Havai Fişeklerin Kimyası

28 Haz 2021

Ürün

Yaklaşık iki bin yıl önce antik Çin'de geliştirilen havai fişekler, dünyanın dört bir yanındaki kültürel kutlamalarda giderek daha fazla kullanılmakta ve neredeyse her yaştan insan tarafından beğenilmektedir. Kimyanın en eğlenceli formlarından biri olan havai fişekler, görme ve ses duyularımıza hitap ederek şaşırtıcı renk, boyut, şekil, ses ve benzeri çeşitlilikler sunmaktadır. Havai fişekleri izlemeyi severiz çünkü, ihtişamları ve gizemleriyle nefesimizi keserler.

Ancak her şey eğlence ve oyundan ibaret değildir. Havai fişek işi (ve genel olarak piroteknik alanı) çok ciddidir, çünkü kullanımları mümkün olduğunca güvenli ve aynı zamanda çevre dostu olmalıdır. Havai fişeklerin ötesinde, diğer piroteknikler konserler, filmler gibi her türlü eğlencede, savunma ve güvenlik için daha ciddi uygulamalarda (örneğin, işaret fişekleri ve sinyal lambaları gibi güvenlik önlemleri) kullanılmaktadır.

Havai fişekler nelerden yapılıyor?

İlk havai fişekler oldukça tehlikeliydi ve kutlamalardan ziyade korunma amacıyla kullanılıyordu ve şu anda aşina olduklarımıza pek benzemiyorlardı.

Her şey Antik Çin'de odun kömürü, kükürt ve güherçile (potasyum nitrat) karışımından elde edilen barutun icadıyla başlamıştır. Sonunda, bu ilk havai fişeklerin kullanımının güvenliğini ve öngörülebilirliğini artırmak için yeni gelişmeler yapıldıkça, renklerle deneyler yapılmaya başlanmış ve insanlar bunları daha çok şiddet içermeyen amaçlar için kullanmaya başlamıştır. Artık hem tüketiciler hem de profesyoneller için her türlü havai fişeğin geliştirilmesine adanmış koca bir endüstri oluşmuştur.

Aşağıdaki bağlantılardan havai fişeklerin tarihi hakkında daha fazla bilgi edinebilirsiniz:

Havai Fişek Terminolojisi Sözlüğü

Havai Fişeklerin Tarihçesi

Havai Fişek Tarihi

Yıldız kapsüller (72) ve ateşleyici (70) ile doldurulmuş bir havai fişek kapsülünün kesit diyagramı. [1]

Bir havai fişek ya da diğer adıyla hava fişeği, gövde dışında temel olarak üç ana parçadan oluşmaktadır: barut ve roketin patlamasını sağlayan bir ateşleyici ve üstteki taşınan kapsülün içinde genellikle “yıldız” olarak adlandırılan (küre ya da silindir şeklinde olmalarına rağmen, Şekil 1, [1]'den) ve istenen etkiyi yaratmak için çeşitli kimyasallar içeren küçük süsleme kapsülleri bulunmaktadır. Yıldızlar bir renklendirici, bir yakıt, bir oksitleyici (oksijen sağlayan madde, örneğin kloratlar veya nitratlar) ve bileşen karışımını kompakt bir briket halinde tutan bir bağlayıcıdan oluşmaktadır.

Endüstri, havai fişeklerin yıldızlar ve çizgiler, kalpler, hatta çizgi film figürleri gibi daha karmaşık şekillerde ya da doğru zamanlandığında harfler ve rakamlar şeklinde patlamasını sağlamak için önemli miktarda zaman harcamıştır.

Renklerden bir gökkuşağı oluşturmak

Havai fişeklerin canlı renkleri, bileşenlerin %20'sini oluşturan metal iyonlarının yanmasından kaynaklanmaktadır. Metaller, modern havai fişeklerin icadından önce bile alevleri renklendirmek için kullanılmışlardır ( ör. Bengal ateşi). Kimyasal olarak bakıldığında, bu metal iyonları ısıtılarak (enerji eklenerek) elektronik durumlarını değiştirir ve ardından belirli bir renkte ışık yaymadan önce daha düşük bir enerji durumuna geri döner.

**Tablo 1. Piroteknikte kullanılan metallerin listesi ve renkleri** [2].
Renk	Metal	Örnek bileşenler
Kırmızı	Stronsiyum (yoğun kırmızı)	SrCO₃ (stronsiyum karbonat)
Lityum (orta kırmızı)	Li₂CO₃ (lityum karbonat) LiCl (lityum klorür)
Turuncu	Kalsiyum	CaCl₂ (kalsiyum klorür)
Sarı	Sodyum	NaNO₃ (sodyum nitrat)
Yeşil	Baryum	BaCl₂ (baryum klorür) B₃N₃ (bor nitrür)
Mavi	Bakır halojenürler	CuCl₂ (bakır klorür), düşük sıcaklıkta
Çivit mavisi	Sezyum	CsNO₃ (sezyum nitrat)
Menekşe	Potasyum	KNO₃ (potasyum nitrat)
Rubidyum ( menekşe kırmızısı)	RbNO₃ (rubidyum nitrat)
Altın	Kömür, demir veya karbon siyahı
Beyaz	Titanyum, alüminyum, berilyum veya magnezyum tozları

Burada çok belirgin olan, bazı ülkelerdeki eski sokak ampullerinde de görülen sodyumdan kaynaklanan sarı renktir. Ne yazık ki, oluşan en canlı renkler, aynı zamanda stronsiyum (kırmızı) ve baryum (yeşil) gibi çevre için en zehirli olanlarıdır. Bu kirleticiler havada, suda ve hatta toprakta ölçülebilir - ancak daha sonra bu konuda daha fazla bilgi verilecektir.

Aşağıdaki bağlantılardan havai fişeklerin renklerini nasıl aldığı hakkında daha fazla bilgi edinebilirsiniz:

Piroteknik renklendirici

Havai Fişekler O Muhteşem Renklerini Nasıl Alır?

Önce güvenlik

İster yapımı, ister kullanımı veya depolanması ile ilgili olsun, havai fişekler söz konusu olduğunda güvenlik her zaman kritik bir konudur. Yıllar boyunca havai fişeklerle ilgili çok sayıda ciddi kaza meydana gelmiştir.

Havai fişeklerin güvenli bir şekilde nasıl kullanılacağı hakkında daha fazla bilgiyi buradan edinebilirsiniz:

Güvenlik İpuçları

Avrupa'da kaydedilen en büyük havai fişek felaketlerinden biri 2000 yılında Enschede'de (Hollanda) meydana gelmiştir. Bu patlama, şehir büyüdükçe ve etrafına evler inşa edilmeye devam ettikçe, bir yerleşim bölgesinin merkezinde bulunan S.E. Fireworks fabrikasının deposunda meydana gelmiştir. Bütün bir mahalle yerle bir olmuş ve patlamaların en büyüğü 30 kilometre uzaklığa kadar hissedilmiştir.

Bu olay nedeniyle, çoğu Avrupa ülkesinde daha büyük havai fişeklerin satışına sadece açık havada izin verilmektedir. Kutlamalara hazırlık olarak evde havai fişek biriktirilmesinden, en azından bodrum katları veya apartmanlar gibi kapalı ortamlarda kaçınılmalıdır. Bir yangın durumunda sorun yaşamamak için bunları havalandırmalı bir barakada veya araba parkında saklamak daha iyi olacaktır. Ayrıca havai fişekleri uzun süre saklamamak gerekmektedir, çünkü ticari havai fişeklerin çoğu üretildikten sonra 3-6 ay içinde kullanılmalıdır, aksi takdirde kağıt içeriği nemlenebilir, iyonik maddeler çözünebilir ve yeniden kristalleşebilir ve bu nedenle arıza olasılığı yükselmektedir.

Bir havai fişek arızası durumunda: Asla doğrudan bakılmamalıdır! Uygun bir mesafede en az 15 dakika bekledikten sonra bir alet kullanarak havai fişek hapsedilmelidir; özellikle de patlayan havai fişekler veya roketlerle uğraşırken asla çıplak eller ile dokunulmamalıdır.

Bunlar belirtildikten sonra, havai fişeklerin daha düzgün ve güvenilir bir şekilde çalışması için son birkaç yılda bazı güvenlik özellikleri entegre edilmiştir. Örneğin, fırlatma sırasında daha iyi yanma performansı için itici gazlar kara barut yerine roketlerde kullanılan plastikleştiriciler gibi teknolojiler kullanılarak modifiye edilmiş ve bu da yerde daha az duman ve toz oluşmasına neden olmuştur. Özel bir reaksiyon zincirinin takip edilmesi gerekmektedir, aksi takdirde zararsız bir şekilde yanacaktır.

Bilgi güç demektir: Doğru analitik testlerle kazaları önleyebilirsiniz

Enschede'deki ve sayısız diğer havai fişek kazalarının önlenmesine yardımcı olmak için, kağıt bazlı havai fişeklerin su içeriği, metal parçacıkların tane boyutu ve renklendiricinin saflığı ve bileşimi gibi farklı kalite parametrelerinin yakından izlenmesi çok önemlidir. Yeterli kalite kontrol, uygun protokoller izlendiğinde halkın elinde bile eğlenceli ama güvenli bir havai fişek deneyimi sağlamaktadır.

Metrohm, bu araştırma alanı için çeşitli analitik teknolojiler ve ilgili uygulamalar sunmaktadır. Laboratuvarda, sokakta ve havada eser maddelerin yanı sıra çok çeşitli maddeler ve kalite parametreleri için ıslak kimyasal yöntemler ( ör. Karl Fischer titrasyonu, iyon kromatografi, voltammetri) ya da spektroskopik teknikler (ör. yakın kızılötesi spektroskopi [NIRS] ve Raman spektroskopisi) ile analizler gerçekleştirilebilmektedir.

Daha önce de belirtildiği üzere, patlayıcı maddelerin güvenliği tartışılırken nem önemli bir kalite parametresidir. Metrohm, çeşitli matrislerdeki su içeriğinin doğru analizi için aşağıdaki blog makalelerinde özetlenen iki farklı teknik sunmaktadır.

Nem Analizi - Karl Fischer Titrasyonu mu, NIRS mı, yoksa ikisi birden mi?

Amonyum nitratta nem analizi

Ana bileşenlerin ayrı ayrı konsantrasyonlarının belirlenmesi söz konusu olduğunda, bazı ıslak kimyasal teknikler gerçekten öne çıkmaktadır. Baskılamalı anyon kromatografi, örneğin havai fişek tozunun, diğer patlayıcı maddelerin ve hatta adli amaçlarla patlama kalıntılarının iyonik bileşenlerini ölçmek için idealdir. Bir iyon kromatografın bir kütle spektrometresine (IC-MS) bağlanması daha da fazla analiz olanağı sunmaktadır. Ücretsiz Uygulama Notlarını indirerek bu çalışmalar (ve daha fazlası) hakkında daha fazla bilgi edinebilirsiniz.

Havai fişek tozunda klorat, nitrat ve perklorat

Bir patlayıcı ekstraktındaki on anyonun tespiti

IC ile adli muayene analizi - Patlayıcılar ve patlama kalıntılarındaki ana anyonların yanı sıra düşük klorat, tiyosülfat, tiyosiyanat ve perklorat konsantrasyonlarının belirlenmesi

Havai fişeklerin canlı renklerini oluşturmak için birkaç farklı metal tuzunun kullanılması güzel olabileceği gibi sağlığa ve çevreye de zararlı sonuçlar doğurabilmektedir. Voltammetri (VA), ağır metallerin ve diğer elektrokimyasal olarak aktif maddelerin eser ve ultra eser konsantrasyonlarının belirlenmesi için uygun bir elektrokimyasal yöntemdir. VA sadece laboratuvarda bu maddelerin belirlenmesinde değil, aynı zamanda bir havai fişek gösterisinin veya istenmeyen bir olayın sonraki etkilerinin ölçülmesi gibi sahada da mükemmel sonuçlar sağlamaktadır. VA cihaz ve uygulama portföyümüze buradan göz atabilirsiniz.

Metrohm: Voltammetrik analiz uzmanları

Raman gibi spektroskopik teknikler, farklı cihaz eklentileri kullanarak güvenli bir mesafeyi korurken bile tehlikeli patlayıcı maddelerin varlığını belirlemeye yardımcı olabilmektedir. Metrohm Raman'ın MIRA DS cihazının patlayıcıları güvenli bir şekilde tespit etmek amacıyla nasıl kullanılabileceğine dair ücretsiz White Paper yayınını aşağıdan okuyabilirsiniz.

Mira DS ile İkili Patlayıcıların Tespiti için Özel Kütüphaneler Oluşturma

Çevre dostu havai fişekler - bir çelişki mi?

Havai fişekler çok görkemli bir eğlence şekli olmasına rağmen, büyük kültürel etkinlikler veya ulusal bayramlardan sonra, oldukça büyük bir çevresel etki ortaya çıkmaktadır. Bir havai fişek gösterisinin ardından oluşan genel atmosferik kirlilik, toz ve duman artışının yanı sıra, çoğu modern havai fişekte renklendirici olarak kullanıldığı için havadaki ağır metal içeriğinde de görülmektedir.

Yanmamış malzeme hala önemli miktarda ağır metal içermektedir. Bu malzeme yere düştükten sonra çözünebilir ve yağmur yağdıktan sonra yeraltı sularına karışabilir. Güvenlik nedeniyle havai fişekleri kaplayan plastik malzemeler, kırık mermi şarapnelleri veya mikroplastikler olarak tekrar ortaya çıkmaktadır. Havai fişeklerin içindeki bileşiklerin yanması, ölçülebilen ve değerlendirilebilen aerosoller şeklinde hava kirliliğinin artmasına yol açarak havada ağır metaller, ince tozlar ve hatta akciğerlerimiz için son derece zararlı olan nanopartiküller oluşmasına neden olmaktadır.

Metrohm Process Analytics, dünya çapında resmi kurumlar ve araştırma kuruluşları tarafından hava kalitesini tamamen otomatik olarak izlemek için kullanılan 2060 MARGA'yı (Monitor for AeRosols and Gases in ambient Air) geliştirmiştir. Bu cihaz, iyon kromatografi analitik tekniğine dayanmaktadır ve bir seferde birkaç hafta boyunca gözetimsiz bırakılabilen özel bir sürekli hava izleme cihazı olarak veya hava kalitesinin izlenmediği zamanlarda diğer projeler için kullanılabilen bir araştırma cihazı olarak kullanılabilmektedir.

Blog makalemizden 2060 MARGA ve yetenekleri hakkında daha fazla bilgi edinebilirsiniz.

Zararlı partikül madde ve aerosoller için kesintisiz hava kalitesi izleme

Hava kalitesini izlemek amaçlı Metrohm cihazlarının kullanımı hakkında daha fazla bilgi edinmek için bu derleme makalelere göz atabilirsiniz.

İyon kromatografi ile hava izleme: Literatür referanslarına genel bir bakış

Çin'in mega kentinde 2013-2017 yılları arasında Çin Bahar Festivali sırasında havai fişek düzenlemesinin hava kalitesi ve halk sağlığı üzerindeki etkileri

Ağır metal içeriğini en aza indirmek ve aerosol oluşturan maddeleri azaltmak için hem profesyonel hem de iç mekan kullanımı için yeni bir “yeşil” havai fişek nesli geliştirilmektedir. Bu da onları iç mekan piroteknik gösterileri ve film prodüksiyonu için daha uygun hale getirmektedir. Düzenli açık hava gösterilerinde (örneğin tema parklarında), kapsülün taşınması için kullanılan barut çoğunlukla hava basınçlı bir tabanca mekanizmasıyla değiştirilmiştir.

Lityum türevlerini stronsiyum ile değiştirerek parlaklıklarını artırmak ya da baryum veya klorlu bileşikler yerine bor kullanmak gibi yöntemlerle ağır metal bazlı renklendiricileri çevre açısından daha iyi olan maddelerle yer değiştirmek için önemli miktarda araştırma yapılmıştır.

Yeşil Pirotekniklere Genel Bakış (Almanca)

Son olarak, havai fişekleri çevrelemek için yaygın olarak kullanılan plastik parçaların, daha iyi plastikleştirici bağlayıcılara sahip mikrokristalin selüloz karışımları ile değiştirilmesi planlanmaktadır. Bu, mevcut plastik malzemelere kıyasla benzer bir stabiliteye yol açmakta, ancak selüloz bazlı kaplar tamamen yanmakta ve yere saçılmış zararlı maddeler bırakmamaktadır.

Havai fişek gösterilerinin geleceği

Tüm güvenlik önlemleri havai fişeklerin keyfini sadece etkinlik sırasında değil, etkinlik sonrasında da yeşil ve güvenli olarak artırmaktadır. Geleceğin habercisi olan bu kutlamaların bazılarında artık koreografili bir dans için ışıklı dronlardan oluşan bir kadro kullanılmaktadır. Droneların fiyatları düştükçe ve kullanım ve programlama kabiliyetleri arttıkça bu durum daha istikrarlı bir şekilde gerçekleşmektedir. Bununla birlikte, havai fişekler zaten birkaç bin yıldır bizimle ve muhtemelen yakın zamanda ortadan kalkmayacaktır.