تبهرنا بألوانها وتستحوذ على نصيب الأسد من الإبهار البصري في المناسبات الخاصة والوطنية، ولكن الألعاب النارية صممت وفقاً لبعض مبادئ الكيمياء المثيرة للاهتمام التي بلغ عمرها مئات السنين.
لذلك دعنا نلقي نظرة فاحصة على تكوينها، وكيفية عملها، وتاريخ نشأتها.
اقرأ أيضاً
تاريخ الألعاب النارية
يعتقد معظم المؤرخين أن الألعاب النارية اُخترعت في الصين القديمة، على الرغم من أن البعض يجادل بأن مسقط رأسها الأصلي كان في الشرق الأوسط أو الهند.
في عهد سلالة تانغ التي حكمت الصين خلال القرن الثامن، خلط الكيميائيون الصينيون الملح والكبريت والفحم وصنعوا باروداً خاماً.
لم يكن هدفهم صناعة البارود من الأساس، فقد كانوا يبحثون عن وصفة للحياة الأبدية ليس أكثر.
فيما بعد، اعتقد الصينيون أن هذه الانفجارات التي يسببها البارود ستبعد الأرواح الشريرة، لذلك قاموا بتعبئة البارود الجديد داخل سيقان البامبو وألقوه في النار، مما تسبب في انفجار قوي.
ظهرت بعد ذلك الألعاب النارية، وحلت الأنابيب الورقية محل سيقان البامبو، وبدلاً من إلقاء الأنابيب في النار أضاف الأشخاص الفتيل لإشعال البارود المحشو بداخل الألعاب النارية.
ويعود ارتباط الاحتفالات بالألعاب النارية لعام 1776 إلى الرئيس الثاني للولايات المتحدة "جونز آدمز" عندما كتب رسالة إلى زوجته وصف فيها خططه للاحتفال بيوم الاستقلال، وهو اليوم الذي أضاءت فيه الألعاب النارية سماء الولايات المتحدة.
اقرأ أيضاً
المركبات الكيميائية للألعاب النارية
أول ما تلاحظه في تكوين الألعاب النارية هو وجود عصا خشبية أو بلاستيكية طويلة تبرز من أسفل.
تضمن هذه العصا انطلاق الألعاب النارية في خط مستقيم دون أن تطير في اتجاه عشوائي مسببة حرائق أو أضراراً في الممتلكات أو إصابات.
كما أنها تساعد منظمي العرض على التحكم في تأثيرات ومظاهر الألعاب النارية بدقة.
والألعاب النارية مزودة بفتيل لإشعال البارود المحشو بإحكام داخل الألعاب.
ويصنع البارود المستخدم في الألعاب النارية من 75% من نترات البوتاسيوم (وتسمى أيضاً الملح الصخري) ممزوجاً بنسبة 15% من الفحم و10% من الكبريت.
في البداية، يتم إشعال الفتيل بواسطة لهب أو شرارة لينفجر البارود، لتتكون الحرارة عالية.
تعمل الحرارة على توفير طاقة تنشيط كافية (الطاقة التي تبدأ التفاعل الكيميائي) لبدء سلسلة من التفاعلات الكيميائية أبرزها:
2KNO3 (نترات البوتاسيوم) + S (الكبريت) + 3C (الكربون في شكل الفحم) ← K2S (كبريتيد البوتاسيوم) + N2 (غاز النيتروجين) + 3CO2 (ثاني أكسيد الكربون).
تتسبب هذه المعادلة في تراكم الضغط داخل القذيفة لتنطلق بسرعة كبيرة جداً إلى أعلى.
بعد بضع ثوان، وعندما تكون قذيفة الألعاب النارية مرتفعة عن سطح الأرض، يشتعل فتيل آخر داخل قذيفة الألعاب ليشعل "النجوم"!
ما هي "النجوم"؟
النجوم عبارة عن مواد متفجرة أخرى تُعطي الألعاب النارية لونها عندما تنفجر.
قياس هذه النجوم حوالي 1 إلى 1.5 بوصة (3 إلى 4 سنتيمترات) في القُطر، ووفقًا للجمعية الكيميائية الأمريكية (ACA) فإنها تحتوي على وقود وعامل مؤكسد (والمؤكسدات الأكثر شيوعاً هي النترات، الكلورات، وفوق كلورات) ولاصق أو رباط وأملاح معدنية أو أكاسيد معدنية اللون.
في وجود لهب أو شرارة، يَشترك العامل المؤكسد والوقود في خلق التفاعلات الكيميائية التي تُنتج الحرارة والغاز، مما يتسبب في انفجار قذيفة الألعاب النارية وفتحها لتخرج منها النجوم وتسبب أشكال الألعاب النارية التي نراها في كل مكان.
خلال الانفجار، تخرج الغازات بسرعة وتكون ساخنة وتتمدد بسرعة، وفقاً لقانون (تشارلز- Charles' Law)، الذي ينص على أنه كلما ازدادت درجة حرارة الغازات المغلقة، ازداد الحجم، إذا كان هناك ضغط ثابت.
المركبات المعدنية المختلفة تعطي ألواناً مختلفة؛ مركبات الصوديوم تعطي اللون الأصفر والبرتقالي، أملاح النحاس والباريوم تعطي اللون الأخضر أو الأزرق ، والكالسيوم أو السترونتيوم يصنعان اللون الأحمر.
وكيف تَنتُج ألوان الألعاب النارية؟
كما ذكرنا، فإن إنتاج هذه الألوان يتم عن طريق تسخين الأملاح المعدنية، مثل كلوريد الكالسيوم أو نترات الصوديوم.
تمتص ذرات كل عنصر الطاقة، وبالتالي تنتقل الإلكترونات من المستوى الأدنى للطاقة، إلى مستوى أعلى من الطاقة.
عندما تنحدر الإلكترونات إلى المستوى الأقل في الطاقة مرة أخرى تخرج الطاقة الزائدة في شكل ضوء، وكمية الطاقة تحدد لون الضوء المنبعث، فنراها في نهاية المطاف بالإبهار البصري الذي نشهده في المناسبات المميزة.