Ako fungujú ohňostroje?

Už o niekoľko hodín sa náš pohľad upriami na nočnú oblohu, ktorá bude zaplnená krásnymi rôznofarebnými výbuchmi. Za všetko, čo počas silvestrovskej noci uvidíte a začujete, je zodpovedná chémia.

Pri zábavnej pyrotechnike je potrebné, aby boli v súlade zvuk aj farba. Počas výroby sa preto musia brať do úvahy rôzne časy horenia rôznych materiálov. Navyše, materiály sa zvyknú pripravovať po vrstvách, aby sa docielil efekt zmeny farby počas výbuchu.

Rakety sú zvyčajne balené vo forme valcov (mažiarov), ktoré obsahujú pušný prach a takzvané svetličky – lisovanú zápalnú zmes tvorenú palivom, oxidovadlom a soľami kovov. Tieto valce sú uložené v trubici, ktorá slúži na usmernenie počas vystrelenia. Pri vypustení rakety najprv zhorí pušný prach umiestnený na spodnej strane trubice, čím vznikne tlak – ten z trubice vystrelí valec s výbušnou zmesou.

Po niekoľkých sekundách letu vo vzduchu sa s oneskorením spustí ďalšia explózia, ktorá zapáli pušný prach spolu so svetličkami. Ich umiestnenie v zmesi určuje výsledný tvar ohňostroja, buď sú výbuchy rovnomerne rozmiestnené po oblohe, alebo vytvoria obrazec v tvare kvetiny alebo gule.

Prečítajte si

Silvestrovský ohňostroj a pyrotechnika výrazne znečisťujú životné prostredie

Chémia výbuchov

Delobuchy a ohňostroje sú pripravené zo zmesi zlúčenín, z ktorých každá plní dôležitú funkciu. Základnou zložkou je palivo, napríklad pušný prach z dusičnanu draselného (KNO₃), uhlia a práškovej síry. Ďalej musí zmes obsahovať oxidovadlo, ktoré slúži ako zdroj kyslíka pri spaľovaní. Často ide o nitráty, chloristany, alebo chlorečnany.

Reakcia medzi palivom (uhlík alebo síra, ide o redukovadlá) a oxidovadlami je exotermická – znamená to, že sa pri nej uvoľňuje energia. Na začatie tohto procesu je potrebné iba malé množstvo energie. Keď sa však reakcia začne, nasleduje výbuch sprevádzaný uvoľňovaním energie – vo forme tepla a svetla.

Ďalej sa do zmesi pridávajú rôzne prímesi na lepšie prepojenie zmesi, najčastejšie sa používa polysacharid dextrín. Okrem toho zmes obsahuje regulátory rýchlosti spaľovania, zlúčeniny pridávajúce farbu a vyvolávajúce zvuk či dym.

Chémia farieb

Teplo uvoľnené počas výbuchu je schopné excitovať elektróny v atómoch kovov. Znamená to, že elektróny sa dodaním energie dostanú na vyššiu energetickú hladinu, kde však zotrvajú iba veľmi krátko. Počas návratu na ich pôvodnú energetickú hladinu dochádza k vyžiareniu absorbovanej energie vo forme svetla – tomuto javu sa hovorí atómová alebo molekulárna emisia.

Farba tohto svetla závisí od energetického rozdielu týchto dvoch hladín. Rôzne atómy kovu majú tieto hladiny od seba vzdialené rôzne, preto vyprodukujú iné farby. Zlúčeniny, ktoré sa používajú na zafarbenie ohňostrojov, emitujú svetlo vo viditeľnej oblasti spektra, ktorú vnímame ako farby.

Za farbou ohňostrojov stojí použitie rôznych zlúčenín obsahujúcich kovy. Pre výrazné a jasné farby sa používa hlavne práškový horčík (Mg). Červenú farbu spôsobujú soli stroncia (Sr) a sodíka (Na), oranžovú je možné dosiahnuť použitím vápenatých solí (Ca). Ružovú spôsobuje prítomnosť lítia (Li), modrú zase meď (Cu). Ich kombináciou je možné docieliť aj fialový ohňostroj. Ostáva ešte zelená, ktorá sa docieľuje zlúčeninami bária (Ba).

Práve modré ohňostroje predstavujú pomerne veľkú výzvu, zlúčeniny medi, ktoré sa v nich používajú, zvyknú byť pri vysokých teplotách nestabilné a rozpadajú sa. Tým sa modrá farba často stráca, pretože nie je možné, aby došlo k excitácii elektrónov v atómoch medi.

Veľké zdravotné riziká

Nebezpečenstvo spojené so zábavnou pyrotechnikou je zvyčajne spájané s možnosťami úrazov tváre, rúk a zraku. Rizík existuje však omnoho viac, pyrotechnika je veľkou záťažou aj pre životné prostredie. Okrem paliva totiž táto pyrotechnika obsahuje aj zlúčeniny kovov, napríklad bária, niklu, stroncia a medi. Po výbuchu sa tieto kovy dostávajú do ovzdušia, prípadného snehu, podzemných vôd, pôdy a riek.

Ťažký šedý opar, ktorý sa po výbuchoch vznáša vo vzduchu už tesne po polnoci, zvykne vyvolávať zdravotné ťažkosti spojené s dráždením na kašeľ a podráždenými či poškodenými očami. Obzvlášť citlivé sú deti, ktorých metabolizmus ťažkých kovov nie je natoľko efektívny ako u dospelých. Navyše, vnútorná výstelka ich dýchacích ciest je ľahko priestupná pre všetky zdroje znečistenia.

Problémom je aj hluk z výbuchov, ktorý často prevyšuje bezpečnú hranicu a môže poškodiť sluch.

Počas tohtoročného Silvestra preto pre svoje vlastné zdravie, zdravie svojich detí a ochranu životného prostredia nestrieľajte vlastné ohňostroje, radšej si pozrite z diaľky ten oficiálne organizovaný vaším mestom alebo obcou.