Za to w zamian chętnie opowiem co nieco o tym jak działają takie rzeczy jak petardy i fajerwerki. Wspólnym przodkiem tych wyrobów jest proch czarny wynaleziony w Chinach w IX wieku. Został odkryty całkiem przypadkowo na dworze ówcześnie panującej dynastii Tang. Tamtejsi alchemicy łączyli z sobą różne materiały według zasad „wu xing” co oznacza dosłownie „pięć przemian”

Chińczycy znali pięć żywiołów które wpływają na siebie zgodnie z zasadą yin i yang. Yin oznacza w tym wypadku cykl kreacji a Yang cykl destrukcji poszczególnych elementów. Z ziemi rodzi się metal który staje się cieczą, z tego drewno, z drewna ogień, z ognia ziemia. Brzmi abstrakcyjnie, ale nabiera sensu, gdy spojrzymy na żywioły leżące naprzeciwko siebie. Ziemia zasypuje wodę, a więc powstaje gleba z której zrodzi się drewno, woda zgasi ogień a więc powstanie popiół, i tak dalej. To cykl Yang czyli destrukcji, która uruchamia kreację kolejnych elementów w cyklu Yin. No i mieszali owi alchemicy różne rzeczy, no i raz wyszła im mieszanina węgla drzewnego (drewno), saletry potasowej (metal) i siarki (ziemia). No i zastosowali na tym jeden z żywiołów – ogień. Efekt tego cyklu przemian był taki, iż jeden z pierwszych historycznych zapisów na ten temat zaczyna się od instrukcji aby pod żadnym pozorem nie ucierać składników jednocześnie w jednym naczyniu. W ramach ciekawostki fotografie siarki i saletry potasowej, czyli azotanu potasu, aby przybliżyć, skąd ten pomysł na „metal” i „ziemię”.

fot. domena publiczna

Sama reakcja spalania takiego prochu wydaje się być pozornie prosta. Pierwszy z zapisów reakcji pamiętam z szkoły, drugi jest bardziej rozbudowany. Zarówno jeden jaki drugi niestety nie oddaje w pełni tego co tam zachodzi, a winowajcą jest ów węgiel drzewny.

Skład chemiczny produktu o nazwie „węgiel drzewny” to absolutnie nie jest tylko swojskie C z Układu Okresowego 🙂 Zawiera on różne domieszki w zależności od gatunku drzewa, sposobu wypalania a nawet tego gdzie drzewo wcześniej rosło. Tym samym poprawne zapisanie równania takiej reakcji jest właściwie niemożliwe gdyż powstające produkty spalania mogą inicjować kolejne reakcje. W chemii organicznej w takich sytuacjach mói się iż następują „różne reakcje następcze”. Pierwsze pokazy fajerwerków, jak łatwo się domyślić, odbywały się w Chinach i miały znaczenie religijne – huk miał odstraszyć złe duchy. Były to wyroby dość proste – w bambusowej rurze umieszczano proch i zamykano jeden z końców przy pomocy gipsu lub pakuł. Mniejsze egzemplarze to pierwowzór dzisiejszych petard. Z czasem do prochu zaczęto dodawać różne dodatki które zapewniały dodatkowe efekty takie jak światło, świst, różne kolory itp. Są to na przykład różne sole metali, bądź same sproszkowane metale które zapewniają różne kolory oraz zwiększają temperaturę spalania a tym samą jasność. Aby uzyskać kolory dodaje się związki sodu, baru, miedzi czy też np. strontu. Związki magnezu lub glinu podnoszą zaś temperaturę reakcji. Warto zapytać dlaczego właściwie powstają różne kolory. No to wróćmy do szkolnych definicji – eksplozja to szybkie i gwałtowne spalanie generujące lokalne zmiany ciśnienia (fala uderzeniowa) i zmianę temperatury. Czyli: została wyzwolona jakaś energia której cześć przenoszą fotony. Coś się pali, a skoro widzimy płomień, to bez wątpienia musi to być światło widzialne a światło, jak pamiętamy, to oczywiście strumień fotonów. Część trafia do naszych oczu a część trafia do tych różnych związków chemicznych, które są w składzie fajerwerków. Atom zaś po otrzymaniu takiej dodatkowej porcji energii przechodzi w tzw. stan wzbudzony, w którym elektron przeskakuje na wyższy orbital. Aby mógł wrócić do stanu podstawowego i stabilności musi się pozbyć tego nadmiaru energii, a więc musi taki foton wyemitować.

Energia takiego wyemitowanego fotonu jest określona stałą Plancka i częstotliwością, a skoro każda cząstka potrafi być falą, to taka fala ma określoną długość a więc powstają różne barwy – dlatego właśnie da się produkować fajerwerki o określonym kolorze, w zależności od użytego związku chemicznego. Taki kwantowy przeskok z orbitalu na orbital powoduje właśnie tą emisję światła o różnych barwach.

fot. domena publiczna

Wszędzie ta mechanika kwantowa…

I bardzo was proszę. Nie strzelajcie w Sylwestra!

(c) by Lucas Bergowsky
Jeśli chcesz wykorzystać ten tekst lub jego fragmenty, skontaktuj się z autorem.