烟花里的化学知识!

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随着元旦的到来,春节也将进入倒计时,新年的氛围已经拉满。小析姐在线上线上的各个地方都看到了代表新年的烟花爆竹元素。有一个疑问:身为化学党的你,真的知道为什么烟花绽放如此绚烂吗?今天小析姐就为大家科普一下烟花里化学知识。


烟花里的化学知识!  第1张

烟花里的化学知识!  第2张

成分组成

烟花的化学成分大体分为四类。

第一类是氧化剂,如硝酸盐类、氯酸盐类等。

第二类是可燃物质,如硫磺、木炭、镁粉 和赤磷。爆竹内的火药是以黑色火药为基础发展而来的,一般配方是:硝酸钾(KNO3)3克,硫磺(s)2克,炭粉(C)4·5克,蔗糖(C12H22O11)5克,镁粉(Mg)1~2克。其中蔗糖作为气体发生剂以增加响度,镁为发光剂。
点燃后的爆炸反应主要是:
(1)S+2KNO3+3C→K2S+N2+3CO2 ;△H=-707KJ/mol
(2)2Mg+O2=2MgO

反应放热并产生大量的气体从而产生轰鸣声,同时镁粉燃烧生成耀眼白光。

第三类是火焰着色物,如钡盐、锶盐、钠盐和铜盐。火焰着色物为烟花提供各种各样的色彩,涉及到的原理为:电子跃迁,当碱金属及其盐在火焰上灼烧时,原子中的电子吸收了能量,从能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道。但处于能量较高轨道上的电子是不稳定的,很快跃迁回能量较低的轨道,这时就将多余的能量以光的形式放出。而放出的光的波长在可见光范围内(波长为400nm~760nm),因而能使火焰呈现颜色。利用焰色反应,人们在在烟花中有意识地加入特定金属元素,使焰火更加绚丽多彩。

tips:常见的焰色反应

烟花里的化学知识!  第3张
第四类是其他特效药物,如苦味酸钾、聚氯乙烯树脂、六氯乙烷、各种油脂和烟花的成分、原理及对环境的危害硝基化合物,这些物质会造成有机污染。

下面分享烟花中烟火剂的10种主要原材料,让非化学党的朋友们狠狠羡慕你。
1、硝酸钾:
硝酸钾是强氧化剂。在配制烟火药时,不宜将硝酸钾与高氯酸铵混合使用。因为硝酸钾会与高氯酸铵发生反应,生吸湿性很强的硝酸铵,如果这些药剂中含有轻金属粉末时, 些金属粉末就可能受潮发热,甚至自燃、自爆。

2、氯酸钾:
氯酸钾特别敏感,它与有机物、硫磺、硫化物、酸类或其他易氧化的物质混合后,受热或受到撞击和磨擦,均能产生强烈的燃烧和爆炸。氯酸钾受日光照射容易分解,生成极不稳定的亚氯酸钾和吸湿性很强的氧化钾,亚氯酸钾极不稳定,如果与酸类、硫化物和有机物等混合,极易自燃或自爆。

3、硝酸钡:
常温下硝酸钡的化学稳定性较好,机械感度不高,但与氯酸钾混合,容易生成敏感性较强的氯酸钡,配合制成烟火药时,有可能产生自燃、自爆。

4、高氯酸钾:
高氯酸钾的化学稳定性较氯酸钾好,与硫化氰酸盐混合产生自爆,与有机物混合具有强烈的爆炸性能。

5、硫磺:
硫和氯酸钾的混合物可形成爆炸性物质,感度很高,销经撞击或磨擦就会爆炸,硫为热和电的不良导体,在粉碎、碾磨时会产生静电,引起自燃和爆炸。硫磺粉尘在人气中会与氧形成爆炸性混合物,当每公升空气中含硫7毫克以上时,遇到火源就会爆炸。

6、铝粉:
铝粉易溶于稀酸,遇水或受潮会与水产生化学反应,产生高温,如果不及时扩散,会产生自燃、自爆。当每公升空气中含铝粉40毫克以上时,遇到火源就会爆炸。

7、镁粉:
镁粉与铝粉一样,受潮会产生自燃、自爆。当每公升空气中含镁粉10-25毫克,遇到火源就会爆炸。

8、镁铝合金粉:
一般由镁、铝各50%左右组成的金属互化的,化学稳定性比单独的镁粉或铝粉要好。当每公升空气中含有合金粉32.5毫克时,遇火源就会爆炸,受潮与水作用后生成氧化物,并放出氢气,同时产生大量热,如果不及时散热,会自燃或自爆。

9、硫化锑:
硫化锑在烟火药中用作还原剂、助燃剂,它与氯酸钾、高氯酸钾的混合物敏感度很高,比硫与氯酸钾、高氯酸钾的混合物稍稳定,但由于它不可避免地带有一些二氧化硅(沙子),从而大大提高了烟火药的机械感度。另外还有一种五硫化二锑,它是一种强还原剂,比三硫化二硫的感度更高。

10、赤磷(又名红磷):
赤磷是一种强还源剂,在空气中容易被氧化,并产生自燃,赤磷与氯酸钾的混合物,在含水分20%的情况下,稍经撞击或摩擦就会自燃与爆炸。赤磷燃烧时,产生有毒的五氧化二磷白色烟雾。用作烟火剂的赤磷,不允许有黄磷(白磷)痕迹,因为黄磷的燃点很低(仅30摄氏度),与其他药物混合制成产品时,很容易自燃。

11、硝化棉:
硝化棉具有高度可燃性和爆炸性,其危险程度根据硝化程度而定,含氮量在12.5%以上的硝化棉危险性极大,遇火即燃烧。在温度超过40℃时能加速其分解而自燃。含氮量不足12.5%的硝化棉虽然比较稳定,但受热或储存日久,逐渐分解而放出酸,降低着火点,亦有自燃自爆的可能。失火时,严禁用砂土等物压盖,以免发生爆炸。

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