Vuurwerk, een eeuwenoude technologie, is een iconisch symbool van de viering van de onafhankelijkheidsdag, maar ze zijn ook een wonder van moderne wetenschap en techniek. Lees verder om de wetenschap achter het vuurwerk te ontdekken die je vanavond in het hele land ziet.
1. De chemische formule voor vuurwerk is per ongeluk uitgevonden. Ergens in de 10e eeuw begonnen de Chinezen vuurwerk te maken met buskruit (het eerste bekende chemische explosief was pas onlangs ontdekt). Maar wetenschappers geloven dat de uitvinders de chemische formule voor buskruit - zwavel, steenkool en kaliumnitraat of salpeter - hebben gebruikt tijdens pogingen om een elixer van onsterfelijkheid te creëren. Na verloop van tijd ontwikkelden de Chinezen een breed scala aan vuurwerk dat verschillende soorten visuele effecten produceerde en de pyrotechnicus werd een gerespecteerd beroep in de Chinese samenleving.
2. Vuurwerk is ontworpen om niet te exploderen. In tegendeel, scheikundigen ontwerpen vuurwerk om zo langzaam mogelijk te branden, in plaats van snel te ontploffen. Een langzamere brand betekent dat een vuurwerk voor een langere duur een visueel effect produceert dat een groter gebied van de hemel bedekt. Om dit te bereiken, zijn de gebruikte brandstof- en oxidatiemiddelenchemicaliën - meestal metalen zoals aluminium of magnesium voor brandstof, en percholaten, chloraten of nitraten voor oxidatiemiddelen - relatief groot korrelig, in het bereik van 250 tot 300 micron, ongeveer de grootte van een korrel zand. Bovendien vermijden scheikundigen het mengen van de brandstof en oxidatiemiddel grondig, waardoor ze moeilijker kunnen verbranden.
Pellets verpakt in vuurwerk bevatten chemicaliën die de levendige kleuren produceren die we aan de hemel zien. (Wikimedia Commons) 3. Verschillende kleuren worden geproduceerd door verschillende chemicaliën . De heldere kleuren die zichtbaar zijn wanneer vuurwerk ontploft, zijn het resultaat van pyrotechnische sterren - pellets van chemicaliën die bepaalde kleuren genereren of vonken veroorzaken bij verbranding. Wanneer de barstlading wordt ontstoken, explodeert de hoofdbrandstof eerst en brengt energie over op de kleurstoffen, waardoor de elektronen van deze chemicaliën in een geëxciteerde toestand worden gebracht. Dan, even later, wanneer de kleurstofchemicaliën afkoelen en de elektronen terugvallen naar hun basistoestand, geven ze de extra energie af als kleurrijke straling wanneer ze door de lucht vliegen. De specifieke kleur is afhankelijk van de chemische stof: verbindingen met strontium en lithium branden intens rood, terwijl calcium oranje brandt, natrium geel brandt, barium groen en koper blauw.
4. Vuurwerkvormen worden geproduceerd door een slim ontwerp . Om ongewoon gevormd vuurwerk te maken, zoals dubbele ringen, harten of sterren, stoppen technici de brandstof en kleurstoffen in een buis in verschillende formaties. Een centrale kern van brandstof, omgeven door een ring van pellets, zal een cirkelvormig vuurwerk produceren, terwijl een dubbele laag pellets een dubbele ring in de lucht zal creëren. Als de pellets aan de binnenkant met de brandstof worden gemengd, verspreiden de kleurstrepen zich vanaf een centraal punt, zoals in het patroon van de "wilgenboom". Voor bijzonder lastige formaties, zoals een hart of ster, worden de kleurstofpellets in de gewenste vorm op een stuk papier gelijmd. Wanneer de brandstof brandt, ontsteekt deze het papier, waardoor de kleurstoffen in hetzelfde patroon vliegen.
5. Vuurwerk vervuilen. Ondanks al het plezier van vuurwerkshows hebben ze een keerzijde. We hebben eerder geschreven over hoe pyrotechniek vogels kan laten schrikken en zelfs doden. Ze kunnen het wild ook op een meer verraderlijke manier schaden - door zware metalen, zwavel-koolverbindingen en percholaat in lokale waterlichamen te introduceren. Vuurwerk wordt vaak over meren en rivieren gelanceerd en deze bijproducten van verbranding kunnen in de loop van de tijd schade toebrengen aan aquatische ecosystemen. Luchtvervuilende stoffen kunnen ook mensen treffen, vooral mensen die aan astma lijden.
