Chémia silvestrovskej oblohy
Silvester sa nám všetkým spája s vítaním nového roka. Túto udalosť sprevádzajú oslavy, ku ktorým patrí aj odpaľovanie zábavnej pyrotechniky. Na krátky čas sa tak nočná obloha zaplnení zmesou rôznofarebných výbuchov a svetiel. Dôležitú rolu v tomto nočnom divadle zohráva chémia, ktorá je zodpovedná za akustickú aj vizuálnu stránku.
Rakety obsahujú pušný prach (balený do valcovej formy) a svetličky (lisovaná zápalná zmes pozostávajúca z paliva, oxidovadla a soli kovov). Obe zložky sú uložené v trubici, ktorá usmerňuje trajektóriu letu rakety. Prvým krokom po zapálení knôtu je zhorenie pušného prachu nachádzajúceho sa v spodnej časti. Počas horenia vzniká tlak, ktorý vytláča výbušnú zmes z nosnej trubice. Druhá explózia nastáva po krátkom lete vo vzduchu. Svetličky sú iniciované a ich umiestnenie a chemické zloženie sú zodpovedné za tvar a farbu výslednej podoby ohňostroja.
K najhlavnejším faktorom spoluzodpovedným za „chémiu výbuchov“ môžeme radiť palivo a oxidovadlo. Ako palivo sa často využíva zmes dusičnanu draselného vo forme pušného prachu (KNO3), s uhlím a práškovou sírou. Oxidovadlom (zdroj kyslíka pre horenie) bývajú najmä rôzne chlorečnany, chloristany alebo nitráty. Reakcia prebiehajúca medzi palivom a oxidovadlom je silno exotermická, čo znamená, že sa uvoľňuje energia. Zapálením knôtu sa dodá malá aktivačná energia, ktorá spúšťa kaskádu chemických procesov. Ich výsledkom je uvoľnenie energie vo forme výbuchu sprevádzaného teplom a svetlom. Súčasťou zmesi môžu byť aj látky na regulovanie rýchlosti horenia (potrebné na synchronizáciu zvukových a svetelných efektov), vyvolávanie zvuku alebo dymu.
Soli kovov sú pridávané pre vizuálne efekty. Jav, ktorý prebieha v druhom kroku, sa nazýva atómová emisia. Energia uvoľnená v prvotnom výbuchu dokáže excitovať (vydráždiť, povzbudiť) elektróny kovov. Takto povzbudené elektróny prechádzajú na vyššiu energetickú hladinu, zotrvajú v nej krátky čas a pri návrate do pôvodnej energetickej hladiny sa emituje energia vo forme svetla vo viditeľnej oblasti spektra. Pozorovaná farba je výsledkom rozdielu oboch energetických hladín. Rozdiel týchto hladín je pre každý kovový prvok charakteristickým, čoho výsledkom sú rozmanité farby pozorované na nočnej oblohe. Soli kovov tak v „chémii farieb“ hrajú kľúčovú úlohu. Pre jasné sfarbenie sa pridáva práškový horčík (Mg). Červená farba je výsledkom prítomnosti soli sodíka (Na) alebo stroncia (Sr), oranžovú je možné vyrobiť prídavkom vápenatých solí (Ca). Ružovú spôsobuje zastúpenie lítia (Li), modrú meď (Cu). Ich kombináciou je možné dosiahnuť fialový ohňostroj. Zelená farba pochádza zo zlúčenín bária (Ba).
Negatívnou stránkou tohto efektného nočného divadla sú nežiaduce účinky na ľudské zdravie a jeho okolie – či už ide o úrazy tváre, končatín, zraku alebo sluchu. Šedá hmla, ktorá sa začne vznášať po explóziách, sa tvorí z čiastočiek dymu, ktorý pozostáva z nedokonale spáleného paliva alebo soli kovov. Tento opar spôsobuje dráždenie slizníc a dusivý kašeľ. Ďalším nepriaznivým dôsledkom je hluk, ktorý má kumulatívny účinok, a problémy sa môžu prejaviť po rokoch. Bezpečné hodnoty hluku sa počas silvestrovskej noci násobne prekračujú. Rovnako existujú nežiaduce riziká aj pre životné prostredie. Po výbuchu ohňostroja sa zlúčeniny z paliva alebo soli kovov dostávajú na zemský povrch, do riek, a tým aj do podzemných vôd. Napríklad počas spaľovania chloridu bárnatého dochádza k vzniku vo vode rozpustných látok ako oxid bárnatý (BaO) či hydroxid bárnatý (Ba(OH)2). Obe tieto chemické zlúčeniny sú vysoko toxické, narúšajú pH okolia, rozrušujú pôdy a život vo vodnom ekosystéme.
Text: Filip Květoň, Chemický ústav SAV
Foto: unsplash.com/Nicolas Tissot
Obrázok: Martina Ribar Hestericová