Znanost, ki se skriva za bleščečimi barvami ognjemeta

Z besedo ognjemet označujemo skupino raznobarvnih svetlečih delcev, ki nastanejo ob poku pirotehničnih izdelkov. Ognjemet, denimo ob novem letu, pa predstavlja tudi sam dogodek oziroma prireditev. Obstaja na tisoče različnih vrst ognjemetov oziroma pirotehničnih sredstev in temu je posvečena cela veja kemije, ki raziskuje te atraktivne eksplozije.

Vse se začne s črnim prahom

Osnovna sestavina vsakega ognjemeta je starodavni eksplozivni črni prah oziroma smodnik. Pred več kot tisoč leti so ga odkrili kitajski alkimisti, recept pa se je v naslednjih stoletjih skorajda ne spremenil. Za ognjemete obstaja na stotine kemijskih formul oziroma »pirotehničnih receptov«, kot jih na spletni strani The Conversation označuje kemik Paul E. Smith. Ti recepti še vedno temeljijo na starodavni mešanici kemikalij, ki povzroči značilen pok, vendar sodobni ognjemet uporablja vse vrste kemičnih čarovnij za neverjetne vizualne predstave.

Kdo je izumil prvo puško?

Smith je sicer tudi predsednik mednarodne organizacije Pyrotechnics Guild International, ki spodbuja varno uporabo ognjemetov za praznovanje praznikov, kot je novo leto. Pojasnjuje, da se smodnik uporablja za izstrelitev pirotehničnih sredstev v zrak, ter za vžig in pogon drugih učinkov, denimo barv, v določen vzorec na nebu.

Ognjemet v Sydneyju, Avstralija, 1. januar 2019. Foto: Brendan Esposito / AAP / Reuters  

»Ko se žveplo prižge z vžigalno vrvico ali iskro, se najprej stopi pri temperaturi 112 stopinj Celzija. Žveplo teče čez kalijev nitrat in oglje, ki nato gorita. Pri tej reakciji zgorevanja hitro nastane velika količina energije in plina, z drugimi besedami, eksplozija,« navaja Smith. Pojasnjuje, da lahko plin uhaja skozi majhno luknjo, kar pirotehnično sredstvo oziroma raketo izstreli v zrak. V zelo omejenem prostoru se sestavni deli rakete razletijo in vžgejo vse v bližini.

Poleg tega, da se lahko spreminja stisnjenost oziroma gostota smodnika, se lahko s spreminjanjem velikosti zrnc spremeni tudi hitrost gorenja. »Pomislite na taborni ogenj. Ko dodate veliko drevesno vejo, plameni gorijo dlje in počasneje. Če pa v plamen vržete pest žagovine, ta gori vroče in hitro,« na spletni strani The Conversation ponazori Smith. Smodnik deluje podobno, zato je mogoče zlahka nadzorovati, koliko in kako hitro se sprošča energija.

Kako nastanejo različne barve ognjemeta?

Ob segrevanju katerih koli snovi, dejansko vnašamo energijo v elektrone atomov določene snovi. Če elektrone dovolj spodbudimo, ko se vrnejo na svoje običajne energijske ravni, presežno energijo sprostijo kot svetlobo, pojasnjuje Smith. Obstajajo številni različni elementi, ki pri segrevanju sproščajo svetlobo različnih valovnih dolžin, kar se kaže kot različne barve. Stroncij denimo ustvarja rdečo barvo, barij zeleno, baker modro in tako naprej.

Mega projekti, ki bodo preoblikovali Afriko

Zanimivo je, da je najtežje narediti ognjemet modre barve, kar kemikom že dolgo predstavlja izziv. Globoka modra barva je namreč pretemna za nočno nebo, presvetla modra pa se vidi kot bela barva. Zato mora biti valovna dolžina 'popolne modre' zelo natančno določena, kar je, po navedbah Smitha, težko doseči.

Ognjemet v Parizu, Francija, 14. julij 2020. Foto: Anne-Christine Poujoulat / AFP

Torej, določeni elementi ustvarjajo različne barve, kaj pa drugi efekti, denimo iskre? »Za te učinke lahko pirotehničnim formulam dodamo različne kovine. Aluminij, magnezij in titan proizvajajo bele iskre. Z dodatkom železa dobite zlate iskre. Z mešanjem različnih vrst oglja lahko dobite rdeče in oranžne iskre. Vsak od teh elementov gori z drugačno hitrostjo in na drugačen način, zato proizvaja različne barve in intenzivnost svetlobe.«

Za dodajanje zvočnih učinkov ognjemetu pa poskrbi pirotehnična formula, ki zelo hitro proizvede veliko količino plina. Če ima raketa majhno odprtino, skozi katero hitro uhaja plin, bo to ustvarilo piskanje oziroma žvižganje. Seveda pa je veliko lažje poskrbeti za 'bum'. V tem primeru, se smodnik enostavno zapre v omejen prostor. Ob vžigu se po tlak povečal in pirotehnično sredstvo bo eksplodiralo.

Skrivnostno izginotje starodavne in napredne kitajske civilizacije

Smith še navaja, da je ognjemet sicer zelo zabaven, vendar so eksplozije in goreče kemikalije nevarne, tudi če so v pisani embalaži. S pirotehničnimi sredstvi je treba ravnati pravilno, previdno in odgovorno.