De chemie van vuurwerkkleuren

Het maken van vuurwerkkleuren is een complexe onderneming, waarvoor aanzienlijke kunst en toepassing van de natuurwetenschappen vereist is. Exclusief drijfgassen of speciale effecten, de punten van het licht dat door vuurwerk wordt uitgestoten, 'sterren' genoemd, vereisen in het algemeen een zuurstofproducent, brandstof, bindmiddel (om alles te houden waar het moet zijn) en kleurproducent. Er zijn twee hoofdmechanismen voor kleurproductie bij vuurwerk, gloeiing en luminescentie.

gloeilamp

Gloei is licht geproduceerd uit warmte. Warmte zorgt ervoor dat een stof heet wordt en gloeit, waarbij eerst infrarood en vervolgens rood, oranje, geel en wit licht wordt uitgezonden naarmate het steeds heter wordt. Wanneer de temperatuur van een vuurwerk wordt geregeld, kan de gloed van componenten, zoals houtskool, op het juiste moment worden gemanipuleerd om de gewenste kleur (temperatuur) te hebben. Metalen, zoals aluminium, magnesium en titanium, branden zeer helder en zijn nuttig voor het verhogen van de temperatuur van het vuurwerk.

luminescentie

Luminescentie is licht dat wordt geproduceerd met behulp van andere energiebronnen dan warmte. Soms wordt luminescentie 'koud licht' genoemd omdat het kan optreden bij kamertemperatuur en koelere temperaturen. Om luminescentie te produceren, wordt energie geabsorbeerd door een elektron van een atoom of molecuul, waardoor het wordt opgewonden, maar onstabiel. De energie wordt geleverd door de warmte van het brandende vuurwerk. Wanneer het elektron terugkeert naar een lagere energietoestand, wordt de energie vrijgegeven in de vorm van een foton (licht). De energie van het foton bepaalt zijn golflengte of kleur.

In sommige gevallen zijn de zouten die nodig zijn om de gewenste kleur te produceren onstabiel. Bariumchloride (groen) is onstabiel bij kamertemperatuur, dus barium moet worden gecombineerd met een stabielere verbinding (bijvoorbeeld chloorrubber). In dit geval komt het chloor vrij bij de verbranding van de pyrotechnische samenstelling, om vervolgens bariumchloride te vormen en de groene kleur te produceren. Koperchloride (blauw) is daarentegen onstabiel bij hoge temperaturen, dus het vuurwerk kan niet te heet worden, maar moet toch helder genoeg zijn om te worden gezien.

Kwaliteit van vuurwerkingrediënten

Zuivere kleuren vereisen pure ingrediënten. Zelfs sporen van natriumonzuiverheden (geeloranje) zijn voldoende om andere kleuren te overmeesteren of te veranderen. Een zorgvuldige formulering is vereist zodat teveel rook of residu de kleur niet maskeert. Bij vuurwerk hebben kosten, net als bij andere dingen, vaak betrekking op kwaliteit. De vaardigheid van de fabrikant en de datum waarop het vuurwerk werd geproduceerd, hebben grote invloed op de uiteindelijke weergave (of het ontbreken daarvan).

Tabel met vuurwerkkleurstoffen

Kleur	samenstelling
Rood	strontiumzouten, lithiumzouten lithiumcarbonaat, Li2CO3 = rood strontiumcarbonaat, SrCO3 = fel rood
Oranje	calciumzouten calciumchloride, CaCl2 calciumsulfaat, CaSO4·xH2O, waar x = 0,2,3,5
Goud	gloeiing van ijzer (met koolstof), houtskool of lampzwart
Geel	natriumverbindingen natriumnitraat, NaNO3 cryoliet, Na3AlF6
Elektrisch wit	witgloeiend metaal, zoals magnesium of aluminium bariumoxide, BaO
Groen	bariumverbindingen + chloorproducent bariumchloride, BaCl+ = helder groen
Blauw	koperverbindingen + chloorproducent koperacetoarseniet (Paris Green), Cu3Net zo2O3Cu (C2H3O2)2 = blauw koper (I) chloride, CuCl = turkooisblauw
Purper	mengsel van strontium (rood) en koper (blauw) verbindingen
Zilver	brandend aluminium, titanium of magnesiumpoeder of vlokken

Volgorde van gebeurtenissen

Alleen het verpakken van kleurstofchemicaliën in een explosieve lading zou een onbevredigend vuurwerk opleveren! Er is een reeks gebeurtenissen die leiden tot een mooie, kleurrijke weergave. Het aansteken van de lont ontsteekt de liftlading, die het vuurwerk de lucht in stuwt. De hefheffing kan zwart poeder zijn of een van de moderne drijfgassen. Deze lading brandt in een besloten ruimte en duwt zichzelf omhoog terwijl heet gas door een nauwe opening wordt geperst.

De lont blijft branden met een vertraging om het binnenste van de schaal te bereiken. De schaal zit vol met sterren die pakketten metaalzouten en brandbaar materiaal bevatten. Wanneer de lont de ster bereikt, staat het vuurwerk hoog boven de menigte. De ster blaast uit elkaar en vormt gloeiende kleuren door een combinatie van gloeiende hitte en emissieluminescentie.