Пиротехники используют в своей работе разнообразные горючие вещества. Широко представлены неметаллические элементы (кремний, бор, сера). В процессе окисления бора и кремния выделяется большое количество энергии, но не образуются газовые продукты, поэтому эти вещества применяются для изготовления взрывателей замедленного действия (чтобы воспламенить другие составы в определенное время). Многие смеси включают органические углеродсодержащие материалы. Например, древесный уголь (применяется в дымном порохе, снарядах для фейерверков) или сахар (дымовые гранаты). Используются химически активные металлы (алюминий, титан, магний), чье горение при высокой температуре дает яркий свет. Это их свойство стали использовать для запуска фейерверков и прочих пиротехнических забав еще в 19 веке. Праздники от этого только выиграли.
Наиболее известным пиротехническим эффектом фейерверка являются "брызги", цвет которых зависит, как известно, от длины волны излучения. В границах от 380 до 780 нм находится электромагнитное излучение, дающее видимый свет. Когда мы видим красный цвет в "небесном огне" - значит длина волны наибольшая, свет с наименьшей длиной будет воспринят нами как фиолетовый. Если светящийся объект мы видим белым, то он излучает волны во всем видимом спектре. Определенный же цвет (участок спектра) зависит от того, в пределах какой узкой полосы длин волн будет излучаться большая часть световой энергии. Не вдаваясь в физические подробности, заметим, что есть и еще одна закономерность: даже при незначительном повышении температуры горения резко усиливается яркость свечения.
Чтобы получить белую сигнальную ракету, нужно, чтобы пиротехническая смесь содержала активный металл (например, магний). При окислении такого металла образуется его оксид, частицы которого, нагреваясь при температуре более 3 тысяч градусов до "белого каления", дают белый свет. А вот яркую вспышку того же белого цвета получают иначе - используя смесь перхлората калия и мелкого алюминиевого (магниевого) порошка. С помощью такой смеси получают, как их называют специалисты, "вспышки с грохотом"" или "фотовспышки", которые используются при ночной фотосъемке (когда нужно мгновенное освещение), для создания особых световых эффектов на рок-концертах, для изготовления традиционных шутих. Чтобы получить искры белого цвета можно в однородный порошок металла добавить более крупные его частицы, они, оставаясь горячими дольше, горят за счет кислорода воздуха. Чем крупнее частицы, тем дольше будут светиться искры. Искры золотистого цвета дают частицы железа или древесного угля.
Современные фейерверки и прочие пиротехнические забавы имеют удивительные яркие краски и по совсем иным причинам - красота их создается на атомарном или молекулярном уровне. Наиболее сильным светоизлучателем на атомарном уровне является натрий. Его атомы при температуре выше 1 800 градусов дают желто-оранжевый цвет с длиной волны 589 нм. Даже очень небольшое количество натрия в составе может "перекрыть" все другие цвета в "небесном огне". Американцы, правда, превратили этот минус в плюс - пиротехнические составы с натрием используются армией США в ночных операциях для освещения местности.
В течение столетий пиротехники двигались долгим путем проб и ошибок. Только в последнее время изыскания были поставлены на научную основу. Исследования проводили: Б. Дауда и Г. Уэбстер (Центр материально-технического обеспечения систем оружия ВМС, США), Д. Диллихеем (корпорпация Thiokol, США), Т. Си-Мидзу (компания Коа Fireworks, Япония). И вот что стало известно: используя небольшое количество химических элементов можно воспроизвести почти все цвета. Непрочные соединения, содержащие медь, барий и стронций, создают синий, зеленый и красный цвета (например, гидроксид стронция (SrOH) и хлорид стронция (SrCl) излучают красный цвет в диапазоне длин волн между 605 и 682 нм; хлорид бария (ВаСl) излучает зеленый в диапазоне 507-532 нм). Сложность использования указанных веществ заключается в невозможности сразу помещать их в пиротехническую продукцию (это объясняется нестабильностью, непрочностью при хранении в обычных условиях), поэтому их получают в результате быстрых реакций в процессе горения. Для этого производители добавляют в изделия специальные соединения (хлорсодержащий каучук, поливинилхлорид (хлорсодержащая пластмасса), перхлоратные или хлоратные окислители), выделяющие при высоких температурах хлор, который, соединяясь с барием или стронцием, дает светоизлучающие молекулы.
Очень сложно, оказывается, получить ярко-синий цвет. Лучшее, что найдено - хлорид меди (CuCl), но он нестабилен при высоких температурах, которые нужны для получения интенсивного света. Стоит температуре горения превысить нужную для приемлемого излучения - молекулы распадаются, поэтому приходится строго следить за составом и размерами частиц нужных химических компонентов. Те же сложности испытывают пиротехники с фиолетовым и лиловым цветами (они получаются при совместном свечении образующихся при горении хлорида меди и хлорида стронция).
Спецэффекты не лишены секретов. Карбонат стронция (цвет) и гранулы алюминия (искры) помогают создать каскад красных искр. Нитрат стронция в смеси с перхлоратом калия и разными горючими составляющими дает отчетливо красный свет (сигнальные ракеты).
При использовании пиротехнических средств в Новогоднюю ночь будьте предельно осторожны. Мировая история пиротехники полна трагедий как при производстве пиротехнических изделий (например, сильнейший взрыв, разрушивший в 1983 г. завод Груччи на о. Лонг-Айленд шт. Нью-Йорк), так и при использовании этой продукции. Фактор безопасности из-за широкого ее применения стал наиболее актуальной проблемой. В США в 1976 г. Комиссия по безопасности потребительских товаров в законодательном порядке установила строгие федеральные стандарты на изделия для устройства фейерверков в быту. Страны европейского экономического сообщества, применяющие разнообразные нормы безопасности, пытаются сейчас объединить их в едином своде правил, действуя в русле унификации законов и экономических принципов. Россияне, совсем недавно получившие доступ к "индивидуальному салюту", рискуют значительно больше американцев и европейцев, поскольку зачастую на рынке преобладает некачественная более дешевая продукция (до 70% объем пиротехнической продукции поступает к нам из Китая).
А требований по соблюдению мер предосторожности при производстве и к качеству продукции не мало. Они еще больше усложняют и без того очень сложный технологический процесс. Не будем описывать тонкости производства, отметим лишь, что самые опасные операции выполняются механизмами в бронированных помещениях без присутствия людей (дистанционное управление, заданные программы в рамках технологии, использование промышленного телевидения).
