Kemin bakom gnistor

Inte alla fyrverkerier skapas lika. Till exempel finns det en skillnad mellan en smällare och en tomtebloss: Målet med en smällare är att skapa en kontrollerad explosion; en tomtebloss, å andra sidan, bränner över en lång tid (upp till en minut) och producerar en lysande dusch med gnistor.

Sparklerkemi

En tomtebloss består av flera ämnen:

• En oxidator
• Ett bränsle
• Järn, stål, aluminium eller annat metallpulver
• Ett brännbart bindemedel

Förutom dessa komponenter kan färgämnen och föreningar också tillsättas för att moderera den kemiska reaktionen. Ofta är kol och svavel fyrverkeri, eller tomtebloss kan helt enkelt använda bindemedlet som bränsle. Bindemedlet är vanligtvis socker, stärkelse eller schellack. Kaliumnitrat eller kaliumklorat kan användas som oxidationsmedel. Metaller används för att skapa gnistorna. Sparklerformler kan vara ganska enkla. Till exempel kan en tomtebloss endast bestå av kaliumperklorat, titan eller aluminium och dextrin.

Nu när du har sett sammansättningen av en tomtebloss, låt oss överväga hur dessa kemikalier reagerar med varandra.

oxidationsmedel

Oxidatorer producerar syre för att bränna blandningen. Oxidationsmedel är vanligen nitrater, klorater eller perklorater. Nitrater består av en metalljon och en nitratjon. Nitrater ger upp 30% av sitt syre för att ge nitriter och syre. Den resulterande ekvationen för kaliumnitrat ser ut så här:

2 KNO₃(fast) → 2 KNO₂(fast) + O₂(gas)

Klorater består av en metalljon och kloratjonen. Klorater avger allt sitt syre och orsakar en mer spektakulär reaktion. Men det betyder också att de är explosiva. Ett exempel på kaliumklorat som ger sitt syre ser ut så här:

2 KClO₃(fast) → 2 KCl (fast) + 3 O₂(gas)

Perklorater har mer syre i sig, men är mindre benägna att explodera till följd av en påverkan än klorater. Kaliumperklorat ger sitt syre i denna reaktion:

KClO₄(fast) → KCl (fast) + 2 O₂(gas)

Minska agenter

Reduktionsmedlen är det bränsle som används för att bränna det syre som produceras av oxidationsmedel. Denna förbränning producerar varm gas. Exempel på reduktionsmedel är svavel och kol som reagerar med syret och bildar svaveldioxid (SO)₂) och koldioxid (CO₂) respektive.

Regulators

Två reduktionsmedel kan kombineras för att påskynda eller bromsa reaktionen. Metaller påverkar också reaktionens hastighet. Finare metallpulver reagerar snabbare än grova pulver eller flingor. Andra ämnen, såsom majsmjöl, kan också tillsättas för att reglera reaktionen.

Binders

Bindemedel håller blandningen samman. För en tomtebloss är vanliga bindemedel dextrin (ett socker) dämpat med vatten eller en shellackförening som fuktas med alkohol. Bindemedlet kan fungera som ett reduktionsmedel och som en reaktionsmoderator.