كيمياء الألعاب النارية- CHEMISTRY OF FIREWORK
هل سبق لك عند رؤية الألعاب النارية الجوية في السماء أثناء ليلة رأس السنة الجديدة أو في مناسبة ما؛ أن تتسائل عن كيمياء كل هذه الالوان الرائعة والمبهرة في السماء ؟! إن هذه الألعاب النارية هى أكثر بكثير من مجرد لعبة ترفيهية للإستمتاع بها؛ الالعاب النارية التي تطلق في السماء هو تجمع من المواد الكيميائية والوقود التي يجب معايرتها بعناية لإحداث تأثيرها الخاص؛ فِهم كيف تنتج الألعاب النارية تشكيلة رائعة من الألوان، والأشكال، وشدة الصوت لا يتطلب سوى فهم بسيط لبعض التفاعلات الكيميائية.
لنعرف اولًا ما بداخل الألعاب النارية وماهو تكوينها ؟
مصدر معظم الألعاب النارية هو أنبوب صغير يسمى (القذيفة الجوية -aerial shell) التي تحتوي على المواد الكيميائية المتفجرة، كل الأضواء والألوان، وأصوات الألعاب النارية تأتي من هذه المواد الكيميائية المتفجرة.
تتكون تلك القذيقة الجوية من البارود وهو معروف بقوته فى التفجير وقليل من المواد المتفجرة الأخرى تسمى (النجوم Stars-)؛ تُعطي النجوم الألعاب النارية لونها عندما تنفجر؛ عندما نشاهد إنفجار الألعاب النارية فنحن في الحقيقة نشاهد انفجار هذه النجوم؛ تتكون النجوم من اربعة مكونات كيميائية: عامل مؤكسد، واصباغ ملونة تحتوى على معادن، وقود أو فى بعض الحالات يُستبدل بعامل مختزل، غلاف قوي؛ في وجود لهب أو شرارة يَشترك العامل المؤكسد والوقود في خلق التفاعلات الكيميائية التي تُنتج الحرارة والغاز الكثيف أما الاصباغ المحتوية على المعادن تُنتج الألوان الخاصة بالألعاب النارية كل ذلك يتماسك معًا عن طريق الغُلاف.
أصوات وإنفجار الألعاب النارية كما قلنا تَنتُج عن تفاعل العامل المؤكسد والوقود ولكن يمكن استبداله احيانًا بالعوامل المختزلة في سلسلة من تفاعلات الاكسدة والاختزال حيث ينتج العامل المؤكسد غاز الاكسجين اللازم لحرق خليط من عوامل الاختزال وإثارة ذرات المركبات التي ينبعث منها ضوء، وتُستخدم أنواع من المؤكسدات المختلفة في النجوم التي تكلمنا عنها والمؤكسدات الأكثر شيوعًا هي النترات، الكلورات، وفوق كلورات أما عن عوامل الإختزال الشائعة مثل الكبريت و الكربون تتحد مع الاكسجين الناتج من العامل المؤكسد لتعطي طاقة الانفجار.
إنفجار الألعاب النارية بالوقود يحدث في خطوتين: يتم اطلاق القذيفة الجوية في الهواء، ثم انفجار القذيفة في الهواء، لتحقيق اول خطوة؛ ترتبط القذيفة بفتيل عندما يشتعل ذلك الفتيل مع لهب أو شرارة، ينفجر البارود، ويخلُق الكثير من الحرارة والغاز يتسبب ذلك في تراكم الضغط داخل القذيفة و عندما يكون هناك ضغط كبير بما فيه الكفاية، تنطلق القذيفة سريعًا إلى السماء، بعد بضع ثوان، وعندما تكون القذيفة الجوية مرتفعة عن سطح الأرض، يشتعل فتيل آخر داخل القذيفة الجوية، وهذا بدوره، يُشعِل النجوم، والتي تُنتِج بسرعة الكثير من الغاز والحرارة، مما يسبب في إنفجار القذيفة الجوية وفتحها لتخرج منها النجوم وتسبب اشكال الالعاب النارية التي نراها فى كل مكان، خلال الانفجار، لا تخرج الغازات فقط بسرعة، ولكنها أيضًا تكون ساخنة، و تتمدد بسرعة، وفقا لقانون (تشارلز- Charles’ Law)، الذي ينص على أنه كلما ازدادت درجة حرارة الغازات المغلقة، يزيد الحجم، وإذا كان هناك ضغط ثابت.
حسنًا؛ كيف تَنتُج ألوان الألعاب النارية التي نراها باختلافها ؟
يتم إنتاج هذه الألوان عن طريق تسخين الأملاح المعدنية، مثل كلوريد الكالسيوم أو نترات الصوديوم، التي تنبعث منها ألوان مميزة، ذرات كل عنصر تمتص الطاقة وتبعثها في صورة ضوء بألوان معينة، الطاقة المُمتصة من قبل ذرة تعيد ترتيب الإلكترونات من الحالة الأدنى للطاقة، وتسمى Ground state، لتصل إلى حالة مستوى أعلى من الطاقة، وتدعى الحالة المثارة، عندما تنحدر الإلكترونات إلى المستوى الأقل في الطاقة تخرج الطاقة الزائدة من حالة الاستثارة في شكل ضوء، كمية الطاقة المنبعثة هى سمة مميزة للعنصر، وكمية الطاقة تحدد لون الضوء المنبعث، على سبيل المثال، عندما يتم تسخين نترات الصوديوم، الإلكترونات في ذرات الصوديوم تمتص الطاقة الحرارية وتصبح مُثارة، هذه الحالة المُثارة ذات الطاقة العالية لا تدوم لفترة طويلة، والإلكترونات المُثارة لذرة الصوديوم تُطلِق الطاقة بسرعة حوالي 200 ك جول / مول، وهى طاقة الضوء الأصفر.
لون الضوء المُنبعث من الإلكترونات يختلف تبعًا لنوع المعدن أو مزيج من المعادن، لذلك، تحدد الألوان نوعية المعادن الموجودة في الالعاب النارية.
يجب ان تكون بدلت نظرتك عن الألعاب النارية في نهاية هذا المقال انها كيمياء الألعاب النارية.
| إعداد | ʚḯɞRokayaʚḯɞ |
| مراجعة | Esraa Adel |
المصادر
