Vetenskapen bakom smällare och gnistor

Fyrverkerier har varit en traditionell del av nyårsfirandet sedan de uppfanns av kineserna för nästan tusen år sedan. Idag ses fyrverkerier på de flesta helgdagar. Har du någonsin undrat hur de fungerar? Det finns olika typer av fyrverkerier. Smällare, tomtebloss och flygskal är alla exempel på fyrverkerier. Även om de delar några vanliga egenskaper, fungerar varje typ lite annorlunda.

Hur smällare fungerar

Smällare är de ursprungliga fyrverkerierna. I sin enklaste form består smällare av krutt inslaget i papper, med en säkring. Krutt består av 75% kaliumnitrat (KNO) ₃15% träkol (kol) eller socker och 10% svavel. Materialen kommer att reagera med varandra när tillräckligt med värme appliceras. Att tända säkringen tillför värmen till att tända en smällare. Kol eller socker är bränslet. Kaliumnitrat är oxidationsmedel och svavel moderererar reaktionen. Kol (från träkol eller socker) plus syre (från luften och kaliumnitratet) bildar koldioxid och energi. Kaliumnitrat, svavel och kol reagerar och bildar kväve- och koldioxidgaser och kaliumsulfid. Trycket från den expanderande kväve och koldioxid exploderar pappersomslaget hos en smällare. Den höga bang är omslagets pop som blåses isär.

Hur gnistor fungerar

En tomtebloss består av en kemisk blandning som formas på en styv pinne eller tråd. Dessa kemikalier blandas ofta med vatten för att bilda en uppslamning som kan beläggas på en tråd (genom doppning) eller hällas i ett rör. När blandningen har torkat har du en tomtebloss. Aluminium, järn, stål, zink eller magnesiumdamm eller flingor kan användas för att skapa de ljusa, skimrande gnistorna. Ett exempel på ett enkelt sparklerrecept består av kaliumperklorat och dextrin, blandat med vatten för att belägga en pinne, sedan doppat i aluminiumflingor. Metallflingorna värms upp tills de är glödande och lyser ljust eller, vid tillräckligt hög temperatur, faktiskt bränner. En mängd kemikalier kan läggas till för att skapa färger. Bränslet och oxidationsmedlet står i proportion, tillsammans med de andra kemikalierna, så att gnisten brinner långsamt snarare än att explodera som en smällare. När den ena änden av gnistraren antänds bränner den gradvis till den andra änden. I teorin är pinnen eller trådens ände lämplig för att stödja den medan den bränner.

Hur raketer och antennskal fungerar

När de flesta tänker på "fyrverkerier" kommer troligen ett flygskal att tänka på. Det här är fyrverkerierna som skjuts upp i himlen för att explodera. Vissa moderna fyrverkerier lanseras med tryckluft som drivmedel och exploderade med hjälp av en elektronisk timer, men de flesta flygskal förblir sjösatta och exploderade med krutt. Krutbaserade flygskal fungerar väsentligen som tvåstegsraket. Det första steget i ett antennskal är ett rör som innehåller krut, som är upplyst med en säkring ungefär som en stor smällare. Skillnaden är att krutet används för att driva fyrverkeriet i luften snarare än att explodera röret. Det finns ett hål i fyrverkeriets botten så att de expanderande kväve- och koldioxidgaserna lanserar fyrverkeriet i himlen. Det andra steget i antennskalet är ett paket med krutt, mer oxidationsmedel och färgämnen. Packningen av komponenterna bestämmer formen på fyrverkeriet.