Pri slove ohňostroj si určite každý predstaví hlučné pestrofarebné divadlo na nočnej oblohe. Čosi bežné a samozrejmé, pre niekoho možno až triviálne. V skutočnosti sú tie kolorované explózie už „len“ fascinujúcim zavŕšením tisícročného úsilia starovekých alchymistov a neoceniteľných skúseností dnešných chemikov a pyrotechnikov. Čo teda nevyhnutne predchádza(lo) akusticky podfarbenému vymaľovaniu tmavej silvestrovskej polnoci?
.motor
Umenie pyrotechniky vzniklo pravdepodobne už v 7. storočí vo vtedajšej Číne. Vraj pri hľadaní elixíru mladosti (!) sa zistilo, že čierny prach (huo yao) – zmes dusičnanu draselného (KNO3), drevného uhlia a síry – síce život nepredĺži, ale zato výborne horí a dramaticky vybuchuje. Čo sú vlastnosti ako stvorené pre vojenské účely, avšak pomerne rýchlo sa vyvinuli aj civilné aplikácie vrátane zábavnej pyrotechniky.
V zjednodušenej verzii ide o kombináciu motora na tuhé palivo a farebnej chemickej nálože. Na to, aby ohňostroj krásne zažiaril na oblohe, je nutné dostať pyrotechnickú zmes dostatočne vysoko do vzduchu. Práve na tento účel sa používa už spomínaný strelný prach, ktorého zloženie sa za vyše tisíc rokov prakticky nezmenilo. Po zapálení šnúry „raketové“ palivo exploduje a rýchlosťou tridsať metrov za sekundu (a viac) vystrelí pyrotechnický balíček do nebies. Počas letu dochádza k sekundárnemu zapáleniu ohňostrojového nákladu, ktorý vzápätí vybuchne nad hlavami užasnutých divákov. Kľúčové je však správne načasovanie farebnej explózie. Ak by k nej došlo príliš skoro, alebo naopak, príliš neskoro, v oboch prípadoch by ohňostroj vybuchol (nebezpečne) nízko nad zemou, či už hneď po štarte, alebo naopak až pri spätnom voľnom páde. Preto je veľmi dôležité použiť akurátne množstvo štartovacieho strelného prachu.
.nálož
Čím to však je, že ohňostroj dokáže vyprodukovať také brilantné farby s takým ohlušujúcim rachotom? Nuž, recept na funkčnú pyrotechnickú zmes je vlastne celkom jednoduchý: potrebujeme vhodným spôsobom dať dokopy energetické palivo, účinný oxidant a farebný prekurzor. Za svetelné záblesky a typické výbuchy sú zodpovedné prvé dve zložky. Dnes sa bežne používa kombinácia chloristanu draselného (KClO4) ako oxidantu a zmesi hliníka so sírou ako paliva. Jeho oxidácia chloristanom je totiž mimoriadne exotermická (teplo uvoľňujúca) reakcia, počas ktorej horiaci hliník vydáva až oslepujúce svetlo a rýchlo expandujúce plyny (kyslík, oxid siričitý) zároveň vytvárajú akustickú kulisu. Pričom želaná farba ohňostroja sa zabezpečí prídavkom konkrétneho chemického prvku, najčastejšie vo forme anorganickej soli.
Podstata spočíva v tom, že dodaním energie – napríklad z horenia pyrotechnického paliva – sú atómy prvkov schopné excitovať svoje elektróny do vyšších energetických hladín. Takto „nabudené“ elektróny sa však pomerne rýchlo vracajú do svojho pôvodného (základného) stavu, pričom zodpovedajúci prebytok energie vyžiaria vo forme svetla. Pokiaľ má toto žiarenie vlnovú dĺžku viditeľného svetla (380 až 750 nanometrov), vnímame ho naším zrakom príslušne farebne. Žltú a oranžovú farbu vykazujú zlúčeniny sodíka a vápnika, červenú soli lítia a stroncia, nafialovo svieti draslík a rubídium, nuž a zelenú farbu zabezpečí bárium. Dlhodobý problém je však s kvalitnou modrou: chlorid meďný (CuCl), ktorý sa používa na jej produkciu, totiž nevydrží príliš vysoké teploty, a preto je nutné zvoliť adekvátne palivo a zodpovedajúci oxidant.
.efekty
V posledných rokoch však došlo k rapídnemu zlepšeniu farieb ohňostrojov, tak v zmysle ich hĺbky, ako aj intenzity. Chemici totiž prišli na to, že plynné molekuly chloridov kovov, vznikajúce počas vysokoteplotnej oxidácie paliva, produkujú oveľa jasnejšie farby ako samotné kovové prvky. Napríklad taký chlorid strontnatý (SrCl2) horí oveľa „červenšie“ ako atómy kovového stroncia. Avšak aj napriek svojej plnofarebnosti majú chloridy kovov svoje pyrotechnické muchy. Spomínané zlúčeniny sú totiž silno hygroskopické, v dôsledku čoho je ich výsledná zmes lepkavá, zle horí a navyše je chemicky nestabilná, čo predstavuje zvýšené bezpečnostné riziko. Preto sa dnes už štandardne pripravujú ohňostrojové zmesi z práškových kovov a zlúčenín, obsahujúcich anióny chlóru. Týmto spôsobom vznikajú žiaduce chloridy kovov až v momente výbuchu pyrotechniky ich vzájomnou chemickou reakciou. Navyše, moderné ohňostroje sa dnes už prakticky nezaobídu bez špeciálnych efektov. Spektakulárny dážď oslnivých iskier sa docieli pridaním mikročastíc kovového železa, horčíka alebo titanu. Hustý biely opar, naopak, vzniká po nebeskom výbuchu zmesi s obsahom dusičnanu draselného a síry. Nuž a nakoniec atypický kvílivý zvuk explózie ohňostroja je dôsledok prítomnosti benzoanu draselného (okrem iného aj potravinárskeho konzervantu E212) alebo salicylanu sodného (mimochodom, blízkeho príbuzného acylpyrínu). V zábavnej pyrotechnike sa fantázii medze evidentne nekladú.
Autor je chemik.
.motor
Umenie pyrotechniky vzniklo pravdepodobne už v 7. storočí vo vtedajšej Číne. Vraj pri hľadaní elixíru mladosti (!) sa zistilo, že čierny prach (huo yao) – zmes dusičnanu draselného (KNO3), drevného uhlia a síry – síce život nepredĺži, ale zato výborne horí a dramaticky vybuchuje. Čo sú vlastnosti ako stvorené pre vojenské účely, avšak pomerne rýchlo sa vyvinuli aj civilné aplikácie vrátane zábavnej pyrotechniky.
V zjednodušenej verzii ide o kombináciu motora na tuhé palivo a farebnej chemickej nálože. Na to, aby ohňostroj krásne zažiaril na oblohe, je nutné dostať pyrotechnickú zmes dostatočne vysoko do vzduchu. Práve na tento účel sa používa už spomínaný strelný prach, ktorého zloženie sa za vyše tisíc rokov prakticky nezmenilo. Po zapálení šnúry „raketové“ palivo exploduje a rýchlosťou tridsať metrov za sekundu (a viac) vystrelí pyrotechnický balíček do nebies. Počas letu dochádza k sekundárnemu zapáleniu ohňostrojového nákladu, ktorý vzápätí vybuchne nad hlavami užasnutých divákov. Kľúčové je však správne načasovanie farebnej explózie. Ak by k nej došlo príliš skoro, alebo naopak, príliš neskoro, v oboch prípadoch by ohňostroj vybuchol (nebezpečne) nízko nad zemou, či už hneď po štarte, alebo naopak až pri spätnom voľnom páde. Preto je veľmi dôležité použiť akurátne množstvo štartovacieho strelného prachu.
.nálož
Čím to však je, že ohňostroj dokáže vyprodukovať také brilantné farby s takým ohlušujúcim rachotom? Nuž, recept na funkčnú pyrotechnickú zmes je vlastne celkom jednoduchý: potrebujeme vhodným spôsobom dať dokopy energetické palivo, účinný oxidant a farebný prekurzor. Za svetelné záblesky a typické výbuchy sú zodpovedné prvé dve zložky. Dnes sa bežne používa kombinácia chloristanu draselného (KClO4) ako oxidantu a zmesi hliníka so sírou ako paliva. Jeho oxidácia chloristanom je totiž mimoriadne exotermická (teplo uvoľňujúca) reakcia, počas ktorej horiaci hliník vydáva až oslepujúce svetlo a rýchlo expandujúce plyny (kyslík, oxid siričitý) zároveň vytvárajú akustickú kulisu. Pričom želaná farba ohňostroja sa zabezpečí prídavkom konkrétneho chemického prvku, najčastejšie vo forme anorganickej soli.
Podstata spočíva v tom, že dodaním energie – napríklad z horenia pyrotechnického paliva – sú atómy prvkov schopné excitovať svoje elektróny do vyšších energetických hladín. Takto „nabudené“ elektróny sa však pomerne rýchlo vracajú do svojho pôvodného (základného) stavu, pričom zodpovedajúci prebytok energie vyžiaria vo forme svetla. Pokiaľ má toto žiarenie vlnovú dĺžku viditeľného svetla (380 až 750 nanometrov), vnímame ho naším zrakom príslušne farebne. Žltú a oranžovú farbu vykazujú zlúčeniny sodíka a vápnika, červenú soli lítia a stroncia, nafialovo svieti draslík a rubídium, nuž a zelenú farbu zabezpečí bárium. Dlhodobý problém je však s kvalitnou modrou: chlorid meďný (CuCl), ktorý sa používa na jej produkciu, totiž nevydrží príliš vysoké teploty, a preto je nutné zvoliť adekvátne palivo a zodpovedajúci oxidant.
.efekty
V posledných rokoch však došlo k rapídnemu zlepšeniu farieb ohňostrojov, tak v zmysle ich hĺbky, ako aj intenzity. Chemici totiž prišli na to, že plynné molekuly chloridov kovov, vznikajúce počas vysokoteplotnej oxidácie paliva, produkujú oveľa jasnejšie farby ako samotné kovové prvky. Napríklad taký chlorid strontnatý (SrCl2) horí oveľa „červenšie“ ako atómy kovového stroncia. Avšak aj napriek svojej plnofarebnosti majú chloridy kovov svoje pyrotechnické muchy. Spomínané zlúčeniny sú totiž silno hygroskopické, v dôsledku čoho je ich výsledná zmes lepkavá, zle horí a navyše je chemicky nestabilná, čo predstavuje zvýšené bezpečnostné riziko. Preto sa dnes už štandardne pripravujú ohňostrojové zmesi z práškových kovov a zlúčenín, obsahujúcich anióny chlóru. Týmto spôsobom vznikajú žiaduce chloridy kovov až v momente výbuchu pyrotechniky ich vzájomnou chemickou reakciou. Navyše, moderné ohňostroje sa dnes už prakticky nezaobídu bez špeciálnych efektov. Spektakulárny dážď oslnivých iskier sa docieli pridaním mikročastíc kovového železa, horčíka alebo titanu. Hustý biely opar, naopak, vzniká po nebeskom výbuchu zmesi s obsahom dusičnanu draselného a síry. Nuž a nakoniec atypický kvílivý zvuk explózie ohňostroja je dôsledok prítomnosti benzoanu draselného (okrem iného aj potravinárskeho konzervantu E212) alebo salicylanu sodného (mimochodom, blízkeho príbuzného acylpyrínu). V zábavnej pyrotechnike sa fantázii medze evidentne nekladú.
Autor je chemik.
Ak ste našli chybu, napíšte na web@tyzden.sk.