烟花里的化学知识

王中泰 · 发表于 2024-1-1 15:45

烟花里的化学知识

随着元旦的到来，春节也将进入倒计时，新年的氛围已经拉满。小析姐在线上线上的各个地方都看到了代表新年的烟花爆竹元素。有一个疑问：身为化学党的你，真的知道为什么烟花绽放如此绚烂吗？今天就为大家科普一下烟花里化学知识。

成分组成
烟花的化学成分大体分为四类。
第一类是氧化剂，如硝酸盐类、氯酸盐类等。
第二类是可燃物质，如硫磺、木炭、镁粉和赤磷。爆竹内的火药是以黑色火药为基础发展而来的，一般配方是：硝酸钾(KNO3)3克，硫磺(s)2克，炭粉(C)4?5克，蔗糖(C12H22O11)5克，镁粉(Mg)1～2克。其中蔗糖作为气体发生剂以增加响度，镁为发光剂。点燃后的爆炸反应主要是：（1）S＋2KNO3＋3C→K2S＋N2＋3CO2 ；△H=-707KJ/mol（2）2Mg+O2=2MgO
反应放热并产生大量的气体从而产生轰鸣声，同时镁粉燃烧生成耀眼白光。

第三类是火焰着色物，如钡盐、锶盐、钠盐和铜盐。火焰着色物为烟花提供各种各样的色彩，涉及到的原理为：电子跃迁，当碱金属及其盐在火焰上灼烧时，原子中的电子吸收了能量，从能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道。但处于能量较高轨道上的电子是不稳定的，很快跃迁回能量较低的轨道，这时就将多余的能量以光的形式放出。而放出的光的波长在可见光范围内（波长为400nm～760nm），因而能使火焰呈现颜色。

利用焰色反应，人们在在烟花中有意识地加入特定金属元素，使焰火更加绚丽多彩。

tips：常见的焰色反应

第四类是其他特效药物，如苦味酸钾、聚氯乙烯树脂、六氯乙烷、各种油脂和烟花的成分、原理及对环境的危害硝基化合物，这些物质会造成有机污染。

下面分享烟花中烟火剂的10种主要原材料，让非化学党的朋友们狠狠羡慕你。
1、硝酸钾：
硝酸钾是强氧化剂。在配制烟火药时，不宜将硝酸钾与高氯酸铵混合使用。因为硝酸钾会与高氯酸铵发生反应，生吸湿性很强的硝酸铵，如果这些药剂中含有轻金属粉末时，些金属粉末就可能受潮发热，甚至自燃、自爆。
2、氯酸钾：
氯酸钾特别敏感，它与有机物、硫磺、硫化物、酸类或其他易氧化的物质混合后，受热或受到撞击和磨擦，均能产生强烈的燃烧和爆炸。氯酸钾受日光照射容易分解，生成极不稳定的亚氯酸钾和吸湿性很强的氧化钾，亚氯酸钾极不稳定，如果与酸类、硫化物和有机物等混合，极易自燃或自爆。
3、硝酸钡：
常温下硝酸钡的化学稳定性较好，机械感度不高，但与氯酸钾混合，容易生成敏感性较强的氯酸钡，配合制成烟火药时，有可能产生自燃、自爆。
4、高氯酸钾：
高氯酸钾的化学稳定性较氯酸钾好，与硫化氰酸盐混合产生自爆，与有机物混合具有强烈的爆炸性能。
5、硫磺：
硫和氯酸钾的混合物可形成爆炸性物质，感度很高，销经撞击或磨擦就会爆炸，硫为热和电的不良导体，在粉碎、碾磨时会产生静电，引起自燃和爆炸。硫磺粉尘在人气中会与氧形成爆炸性混合物，当每公升空气中含硫7毫克以上时，遇到火源就会爆炸。
6、铝粉：
铝粉易溶于稀酸，遇水或受潮会与水产生化学反应，产生高温，如果不及时扩散，会产生自燃、自爆。当每公升空气中含铝粉40毫克以上时，遇到火源就会爆炸。
7、镁粉：
镁粉与铝粉一样，受潮会产生自燃、自爆。当每公升空气中含镁粉10－25毫克，遇到火源就会爆炸。
8、镁铝合金粉：
一般由镁、铝各50％左右组成的金属互化的，化学稳定性比单独的镁粉或铝粉要好。当每公升空气中含有合金粉32.5毫克时，遇火源就会爆炸，受潮与水作用后生成氧化物，并放出氢气，同时产生大量热，如果不及时散热，会自燃或自爆。
9、硫化锑：
硫化锑在烟火药中用作还原剂、助燃剂，它与氯酸钾、高氯酸钾的混合物敏感度很高，比硫与氯酸钾、高氯酸钾的混合物稍稳定，但由于它不可避免地带有一些二氧化硅（沙子），从而大大提高了烟火药的机械感度。另外还有一种五硫化二锑，它是一种强还原剂，比三硫化二硫的感度更高。
10、赤磷（又名红磷）：
赤磷是一种强还源剂，在空气中容易被氧化，并产生自燃，赤磷与氯酸钾的混合物，在含水分20％的情况下，稍经撞击或摩擦就会自燃与爆炸。赤磷燃烧时，产生有毒的五氧化二磷白色烟雾。用作烟火剂的赤磷，不允许有黄磷（白磷）痕迹，因为黄磷的燃点很低（仅30摄氏度），与其他药物混合制成产品时，很容易自燃。
11、硝化棉：
硝化棉具有高度可燃性和爆炸性，其危险程度根据硝化程度而定，含氮量在12.5％以上的硝化棉危险性极大，遇火即燃烧。在温度超过40℃时能加速其分解而自燃。含氮量不足12.5％的硝化棉虽然比较稳定，但受热或储存日久，逐渐分解而放出酸，降低着火点，亦有自燃自爆的可能。失火时，严禁用砂土等物压盖，以免发生爆炸。