De chemie van vuurwerkkleuren

Wat produceert die levendige kleuren - en de wetenschap erachter?

Steve Kelley ook bekend als mudpig / Getty Images

Het maken van vuurwerkkleuren is een complexe onderneming, waarvoor veel kunst en toepassing van de natuurwetenschap nodig is. Exclusief drijfgassen of speciale effecten, de lichtpunten die worden uitgestoten door vuurwerk , 'sterren' genoemd, vereisen over het algemeen een zuurstofproducent, brandstof, bindmiddel (om alles te houden waar het moet zijn) en kleurproducent. Er zijn twee belangrijke mechanismen voor kleurproductie in vuurwerk, gloeien, en: luminescentie .

Gloeilamp

Gloeilamp is licht geproduceerd door warmte. Warmte zorgt ervoor dat een stof heet wordt en gaat gloeien, waarbij eerst infrarood licht wordt uitgestraald en vervolgens rood, oranje, geel en wit licht naarmate het steeds heter wordt. Wanneer de temperatuur van een vuurwerk wordt gecontroleerd, kan de gloed van componenten, zoals houtskool, worden gemanipuleerd om op het juiste moment de gewenste kleur (temperatuur) te krijgen. Metalen, zoals aluminium, magnesium , en titanium, branden zeer helder en zijn nuttig om de temperatuur van het vuurwerk te verhogen.

Luminescentie

Luminescentie is licht geproduceerd energie gebruiken andere bronnen dan warmte. Soms wordt luminescentie 'koud licht' genoemd omdat het kan optreden bij kamertemperatuur en koelere temperaturen. Om luminescentie te produceren, wordt energie geabsorbeerd door een elektron van een atoom of molecuul, waardoor het opgewonden, maar onstabiel wordt. De energie wordt geleverd door de warmte van het brandende vuurwerk. Wanneer het elektron terugkeert naar een lagere energietoestand, komt de energie vrij in de vorm van een foton (licht). De energie van de foton bepaalt de golflengte of kleur.​

In sommige gevallen zijn de zouten die nodig zijn om de gewenste kleur te produceren onstabiel. Bariumchloride (groen) is onstabiel bij kamertemperatuur, dus barium moet worden gecombineerd met een stabielere verbinding (bijv. chloorrubber). In dit geval komt het chloor vrij in de hitte van de verbranding van de pyrotechnische samenstelling, om vervolgens bariumchloride te vormen en de groene kleur te produceren. Koperchloride (blauw) is daarentegen onstabiel bij hoge temperaturen, dus het vuurwerk mag niet te heet worden, maar moet wel helder genoeg zijn om gezien te worden.

Kwaliteit van vuurwerkingrediënten

Pure kleuren vereisen pure ingrediënten. Zelfs sporen van natriumverontreinigingen (geeloranje) zijn voldoende om andere kleuren te overmeesteren of te veranderen. Een zorgvuldige formulering is vereist, zodat te veel rook of residu de kleur niet maskeert. Bij vuurwerk gaat het, net als bij andere dingen, vaak om kwaliteit. De vaardigheid van de fabrikant en de datum waarop het vuurwerk is geproduceerd, hebben grote invloed op de uiteindelijke weergave (of het ontbreken daarvan).

Tabel met vuurwerkkleurstoffen

Kleur	Verbinding
Rood	strontiumzouten, lithiumzouten lithiumcarbonaat, LitweeCO3= rood strontiumcarbonaat, SrCO3= helder rood
Oranje	calciumzouten calciumchloride, CaCltwee calciumsulfaat, CaSO4 · xHtweeO, waarbij x = 0,2,3,5
Goud	gloeien van ijzer (met koolstof), houtskool of lampzwart
Geel	natriumverbindingen natriumnitraat, NaNO3 kryoliet, Na3AlF6
Elektrisch Wit	witgloeiend metaal, zoals magnesium of aluminium bariumoxide, BaO
Groente	bariumverbindingen + chloorproducent bariumchloride, BaCl+= helder groen
Blauw	koperverbindingen + chloorproducent koperacetoarseniet (Paris Green), Cu3Net zotweeO3KoekoektweeH3Otwee)twee= blauw koper (I) chloride, CuCl = turkoois blauw
Purper	mengsel van strontium (rood) en koper (blauw) verbindingen
Zilver	brandend aluminium-, titanium- of magnesiumpoeder of vlokken

Volgorde van gebeurtenissen

Alleen al het verpakken van kleurstofchemicaliën in een explosieve lading zou een onbevredigend vuurwerk opleveren! Er is een opeenvolging van gebeurtenissen die leiden tot een prachtige, kleurrijke weergave. Het aansteken van de lont ontsteekt de liftlading, die het vuurwerk de lucht in stuwt. De liftlading kan zwart poeder zijn of een van de moderne drijfgassen. Deze lading brandt in een besloten ruimte en duwt zichzelf omhoog als heet gas door een nauwe opening wordt geperst.

De lont blijft branden met een vertraging om de binnenkant van de schaal te bereiken. De schaal zit vol met sterren die pakjes bevatten van: metaal zouten en brandbaar materiaal. Wanneer de lont de ster bereikt, hangt het vuurwerk hoog boven de menigte. De ster blaast uit elkaar en vormt gloeiende kleuren door een combinatie van gloeiende hitte en emissieluminescentie.