne, spændt og tændt i flammen. Når elektronerne frigiver denne energi, vises det for observatører som blåt lys. Hver farve fungerer på samme måde. Når forskellige elementer antænder, frigiver de forskellige bølgelængder af lys, der oversættes som forskellige farver. Så når du ser blåfarvede lyspunkter skaber et mønster på nattehimlen, ser du virkelig ophidsede elektroner, der frigiver energi som blåt lys.
Paul E. Smith, forelæsningsdemonstrator for kemi, Purdue University
