bg‑blue

Wybuchowa historia

1
R1dAZFbASYyCz1
-200 CHINY I BAMBUSOWE KIJE Chiny to ojczyzna fajerwerków. Już około 200 r. p.n.e. wrzucano do ogniska kije bambusowe. Tliły się, a po chwili eksplodowały z głośnym hukiem. Strzelające bambusy towarzyszyły od tej pory uroczystościom i świętom., 501–801 WYNALEZIENIE CZARNEGO PROCHU Odkrycie czarnego prochu miało miejsce między VIIX w. w Chinach. Wynaleziony został przypadkowo w trakcie poszukiwań eliksiru nieśmiertelności. Podczas prób zmieszano siarkę, azotan(V) potasu, miód i arszenik (tlenek arsenu(III), As2O3). Kompozycja doprowadziła do eksplozji. Nazwano ją „ognistym lekiem”. Włożony do kija bambusowego i wrzucony w ogień powoduje głośniejszy wybuch (przypomina dzisiejszą petardę hukową). Eksperymenty doprowadziły do pojawienia się pierwszych bomb o zastosowaniu militarnym. Równocześnie w XII w. miały miejsce pierwsze pokazy sztucznych ogni organizowane na dworze cesarskim., 1379 POKAZ PIROTECHNICZNY Pierwsze wojskowe i cywilne zastosowanie pirotechniki w Europie to XIV w.1379 r., przed pałacem biskupa w Vicenzie, miał miejsce pokaz pirotechniczny o charakterze religijnym, który wywarł duże wrażenie na odbiorcach., 1830 EFEKTY PRZESTRZENNE W Europie największy wkład twórczy wnieśli Włosi, propagując pokazy i rozwijając przemysł pirotechniczny. Jako pierwsi wymyślili kolorowe fajerwerki. W 1830 r. wprowadzili efekty przestrzenne, czyli wybuchające na niebie świetlne kule fajerwerków., 1630 ROZWÓJ ARTYLERII BODŹCEM DLA ROZWOJU PIROTECHNIKI Fajerwerki zadomowiły się na dobre w Europie w XVII w. równolegle z rosnącym znaczeniem artylerii. Od tej pory fajerwerki wykorzystuje się w celach bojowych i operacjach wojskowych np. do oświetlania pola walki. W XVII w. pojawiły się pierwsze pokazy fajerwerków niezwiązane z religią. Po 1630 r. „dziwne ognie” (współczesne fajerwerki) stały się skutecznym sposobem demonstracji potęgi władców., 1566 PIERWSZE FAJERWERKI W POLSCE Pierwsza wzmianka o fajerwerkach w Polsce znalazła się w książce Dzieje w Koronie Polskiej [...] od roku 1538 aż do roku 1572 Łukasza Górnickiego. Był to 1566 r. (wówczas urodził się Zygmunt III Waza): po górach nad Wilnem strzelby rozmaite, rac puszczania, insze puszkarskich przypraw ognie były zapalane. Pokazy fajerwerków stały się bardzo popularne wśród polskiej szlachty.

Poniżej opisano oś czasu. Przedstawia ona historię fajerwerków.

-200 rok przed naszą erą – CHINY I BAMBUSOWE KIJE

Chiny to ojczyzna fajerwerków. Już około 200 roku p.n.e. wrzucano do ogniska kije bambusowe. Tliły się, a po chwili eksplodowały z głośnym hukiem. Strzelające bambusy towarzyszyły od tej pory uroczystościom i świętom.

Fotografia przedstawia fragment bambusowego lasu.

Źródło: hu.wikipedia.org, Licencja: domena publiczna

Huk palonych kijów bambusowych miał odstraszać złe duchy.

501-801WYNALEZIENIE CZARNEGO PROCHU

Odkrycie czarnego prochu miało miejsce między VIIX wiekiem w Chinach. Wynaleziony został przypadkowo w trakcie poszukiwań eliksiru nieśmiertelności. Podczas prób zmieszano siarkę, azotanV potasu, miód i arszenik (tlenek arsenuIII, As2O3). Kompozycja doprowadziła do eksplozji. Nazwano ją ognistym lekiem. Włożony do kija bambusowego i wrzucony w ogień powoduje głośniejszy wybuch (przypomina dzisiejszą petardę hukową). Eksperymenty doprowadziły do pojawienia się pierwszych bomb o zastosowaniu militarnym. Równocześnie w XII wieku miały miejsce pierwsze pokazy sztucznych ogni organizowane na dworze cesarskim.

Zdjęcie przedstawiające współczesną fabrykę sztucznych ogni, dystrykt Liuyang, Chiny. Na fotografii dwóch robotników, w trakcie kompletowania pakunków zawierających kompozycje dla odpowiednich rodzajów sztucznych ogni. Wnętrze i stopień zabezpieczeń są prowizoryczne.

Licencja: CC BY 2.0

Współczesna fabryka sztucznych ogni dystrykt Liuyang, prowincja Hunan, Chiny.

1379POKAZ PIROTECHNICZNY

Pierwsze wojskowe i cywilne zastosowanie pirotechniki w Europie to XIV wiek. W 1379 roku przed pałacem biskupa w Vicenzie, miał miejsce pokaz pirotechniczny o charakterze religijnym, który wywarł duże wrażenie na odbiorcach.

Ilustracja dokumentująca 1 stycznia 1700 roku, kiedy to Rosja przeszła na kalendarz juliański, co zostało uczczone pokazem sztucznych ogni. Na placu zgromadzony tłum obserwujący pokaz. Na niebie liczne rozbłyski. W środku tłumu osoby odpowiedzialne za odpalanie sztucznych ogni.

Licencja: CC BY 2.0

1 stycznia 1700 roku Rosja przeszła na kalendarz juliański. Obchody uczczono pokazem sztucznych ogni.

1830EFEKTY PRZESTRZENNE

W Europie największy wkład twórczy wnieśli Włosi, propagując pokazy i rozwijając przemysł pirotechniczny. Jako pierwsi wymyślili kolorowe fajerwerki. W 1830 roku wprowadzili efekty przestrzenne, czyli wybuchające na niebie świetlne kule fajerwerków.

Zdjęcie przedstawiające nocne niebo, na nim różnokolorowe fajerwerki.

Licencja: CC 0

Świetlne kule fajerwerków.

Ilustracja dokumentująca królewski pokaz fajerwerków, który odbył się w Londynie nad Tamizą w 1749 roku. Sztuczne ognie odpalano z łodzi.

Licencja: CC

Królewskie Fajerwerki, Londyn, 1749.

1566PIERWSZE FAJERWERKI W POLSCE

Pierwsza wzmianka o fajerwerkach w Polsce znalazła się w książce Dzieje w Koronie Polskiej [...] od roku 1538 aż do roku 1572 Łukasza Górnickiego. Był to 1566 (wówczas urodził się Zygmunt III Waza): po górach nad Wilnem strzelby rozmaite, rac puszczania, insze puszkarskich przypraw ognie były zapalane. Pokazy fajerwerków stały się bardzo popularne wśród polskiej szlachty.

Zdjęcie przedstawiające nocne niebo, na nim świetliste kule, czerwona, zielona i żółta, fajerwerków. Poniżej most wiszący nad rzeką.

Licencja: CC 0

1918 roku pokazem fajerwerków uczczono ogłoszenie niepodległości, a później tak samo uświetniono stulecie niepodległości w 2018 roku.

bg‑blue

Składniki sztucznych ogni

W skład sztucznych ogni może wchodzić czarny prochczarny prochczarny proch. Jest to mieszanina składająca się z siarki, węgla drzewnego i azotanu(V) potasu. Azotan(V) potasu jest przykładem soli stosowanej w fajerwerkach i pełni on rolę utleniaczautleniaczutleniacza w reakcji spalania czarnego prochu.

Równanie reakcji spalania czarnego prochu:

4 KNO3+2 S+2 C2 SO2+2 CO2+2 K2O+2 NO+N2
1
R1JRlmZEKR9ML1
Siarka jest składnikiem czarnego prochu. Siarka jest składnikiem czarnego prochu.
Licencja: CC 0., Węgiel drzewny jest substancją palną. Węgiel drzewny jest substancją palną.
Źródło: wikimedia.org, Licencja: CC BY SA 3.0, Azotan(V) potasu jest utleniaczem. Azotan(V) potasu jest utleniaczem.
Licencja: CC 0.

Siarka jest składnikiem czarnego prochu.

Indeks górny Licencja: domena publiczna; Źródło: commons.wikimedia.org Indeks górny koniec

Zdjęcie przedstawia żółte, lekko połyskujące kawałki siarki rozsypane na białym blacie.

Węgiel drzewny jest substancją palną.

Indeks górny Źródło: wikimedia.org, Licencja: CC BY SA 3.0 Indeks górny koniec

Zdjęcie przedstawia usypany w stożek węgiel oraz jego bryłkę o walcowatym kształcie. Mają one kolor ciemnoszary i miejscami lekko połyskują.

AzotanV potasu jest utleniaczem.
Indeks górny Licencja: domena publiczna; Źródło: commons.wikimedia.org Indeks górny koniec

Zdjęcie przedstawia azotanV potasu. Drobne, białe kryształy usypane są na szkiełku zegarkowym.

Zamiast czarnego prochu mogą być stosowane także inne związki chemiczne:

azotan(V) celulozy (nitroceluloza) oraz trójazotan(V) glicerolu (nitrogliceryna).

1
R1NLtHKSiYnBE1
Ilustracje przedstawiające wzory strukturalne podstawowej jednostki budulcowej nitrocelulozy oraz nitrogliceryny. 1 Nitroceluloza. Na powietrzu spala się błyskawicznie bardzo jasnym, żółtym płomieniem,
nie zostawiając zapachu ani żadnych widocznych pozostałości po spaleniu.
Licencja: domena publiczna. Wzór strukturalny nitrocelulozy. Cząsteczka w nawiasie. Podstawowa jednostka budulcowa oparta na celulozie, to jest biopolimerze bazującym na D–glukozie połączonej wiązaniami β–1,4–glikozydowymi, która to została poddana estryfikacji za pomocą kwasu azotowego(V). Strukturę stanowi sześcioczłonowy pierścień, w którym pierwszy lokant stanowi atom węgla C1 związany z atomem tlenu wbudowanym w tenże pierścień. Węgiel C5 zamyka pierścień i łączy się z wspomniany atomem tlenu oraz węglem C6, niewbudowanym w pierścień. Od węgla C1 odchodzi wiązanie łączące go z atomem tlenu, który to łączy się z węglem C4 kolejnego pierścienia. Od węgli C2, C3 oraz C6 odchodzą grupy ONO2, to jest zestryfikowane kwasem azotowym(V) grupy hydroksylowe. Dwa pierścienie połączone są mostkiem tlenowym, wspomniany atom tlenu łączący węgiel C1 pierwszego pierścienia z węglem C4 drugiego. W pierwszym pierścieniu od węgla C4 odchodzi atom tlenu, od którego poprowadzone jest wiązanie wychodzące poza nawias. W drugim pierścieniu to wiązanie od węgla C1 wychodzi poza nawias. Nitrogliceryna jest bardzo wrażliwym na uderzenia i inne bodźce materiałem wybuchowym.
Licencja: domena publiczna Wzór strukturalny nitrogliceryny. Cząsteczka o strukturze grupa CH związana z grupą ONO2 oraz z dwiema grupami CH2ONO2. Nitrogliceryna jest bardzo wrażliwym na uderzenia i inne bodźce materiałem wybuchowym.

Nitroceluloza. Na powietrzu spala się błyskawicznie bardzo jasnym, żółtym płomieniem, nie zostawiając zapachu ani żadnych widocznych pozostałości po spaleniu.

Indeks górny Licencja: domena publiczna; Źródło: commons.wikimedia.org Indeks górny koniec

Na ilustracji znajduje się wzór strukturalny nitrocelulozy. Cząsteczka w nawiasie. Podstawowa jednostka budulcowa oparta na celulozie, to jest biopolimerze bazującym na D‑glukozie połączonej wiązaniami beta‑jeden,cztery‑glikozydowymi, która to została poddana estryfikacji za pomocą kwasu azotowego(pięć). Strukturę stanowi sześcioczłonowy pierścień, w którym pierwszy lokant stanowi atom węgla C 1 związany z atomem tlenu wbudowanym w tenże pierścień. Węgiel C 5 zamyka pierścień i łączy się z wspomniany atomem tlenu oraz węglem C 6, niewbudowanym w pierścień. Od węgla C 1 odchodzi wiązanie łączące go z atomem tlenu, który to łączy się z węglem C 4 kolejnego pierścienia. Od węgli C 2, C 3 oraz C 6 odchodzą grupy ONO2, to jest zestryfikowane kwasem azotowym(pięć) grupy hydroksylowe. Dwa pierścienie połączone są mostkiem tlenowym, wspomniany atom tlenu łączący węgiel C 1 pierwszego pierścienia z węglem C 4 drugiego. W pierwszym pierścieniu od węgla C 4 odchodzi atom tlenu, od którego poprowadzone jest wiązanie wychodzące poza nawias. W drugim pierścieniu to wiązanie od węgla C 1 wychodzi poza nawias.

Nitrogliceryna jest bardzo wrażliwym na uderzenia i inne bodźce materiałem wybuchowym.

Indeks górny Licencja: CC BY‑SA 3.0; Źródło: GroMar Sp. z o.o. Indeks górny koniec

Na ilustracji znajduje się wzór strukturalny nitrogliceryny. Cząsteczka o strukturze grupa C H związana z grupą ONO2 oraz z dwiema grupami CH2ONO2.

bg‑blue

Substancje palne i utleniacze stosowane w fajerwerkach

R19mgaSzPsarz1
Mapa myśli. Lista elementów:
  • Nazwa kategorii: UTLENIACZ
    • Elementy należące do kategorii UTLENIACZ
    • Nazwa kategorii: Siarczany(VI)
      • Elementy należące do kategorii Siarczany(VI)
      • Nazwa kategorii: Siarczan(VI) strontu
      • Nazwa kategorii: Siarczan(VI) amonu
      • Nazwa kategorii: Siarczan(VI) potasu
      • Nazwa kategorii: Siarczan(VI) baru
      • Koniec elementów należących do kategorii Siarczany(VI)
    • Nazwa kategorii: Dichromiany(VI)
      • Elementy należące do kategorii Dichromiany(VI)
      • Nazwa kategorii: Dichromian(VI) potasu
      • Koniec elementów należących do kategorii Dichromiany(VI)
    • Nazwa kategorii: Chromiany(VI)
      • Elementy należące do kategorii Chromiany(VI)
      • Nazwa kategorii: Chromian(VI) potasu
      • Koniec elementów należących do kategorii Chromiany(VI)
    • Nazwa kategorii: Azotany(V)
      • Elementy należące do kategorii Azotany(V)
      • Nazwa kategorii: Azotan(V) potasu
      • Koniec elementów należących do kategorii Azotany(V)
    • Nazwa kategorii: Chlorany(VII)
      • Elementy należące do kategorii Chlorany(VII)
      • Nazwa kategorii: Chloran(VII) potasu
      • Koniec elementów należących do kategorii Chlorany(VII)
    • Nazwa kategorii: Chlorany(V)
      • Elementy należące do kategorii Chlorany(V)
      • Nazwa kategorii: Chloran(V) potasu
      • Koniec elementów należących do kategorii Chlorany(V){color=#809fff}
      Koniec elementów należących do kategorii UTLENIACZ
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
RLbDDI3YxpvNk1
Mapa myśli. Lista elementów:
  • Nazwa kategorii: SUBSTANCJA PALNA
    • Elementy należące do kategorii SUBSTANCJA PALNA
    • Nazwa kategorii: Metale
      • Elementy należące do kategorii Metale
      • Nazwa kategorii: Magnez
      • Nazwa kategorii: Glin
      • Nazwa kategorii: Cynk
      • Koniec elementów należących do kategorii Metale
    • Nazwa kategorii: Niemetale
      • Elementy należące do kategorii Niemetale
      • Nazwa kategorii: Fosfor
      • Nazwa kategorii: Siarka
      • Nazwa kategorii: Węgiel
      • Koniec elementów należących do kategorii Niemetale
    • Nazwa kategorii: Inne
      • Elementy należące do kategorii Inne
      • Nazwa kategorii: Węglowodory
      • Nazwa kategorii: Węglowodany
      • Koniec elementów należących do kategorii Inne
      Koniec elementów należących do kategorii SUBSTANCJA PALNA
Substancje palne stosowane w fajerwerkach. Mogą być nimi metal, niemetal, węglowodory lub węglowodany.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
bg‑blue

Budowa fajerwerków

Cały materiał pirotechnicznypirotechnikapirotechniczny znajduje się w specjalnej, najczęściej tekturowej tubie (powłoce).

R1POPYy9pvqYB1
Schemat budowy fajerwerków
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Efekty sztucznych ogni

Podczas pokazu sztucznych ogni mogą wystąpić efekty dźwiękowe. Mogą to być na przykład głośne eksplozje, które zawdzięczamy reakcji pyłu magnezowego lub aluminiowego z chloranem(VII) potasu (KClO4).

4 Mg+KClO44 MgO+KCl

Innym efektem dźwiękowym jest charakterystyczny świst, który powstaje przez gwałtowne wydzielanie się dużej ilości gazu, towarzyszący rozkładowi KClO4.

KClO42 O2+KCl

Wielokrotność wybuchów zapewnia ułożenie składników wydzielających gaz w osobnych przegrodach, połączonych materiałem zapalnym – prochem.

Efekt lśniących iskier wywołany jest drobinkami metali (np. żelaza, magnezu), natomiast efekt zadymienia spowodowany jest obecnością cynku.

bg‑blue

Chemia barw fajerwerków

R1IkUxoZwSmk11
Wielobarwny spektakl sztucznych ogni jest wynikiem wiedzy chemicznej.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Szeroką paletę barw sztucznych ogni zawdzięczamy głównie solom metali.

Barwy roztworów wybranych jonów

jon

barwa roztworu

jon

barwa roztworu

Cu2+

niebieska

Fe2+

jasnozielona

Cr2+

od zielonej do fioletowej

Fe3+

żółta

Ni2+

zielona

CrO42-

żółta

Mn2+

jasnoróżowa

Cr2O72-

pomarańczowa

Co2+

różowa

MnO4-

fioletowa

Jaka zależność występuje między: elektronem, fotonem i widzianą przez obserwatora barwą?

Dostarczenie dużej energii w czasie wybuchu powoduje wzbudzenie elektronów na wyższe poziomy energetyczne. Ich powrót na poziomy niższe wiąże się z emisją kwantów energii w postaci promieniowania – a więc fotonów. Barwa emitowanego promieniowania jest zależna od różnicy energii pomiędzy poziomami energetycznymi, które pokonuj elektron.

R8vftemyOxpLs1
n1 stan podstawowy, n2 stan wzbudzony
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
bg‑blue

Fajerwerki – niebezpieczne piękno

Dostępność materiałów pirotechnicznych powoduje, że należy zawsze pamiętać o ich bezpiecznym używaniu. Kupować i odpalać sztuczne ognie może jedynie osoba pełnoletnia. W czasie zakupu trzeba zwracać uwagę na termin ważności produktu i czy nie jest on zawilgocony. Umieszczenie na opakowaniu danych producenta, zezwolenia do użytkowania na terenie naszego kraju i podanie instrukcji w języku polskim – jest niezbędnym elementem. Sprzedaż wymaga posiadania koncesji. Odpalając sztuczne ognie nie kierujemy ich w okna, budynki ani tym bardziej innych ludzi. Nie wolno ich odpalać również na balkonie czy tarasie. Powierzchnia powinna być gładka i równa – to zapobiega przewróceniu się sztucznych ogni. Po pierwszym zapaleniu fajerwerku należy oddalić się jak najszybciej na bezpieczną odległość.

Ważne!

Bezwzględnie nie wolno ponownie odpalać fajerwerków, które nie wybuchły!

1
RknE44CVK3R9J1
Dwa zdjęcia. Na jednym z nich na placu otoczonym drzewami stoją wypalone fajerwerki. W tle zabudowania. Na drugim zdjęciu są zapakowane, chińskie sztuczne ognie. Kilka jest wyjętych z paczki, najprawdopodobniej są uszkodzone lub uprzednio wypalone. Pozostałością po niewłaściwym używaniu sztucznych ogni mogą byś śmieci, kalectwo lub nawet śmierć.
Pozostałością po niewłaściwym używaniu sztucznych ogni mogą być szkodliwe dla nas śmieci, kalectwo, a nawet śmierć.
Źródło: dostępny w internecie: www.pixabay.com, domena publiczna.

Zdjęcie przedstawia plac otoczony drzewami, na którym to stoją wypalone fajerwerki. W tle zabudowania.

Zdjęcie przedstawia zapakowane, chińskie sztuczne ognie. Kilka jest wyjętych z paczki, najprawdopodobniej są uszkodzone lub uprzednio wypalone.

Fajerwerki – wpływ na środowisko i zwierzęta

Produkty reakcji zachodzących w sztucznych ogniach mogą być szkodliwe dla zdrowia i środowiska. Wybuchy petard i sztucznych ogni stanowią ogromna traumę dla zwierząt. Zwierzęta zdezorientowane często uciekają w popłochu, wpadają pod samochody albo dostają zawału serca.

Podsumowanie

Sztuczne ognie były źródłem prestiżu władców, natchnienia artystów i zachwytu zwykłych ludzi. Pokazy pirotechniczne towarzyszą świętowaniu ważnych wydarzeń na całym świecie. Ich współczesna budowa jest wynikiem odpowiedniego zastosowania różnych substancji chemicznych np. soli metali. Korzystając z tej atrakcji należy pamiętać o zasadach bezpiecznego zakupu i odpalania fajerwerków.

Nieprzestrzeganie może skutkować trwałym kalectwem lub zniszczeniem swojego lub, gorzej, czyjegoś mienia. U zwierząt stres towarzyszący wybuchom sztucznych ogni może skutkować atakami paniki. Środowisko jest zanieczyszczane produktami reakcji, zachodzącymi w czasie odpalania sztucznych ogni.

Słownik

bambus (Bambusa Shreb)
bambus (Bambusa Shreb)

rodzaj roślin wieloletnich o drewniejących łodygach, należący do rodziny wiechlinowatych. Stanowi jeden z kilkudziesięciu rodzajów, zwyczajowo określanych mianem „bambusów”, wchodzących w skład podrodziny bambusowych (Bambusoideae); ta roślina liczy około 130 gatunków występujących w tropikalnej i subtropikalnej części Azji; niektóre gatunki są szeroko rozpowszechnione w uprawie

czarny proch
czarny proch

rodzaj prochu wynaleziony w Chinach w IX w., będący praktycznie jedyną znaną mieszaniną pirotechniczną miotającą aż do połowy XIX w.; dzisiaj został już prawie całkowicie wyparty przez bardziej efektywne materiały, jak np. proch bezdymny

pirotechnika
pirotechnika

dział chemii i techniki, zajmujący się konstrukcją urządzeń z wykorzystaniem materiałów, które po wzbudzeniu, samodzielnie lub w połączeniu z innymi, poprzez proces reakcji spalania, wywołują efekty optyczne, cieplne, akustyczne, zapalające lub dymne

utleniacz
utleniacz

(fr. oxygéne, dosłownie „kwasoród”, „tlen”) atom, jon lub cząsteczka, które w reakcji redoks są akceptorem elektronu (elektronów)

stopień utlenienia
stopień utlenienia

pojęcie określające liczbę dodatnich lub ujemnych ładunków elementarnych, które można przypisać atomowi pierwiastka chemicznego wchodzącego w skład określonego związku, gdyby cząsteczki tego związku miały budowę jonową

kwant
kwant

elementarna porcja energii, zwana fotonem