كيمياء الألعاب النارية(3) : إنتاج الإضاءة و الألوان

 

إنتاج الإضاءة و الألوان

Production of Light and Colors

تأتي هذه المقالة ضمن سلسلة الالعاب النارية Chemistry of Pyrotechnics و هي المقالة رقم (3) والتي تتحدث عن الخلائط التي تنتج الإضاءة و الألوان  وهو أحد أهم التأثيرات التي نراها في المهرجانات السنوية و الاحتفالات وتنقسم خلائط الألعاب النارية التي تنتج الإضاءة إلى قسمين خلائط تنتج الضوء (الإضاءة) الأبيض و القسم الثاني ينتج الضوء الملون و سنتحدث في هذه المقالة عن إنتاج الضوء الأبيض Whit-Light Production   .

إنتاج الضوء (الإضاءة) الأبيض White-Light Production :

لإنتاج الضوء الأبيض يجب أن تكون درجة الحرارة الناتجة عن تفاعل الخليط الناري ( خليط الألعاب النارية) عالية و كافية لإنتاج ذرات نشطة من المادة (الوقود) في الحالة الغازية والتي تكون على شكل دقائق متوهجة ينبعث عنها مجموعة من الأطوال الموجية الموجودة في الطيف المرئي و التي تراها العين كلون أبيض ويعتبر الألمنيوم و المغنيسوم من العناصر التي يكثر استخدامها كوقود في خلائط الالعاب النارية المنتجة للضوء الأبيض (White-Light) و يتم اختيار الوقود و المؤكسد بحيث تكون الطاقة الناتجة عن تفاعلهما أعلى ما يمكن حيث يجب أن تكون أعلى من 1.5 كيلوكالوري/جم وهي القيمة الأقل أي أن انتاج طاقة أقل من هذه القيمة ستؤدي إلى انتاج لون ضعيف فمثلاً الطاقة الناتجة عن البارود الأسود تعادل تقريبا 0.66  كيلوكالوري/جم بينما قيمة الطاقة الناتجة عن خليط نترات الصوديوم و المغنيسوم (NaNO3/Mg) أو خليط بيركلورات البوتاسيوم و الألمنيوم  (KClO4/Al ) تساوي تقريبا 2 كيلوكالوري/جم  و بالتالي نحصل على لهب أبيض و ساطع (قوي) و إذا كانت الحرارة الناتجة عن خلائط انتاج اللون الأبيض أقل من 2000 درجة مئوية ينتج انبعاث ضعيف للون الأبيض الناتج من دقائق المادة المتوهجة و الأنواع التالية تعتبر من أنواع الخلائط المنتجة للضوء الأبيض. 

• الحبيبات المتوهجة (الشرارة) Sparks :

تعتبر الحبيبات المتوهجة (الشرارة) Sparks من التأثيرات التي تحدث في أغلب الألعاب النارية  و تنتج الحبيبات المتوهجة Sparks من خلال قذف الدقائق الصلبة أو السائلة سواء كانت من مكونات الخليط الاصلية أو من نواتج التفاعل (الإحتراق) وذلك بفعل الضغط الناتج عن تولد الغازات من احتراق الخليط و تصل هذه الدقائق إلى درجة التوهج من ثم تغادر منطقة اللهب و تعمل على انبعاث الضوء حتى تبرد هذه الدقائق و يتحدد حجم الحبيبات المتوهجة من خلال التحكم بحجم حبيبات الوقود فإذا كانت حبيبات الوقود كبيرة تكون الحبيبات المتوهجة كبيرة و من الممكن أن يستخدم مزيج من أحجام مختلفة من الوقود (حبيبات صغيرة ناعمة مع حبيبات كبيرة) حيث تساعد حبيبات الوقود الناعمة على سهولة احتراق الخليط أما الكبيرة فهي تساهم في انتاج الحبيبات المتوهجة Sparks بالحجم المطلوب .

ويستخدم كل من الألمنيوم و التيتانيوم و المنغاليوم لإنتاج حبيبات متوهجة (شرارة) Sparks جيدة و بيضاء اللون أما إذا أردنا إنتاج حبيبات متوهجة (شرارة) Sparksبرتقالية اللون فإننا نستخدم الكبريت بحجم حبيبات مناسب لذلك الغرض وينتج عن الحديد حبيبات تتراوح لونها من اللون البرتقالي إلى اللون الأبيض و ذلك اعتماداً على درجة حرارة احتراق الخليط .

وفي الجدول التالي بعض الخلائط المنتجة للحبيبات المتوهجة (الشرارة) Sparks : 

خلائط الحبيبات المتوهجة Sparks
#	مكونات الخليط	%	التأثير
1	نترات البوتاسيوم	58	حبيبات ذهبية
	الكبريت	7
	الفحم	35
2	نترات الباريوم	50	حبيبات ذهبية
	برادة الحديد	30
	الديكسترين	10
	الألمنيوم	8
	الفحم	0.5
	حمض البوريك	1.5
3	بيركلورات البوتاسيوم	42.1	حبيبات بيضاء
	التيتانيوم	42.1
	الديكسترين	15.8

 

ملاحظة: من المهم تحديد حجم حبيبات الوقود المناسب لانتاج الحبيبات المتوهجة (الشرارة) لذلك يجب تجريب الخليط حتى الوصول للتأثير الأجمل و حجم حبيبات الوقود الأمثل.   

 

• الستروب الوماض (اللمعة) Strobe  :

هو عبارة عن خليط احترافي قادر على انتاج نبضات متتابعة من الضوء و الظلام حتى انتهاء تفاعل (احتراق) الخليط و تعتبر هذه الظاهرة من الظواهر حديثة الاكتشاف حيث يحدث تفاعلين مختلفين في الخليط فيحدث عملية خفت الضوء ببطئ (الظلام) حتى تصل درجة الحرارة إلى أعلى ما يمكن فيحدث انبعاث للضوء و تحدث هذه التفاعلات بشكل متتابع ظلام – ضوء و هكذا وقد ناقشت العديد من الأوراق البحثية التي نشرت في عام 2013 هذه الظاهرة  و كيفية حدوثها فكان الاحتمال الأول لحدوثها هو أن أثناء حدوث عملية الاحتراق تتشكل طبقة صلبة فوق خليط الستروب (strobe) تعمل على خفت الاضاءة مع استمرار انتاج الغازات التي تعمل ارتفاع الضغط مع استمرار تفاعل الاحتراق مما يخترق هذه الطبقة التي تشكلت على سطح خليط الستروب فيعود الضوء للإنبعاث مرة أخرى و تتكرر هذه العملية حتى انتهاء احتراق الخليط .

و الاحتمال الثاني أنه يحدث في الخليط تفاعلين بمعدلين مختلفين بسبب الاختلاف في تدفق الاكسجين و الحرارة ، و يزداد معدل الومضات (الاضاءة و الخفت) بزيادة معدل احتراق الخليط أي أنه تقل الفترة الزمنية بين الومضات.

وفي الجداول التالية بعض الخلائط الخاصة بالستروب:

 

خليط ستروب منتج للون الأحمر
المكونات	%
بيركلورات الامونيوم	50
كبريتات السترونشيوم	20
المغنيسوم	30
ديكرومات البوتاسيوم	+5

 

 

خليط ستروب منتج للون الأخضر
المكونات	%
بيركلورات الامونيوم	60
كبريتات الباريوم	17
المغنيسوم	23
ديكرومات البوتاسيوم	+5

 

خليط ستروب منتج للون الأبيض
المكونات	%
بيركلورات الامونيوم	60
كبريتات الباريوم	15
المنغاليوم	25
ديكرومات البوتاسيوم	+5

 

 و هناك بعض أنواع الالعاب النارية المنتجة للضوء الأبيض تم تجاوزها كي لا نطيل و سنكمل الحديث عن المزيد من الخلائط المنتجة للأضواء الملونة في المقالة التالية بإذن الله .