Hóa học của pháo hoa

Trong những ngày năm mới Tết đến thì ai trong số chúng ta cũng có thói quen chào đón năm mới bằng việc xem pháo hoa với gia đình và người thân.

Pháo hoa tượng trưng cho một năm mới thành công và thịnh vượng. Mỗi năm, mỗi quốc gia sẽ có cách bắn pháo hoa khác nhau tùy thuộc vào nền kinh tế của từng nước. Mỗi lần nhìn ngắm pháo hoa bắn ra với đủ màu sắc làm cho ai cũng phải thích thú. Nhưng có ai trong số các bạn biết màu của pháo hoa có nguồn gốc từ đâu không?

Thực tế, màu pháo hoa bắt nguồn từ rất nhiều hợp chất kim loại – đặc biệt là muối kim loại. “Muối” như một từ gợi lên hình ảnh của muối ăn bình thường mà bạn có thể sử dụng hàng ngày; đó chính là muối natri clorua, trong hóa học “muối” là bất kỳ hợp chất có chứa các nguyên tử kim loại và phi kim loại gắn kết với nhau. Vì vậy, làm thế nào để các hợp chất này có thể tạo ra các màu sắc đặc biệt, và những gì thật sự cần thiết để sản xuất pháo hoa?

Tất nhiên thành phần quan trọng nhất của pháo hoa là thuốc súng, hoặc còn gọi là “bột đen”. Chúng đã được phát hiện bởi các nhà giả kim Trung Quốc một cách tình cờ, họ là người thực sự quan tâm đến việc khám phá ra loại thuốc ngủ của cuộc sống hơn là thổi bay mọi thứ. Họ phát hiện ra rằng một sự kết hợp của mật ong, lưu huỳnh và muối kali nitrate sẽ đột ngột bốc lửa khi hơ dưới ngọn lửa.

Sự kết hợp của lưu huỳnh và kali nitrate sau đó trộn cùng với than trong mật ong – hoạt tính của lưu huỳnh và than làm nhiên liệu trong phản ứng, trong khi kali nitrate hoạt động như một chất oxy hoá. “Bột đen” hiện đại có tỷ lệ muối, than và lưu huỳnh theo khối lượng là 75:15:10; tỷ lệ này vẫn không thay đổi kể từ năm 1781.

Sự đốt cháy “bột đen” không diễn ra như là một phản ứng đơn lẻ và do đó các sản phẩm có thể khá phức tạp. Điều gần nhất với phương trình đại diện cho quá trình này được trình bày dưới đây, với than được gọi theo công thức thực nghiệm của nó:

6 KNO3 + C7H4O + 2 S → K2CO3 + K2SO4 + K2S + 4 CO2 + 2 CO + 2 H2O + 3 N2

Sự thay đổi về kích thước hạt của thuốc súng và lượng độ ẩm có thể được sử dụng để làm tăng đáng kể thời gian đốt cho các mục đích của pháo hoa.

Cũng như thuốc súng, pháo hoa sẽ chứa một “chất kết dính” – được sử dụng để giữ các thành phần với nhau, đồng thời giảm độ nhạy cảm cho cả việc sốc và tác động. Nói chung chúng sẽ có dạng hợp chất hữu cơ, thường là dextrin, sau đó có thể hoạt động như một nhiên liệu sau khi đánh lửa. Một tác nhân oxy hoá cũng cần thiết để tạo ra oxy cần thiết để đốt hỗn hợp, thường là nitrate, chlorate, hoặc perchlorate.

Các “ngôi sao” chứa trong cơ thể tên lửa có chứa bột kim loại hoặc muối tạo ra màu pháo hoa. Chúng thường được phủ bằng thuốc súng để giúp đánh lửa. Nhiệt đưa ra bởi phản ứng đốt cháy làm cho các electron trong các nguyên tử kim loại bị kích thích lên mức năng lượng cao hơn. Các trạng thái kích thích này là không ổn định, do đó, điện tử nhanh chóng trở lại với năng lượng ban đầu (hoặc trạng thái bền), phát ra năng lượng dư thừa dưới dạng ánh sáng.

Các kim loại khác nhau sẽ có khoảng cách năng lượng khác nhau giữa trạng thái bền và các trạng thái kích thích, dẫn đến sự phát ra các màu khác nhau. Đây chính xác là lý do để chúng ta có thể phân biệt giữa chúng vì với các kim loại khác nhau sẽ cho ra ngọn lửa khác nhau. Màu sắc phát ra bởi các kim loại khác nhau sẽ được hiển thị dưới đây.

Có một số nguyên tử kim loại có trong hợp chất là quan trọng, và một số hợp chất thì tốt hơn các nguyên tố khác. Các hợp chất hút ẩm (những chất thu hút và giữ nước) không được sử dụng nhiều trong pháo hoa vì chúng có thể làm cho hỗn hợp ẩm và khó cháy. Một số màu sắc cũng nổi tiếng là khó sản xuất.

Hợp chất chứa đồng có khuynh hướng không ổn định ở nhiệt độ cao hơn, và nếu nó đạt đến nhiệt độ này, nó sẽ vỡ ra, ngăn không cho màu xanh lam bị trưng bày. Vì lý do này, người ta thường nói rằng, bạn có thể đánh giá chất lượng của một pháo hoa bằng việc hiển thị về chất lượng của pháo hoa màu xanh! Màu tím cũng khá khó sản xuất, vì nó liên quan đến việc sử dụng các hợp chất gây màu xanh kết hợp với các chất gây ra màu đỏ.

Vì vậy, lần sau khi bạn thưởng thức pháo hoa thì hãy nhớ rằng có rất nhiều hợp chất tạo ra màu của chúng nhé! Chúc bạn và gia đình năm mới hạnh phúc và thành công!

Tham khảo Compound Interest.

Bình luận

Your email address will not be published. Required fields are marked *