اصول آتش بازی

برای بسیاری از مردم در سراسر جهان، اولین لحظات سال جدید با صداها و نمایش های نور رنگارنگ آتش بازی پر خواهد شد. از صدای چتری بلند تا سوت‌های بلند، قرمزهای روشن تا آبی کم‌رنگ، هزاران تنوع آتش‌بازی و یک شاخه کامل از شیمی وجود دارد که این انفجارهای سرگرم‌کننده را بررسی می‌کند.
من یک شیمیدان و رئیس انجمن بین المللی پیروتکنیک هستم، سازمانی که استفاده ایمن از آتش بازی و استفاده از آنها برای جشن گرفتن تعطیلات مانند سال نو را ترویج می کند.
صدها فرمول شیمیایی - یا همانطور که من دوست دارم در مورد آنها فکر کنم، دستور العمل های پیروتکنیک - برای آتش بازی وجود دارد. این دستور العمل ها هنوز بر اساس ترکیبی باستانی از مواد شیمیایی است که انفجار اصلی را ایجاد می کند، اما آتش بازی های مدرن از انواع جادوهای شیمیایی برای نمایش نمایش های باورنکردنی امروز استفاده می کنند.
 
همه چیز با باروت شروع می شود
اولین عنصر هر آتش بازی، باروت باستانی است. بیش از هزار سال پیش توسط کیمیاگران چینی کشف شد و دستور العمل آن تقریباً در قرن ها تغییر نکرده است. برای تهیه باروت تنها کاری که باید انجام دهید این است که 75 درصد نیترات پتاسیم، 15 درصد زغال چوب و 10 درصد گوگرد را با هم مخلوط کنید. برای ساختن یک کراکر آتش بازی یا آتش بازی، فقط این پودر را در ظرفی که معمولاً از مقوا یا کاغذ ضخیم ساخته شده است، قرار دهید.
باروت برای پرتاب آتش بازی در هوا و همچنین شعله ور کردن و به حرکت درآوردن اثرات - مانند رنگ - به صورت الگویی در آسمان استفاده می شود. پس چگونه کار می کند؟
پس از روشن شدن فتیله یا جرقه، گوگرد ابتدا در دمای 112.8 درجه سانتیگراد ذوب می شود. گوگرد روی نیترات پتاسیم و زغال چوب جریان می یابد و سپس می سوزد. این واکنش احتراق به سرعت مقدار زیادی انرژی و گاز تولید می کند - به عبارت دیگر، یک انفجار. اگر سوراخ کوچکی برای خروج گاز وجود داشته باشد، محتویات واکنش آتش بازی را به هوا پرتاب می کند. در یک فضای بسیار محدود، اجزای آتش بازی را از هم جدا می کند و همه چیز اطراف را مشتعل می کند.
علاوه بر تغییر در میزان جزئیات باروت، تغییر دانه بندی پودر نیز می تواند سرعت سوختن آن را تغییر دهد. مثلا به آتش افروزی در فضای باز فکر کنید. هنگامی که یک اندام درخت بزرگ را اضافه می کنید، شعله ها طولانی تر و کندتر می سوزند. اگر یک مشت خاک اره را داخل شعله بریزید داغ و سریع می سوزد. باروت به طور مشابه عمل می کند و این امر کنترل میزان و سرعت آزاد شدن انرژی را آسان می کند.
 
ترکیبی از انفجارهای رنگی
افزودن عناصر مختلف به یک مخلوط می تواند آتش بازی با رنگ های مختلف ایجاد کند. اگر باروت بسیار ریز را در یک فضای محدود قرار دهید، در ابری از گرما، گاز و صدا منفجر می شود. پس رنگ ها و نور روشن از کجا می آیند؟
ترکیبات رایج در تولید رنگ های مواد آتش بازی عمدتا نیترات ها، کربنات ها، کلریدها، کلرات ها و اگزالات ها هستند. وقتی هر ماده‌ای را گرم می‌کنید، کاری که واقعا انجام می‌دهید این است که انرژی را به الکترون‌های اتم‌های سازنده آن ماده وارد می‌کنید. اگر الکترون ها را به اندازه کافی برانگیختید، وقتی به سطح انرژی طبیعی خود باز می گردند، انرژی اضافی را به صورت نور آزاد می کنند. تعدادی عناصر مختلف وجود دارند که وقتی به آتش بازی اضافه می شوند و گرم می شوند، طول موج های مختلفی از نور را آزاد می کنند که به صورت رنگ های مختلف ظاهر می شوند.
 باریم رنگ سبز، مس رنگ آبی، استرانسیوم رنگ قرمز، نیترات سدیم رنگ زرد روشن، استرانسیوم + سدیم رنگ نارنجی، استرانسیوم + مس رنگ بنفش، تیتانیوم+ زیرکونیوم و آلیاژهای منیزیم رنگ نقره ای خیره ایجاد می کنند.
آبی های عمیق خیلی تیره هستند و در آسمان شب دیده نمی شوند. اما اگر آبی خیلی روشن باشد، سفید به نظر می رسد. بنابراین طول موج "آبی کامل" باید بسیار دقیق باشد. دستیابی به این امر دشوار است زیرا نور آبی طول موج کوتاه تری دارد - به این معنی که فاصله بین قله ها و دره های موج نور بسیار نزدیک به هم هستند.
برخی از عناصر رنگ های مختلفی تولید می کنند، اما در مورد جرقه ها و فلاش ها چطور؟ برای ایجاد این اثرات می توان فلزات مختلفی را به فرمول های پیروتکنیک اضافه کرد. آلومینیوم، منیزیم و تیتانیوم همگی جرقه های سفید تولید می کنند. با افزودن آهن جرقه های طلایی شکل می گیرد. مخلوط کردن در انواع مختلف زغال می تواند جرقه های قرمز و نارنجی ایجاد کند. هر یک از این عناصر با سرعت متفاوت و به روشی متفاوت می سوزند و بنابراین رنگ ها و شدت های مختلف نور تولید می کنند.
برای افزودن جلوه های صوتی به آتش بازی به فرمولی نیاز دارید که مقدار زیادی گاز را خیلی سریع تولید کند. اگر آتش بازی سوراخ کوچکی برای خروج گاز از آن داشته باشد، صدای سوت تولید می کند. سرعت گاز و اندازه دهانه، زیر و بم و صدای سوت را تغییر می دهد.