A tűzijáték kémiája

Népszerű tudomány. Ha nem működik vagy ráz – fizika. Ha zöld vagy izeg-mozog – biológia. Ha büdös vagy robban – kémia.

Amiről ma szó lesz, az robban. És színes. Tehát kémia. Tűzijáték, így hosszú ű-vel.

Valószínűleg nem árulok el nagy titkot, ha azt mondom, hogy a tűzijáték: kémia. A tűzijáték színei: spektroszkópia. A spektroszkópia a fény és az anyag kölcsönhatásával foglalkozó tudomány. Vannak ennek nagyon nagy többszázmillós műszereket, nagyon nagy mágneseket, lézereket igénylő verziói is, és van neki egy legprimitívebb veziója is. Utóbbi a lángfestés. Vagyis amikor a vegyészpalánta egyes fémeket az alapján ismer fel szervetlen kémia laborban, hogy azok milyen színűre festik a lángot. Íme:

Mi tehát a hasonlóság az előző és a következő képen? A kémiája. A tűzijáték: lángfestés.

De miért festik a lángot/tűzijátékot ezek a fémek?

Az atomok elektronjai különböző energiájú állapotokat vehetnek fel. Ezek közül a kedvencük a legmélyebb energiájú állapot, hacsak lehet, ebben találhatóak meg az elektronok (mint ahogy te is a napon fekve, inkább mint pl. a munkahelyeden gürizve; ezt egyébként energiaminimum elve néven árulják a középiskolában). Hő vagy fény hatására azonban egy magasabb energiájú állapotba kerülnek, vagyis gerjesztődnek. Az elektronok azonban (még mindig) a lehető legkisebb energiájú állapotokban érzik jól magukat (ezt egyébként alapállapotnak hívják), ezért a két állapot közötti energiakülönbséget, energiatöbbletet kisugározzák, pl.  egy foton, egy fény részecske/hullám formájában, amely ha a látható hullámhossz tartományban (390-750 nm) van, akkor valamilyen színként érzékeljük.

A tűzijátékoknál meggyújtják a robbanóanyagot, ez biztosítja az égéshez és a gerjesztéshez szükséges hőt (kb. 800-1000°C). A tűzijáték bombában levő fémsók összetevőikre bomlanak, a fématomok gerjesztődnek, végül visszatérnek az alapállapotba: a gerjesztés során kapott energia kisugárzódik fény formájában, és megjelennek a színek.

Van tehát a tűzijátékban robbanóanyag, ez lehet pl. egyszerű fekete lőpor, ami szénből, oxidálószerből (leggyakrabban kálium-(per)klorát vagy nitrát) és kénből áll. Szénforrásként fekete szenet, de olykor cukrot vagy keményítőt is szoktak használni. Lehet benne magnézium, ami ragyogó fehér fénnyel ég (mint a csillagszóró), alumínium vagy vaspor, ami szikrázva ég (megint csak mint a csillagszóró). És hát meg is “kell” színezni azt a lángot (ez a tulajdonképpeni lángfestés, erre a célra leggyakrabban a megfelelő fémek kloridjait használják illékonyságuk miatt, máskor a megfelelő nitrátokat vagy karbonátokat), pl. lítiumvegyületekkel vörösre (671 nm), báriummal fakózöldre (524 nm, emellett stabilizálószer is), rézvegyületekkel kékeszöldre, stronciummal kárminvörösre (605 nm, emellett stabilizálószer), titánnal ezüstszínűre festik a robbanást. A káliumvegyületeket már említettük mint oxidálószereket, emellett a kálium lángfestése lila (405 nm). Violaszínű szikrákat eredményez a cézium (458 nm) és a rubídium (utóbbi vöröses: ), ezek egyben a robbanókeverék oxidációját is segítik. A vasból származó szikrák színe a láng hőmérsékletétől függ (sárga-fehér).

Az antimon hozzáadása növeli a robbanás ragyogását, a kalcium mélyíti a színeket és önmaga is narancsos (vagy téglavörös: 622 nm) színűre festi a lángot.

A nátrium lángfestése olyan intenzív sárga (589 nm hullámhossz), hogy minden más színt elfed (ezt könnyű lecsekkolni: szórjatok egy kis konyhasót a gázlángba – elektromos indukciós modernek hátrányban).

A cinket a füst-effektet miatt adják a tűzijáték bombákhoz és más pirotechnikai cuccokhoz.

Mostmár tehát ilyen szemmel nézhetitek a tűzijátékot:

Tudtátok, hogy miután megcsókolt egy lányt, Katalin érdeklődése is a tűzijáték (kémiája) felé fordult?

És néhány “Tudtad, hogy…” a végére:

• A tűzijáték első írásos említése a hetedik századi Kínából származik. Nem véletlen: ők fedezték fel a puskaport is, ami a tűzijáték robbanó komponense.
• A modern korban készített legnagyobb tűzijáték rakéta több, mint 13 kg-t nyomott.
• Katy Perry klipjét Budapesten forgatták.
• A legtöbb tűzijátékban alkalmazott anyag nem mérgező, mások enyhén mérgezőek. Van azonban köztük toxikus is, pl. a bárium-klorid. Emiatt és egyéb okok miatt komoly támadások érik a tűzijáték ipart a környezetvédelem oldaláról (nehézfém, bárium, perklorát, antimon stb. szennyezés). 
• Írországban, Kanada és az USA egyes vidékein a Halloween-t tűzijátékkal ünneplik (hát ezért most...) A világ más tájain a tűzijátékról szóló blogbejegyzésekkel. ;)