Forskjell mellom versjoner av «Fyrverkeri»

Fra mn/kjemi/kjemiportal
Hopp til: navigasjon, søk
Linje 67: Linje 67:
 
Paradoksalt nok har kruttet i vanlige fyrverkeriraketter en sammensetning som er langt fra det vi kalte optimalt ovenfor. Ved å bruke et overskudd av kull, sendes det ut biter av brennende kull. Disse kullbitene fungerer som et godt blikkfang slik at den som sendte opp raketten kan følge med på hvor den er. Når motoren har gjort jobben sin og brent ferdig, tennes en hurtiglunte over rakettmotoren som igjen setter i gang effekten i raketten.  
 
Paradoksalt nok har kruttet i vanlige fyrverkeriraketter en sammensetning som er langt fra det vi kalte optimalt ovenfor. Ved å bruke et overskudd av kull, sendes det ut biter av brennende kull. Disse kullbitene fungerer som et godt blikkfang slik at den som sendte opp raketten kan følge med på hvor den er. Når motoren har gjort jobben sin og brent ferdig, tennes en hurtiglunte over rakettmotoren som igjen setter i gang effekten i raketten.  
  
 +
<br>
  
 
+
<br>
 
 
  
 
== Granater  ==
 
== Granater  ==
Linje 81: Linje 81:
 
[[Image:Fyrverkeri-illustrasjon-Stjerner.jpg|right|300px|Stjerner]]Stjernene er det som lager fargene og lyset vi ser på himmelen. De består som regel av en blanding av nitrater og klorater av forskjellige metaller, samt drivstoff, som gjerne kan være rene metaller i tillegg til forskjellige organiske bindemidler. De ferdige stjernene har et utseende som kan minne om modelleire. Fargen på stjernen bestemmes av hvilken type metaller som brukes. Generelt sett brukes strontium til å gi rød farge, barium for grønt og kobber for blå farge. Stjernene inneholder ofte ekstra klor i form av PVC eller klorater da dette gir forbindelser som forsterker fargen ytterligere. Selve fargen dannes ved at elektroner hopper mellom bestemte energinivåer i metallforbindelsene når de brenner med så høy temperatur (ca. 1800-3000 °C).  
 
[[Image:Fyrverkeri-illustrasjon-Stjerner.jpg|right|300px|Stjerner]]Stjernene er det som lager fargene og lyset vi ser på himmelen. De består som regel av en blanding av nitrater og klorater av forskjellige metaller, samt drivstoff, som gjerne kan være rene metaller i tillegg til forskjellige organiske bindemidler. De ferdige stjernene har et utseende som kan minne om modelleire. Fargen på stjernen bestemmes av hvilken type metaller som brukes. Generelt sett brukes strontium til å gi rød farge, barium for grønt og kobber for blå farge. Stjernene inneholder ofte ekstra klor i form av PVC eller klorater da dette gir forbindelser som forsterker fargen ytterligere. Selve fargen dannes ved at elektroner hopper mellom bestemte energinivåer i metallforbindelsene når de brenner med så høy temperatur (ca. 1800-3000 °C).  
  
Lys og farge kan også lages ved en prosess som kalles inkandescens, som egentlig kun er et annet ord for svart-kropps-stråling. Alle faste ting sender ut en viss stråling. Vi kjenner dette best som varmestråling når bølgelengdene er i det infrarøde området. Når ting blir veldig varme blir bølgelengden så kort at vi kan se den. Først som rødt lys, deretter som gult og hvitt lys. De som har sett en smed bearbeide glødende jern kjenner dette fenomenet godt. Disse fargene kan lages ved å brenne kull eller forskjellige metaller. Gult lys og gullregn kommer som regel av brennende kull eller jern og hvitt lys kommer som regel av brennende aluminium eller titan. Det er mulig å få lyset til å blinke ved å tilsettes noen bestemte sulfider. Dette skaper kjemiske reaksjoner som ennå ikke er helt kartlagt.
+
Lys og farge kan også lages ved en prosess som kalles inkandescens, som egentlig kun er et annet ord for svart-kropps-stråling. Alle faste ting sender ut en viss stråling. Vi kjenner dette best som varmestråling når bølgelengdene er i det infrarøde området. Når ting blir veldig varme blir bølgelengden så kort at vi kan se den. Først som rødt lys, deretter som gult og hvitt lys. De som har sett en smed bearbeide glødende jern kjenner dette fenomenet godt. Disse fargene kan lages ved å brenne kull eller forskjellige metaller. Gult lys og gullregn kommer som regel av brennende kull eller jern og hvitt lys kommer som regel av brennende aluminium eller titan. Det er mulig å få lyset til å blinke ved å tilsettes noen bestemte sulfider. Dette skaper kjemiske reaksjoner som ennå ikke er helt kartlagt.  
  
== Fontener ==
+
== Fontener ==
  
 
[[Image:Fyrverkeri-illustrasjon-Fontener.jpg|right|300px|Fontener]]Slike brennende metallbiter brukes også i fontener og i stjerneskudd. Fontener kan lages ved å blande biter av metaller eller stjerner inn i en rakettmotor. Motoren settes på hodet og slynger ut partiklene som en fontene. Noen fontener har den egenskapen at partiklene som kommer ut nærmest eksploderer i et lite dryss av mindre partikler. Denne popcorn-effekten kommer av at metallet også inneholder gasser som vil ut når det blir varmt, og på den måten sprenger i stykker metallbiten. Den samme effekten kan også sees dersom en bruker en vinkelsliper på støpejern og sammenligner dette med rent jern. Det gnistregnet som lages under slik sliping kan faktisk brukes til å bestemme hvilken legeringstype metallet hører til.  
 
[[Image:Fyrverkeri-illustrasjon-Fontener.jpg|right|300px|Fontener]]Slike brennende metallbiter brukes også i fontener og i stjerneskudd. Fontener kan lages ved å blande biter av metaller eller stjerner inn i en rakettmotor. Motoren settes på hodet og slynger ut partiklene som en fontene. Noen fontener har den egenskapen at partiklene som kommer ut nærmest eksploderer i et lite dryss av mindre partikler. Denne popcorn-effekten kommer av at metallet også inneholder gasser som vil ut når det blir varmt, og på den måten sprenger i stykker metallbiten. Den samme effekten kan også sees dersom en bruker en vinkelsliper på støpejern og sammenligner dette med rent jern. Det gnistregnet som lages under slik sliping kan faktisk brukes til å bestemme hvilken legeringstype metallet hører til.  

Revisjonen fra 30. sep. 2009 kl. 10:26

Fyrverkeri

Ild og kraft har fasinert mennesker siden tidenes morgen.
Ønsket om å temme dette har ført til mye interessant kjemi og, ikke minst, mye pent å se på.


Av Ola Nilsen, Kjemisk institutt, Universitetet i Oslo. [Hjemmeside]

Krutt

Tørrkoking av livseliksir
Fyrverkeriets historie begynner med krutt. Dette er også hovedingrediensen i det fyrverkeri vi bruker i dag. Krutt ble oppdaget ved en tilfeldighet da alkymister rundt år 700, i både Kina og ellers i verden, var konsentrert om å skape livseliksiren. Fremgangsmåten for å lage en livseliksir var å blande forskjellige mengder av alt som var godt, og kanskje ikke fullt så godt. De blandet stort sett alt de kom over deriblant også forskjellige oljer, honning, bivoks, svovel og salpeter. Blandingene ble ofte kokt inn så de nesten ble helt tørre for på den måten å skape en konsentrert livseliksir. Ikke alle var like nøye med å passe på kokingen, så det hendte at det kokte seg tørt. Dersom de hadde blandet riktig mengder av forbindelsene nevnt over kunne det skje en spontanforbrenning i gryta slik at hissig ild plutselig stod opp. Mange tolket nok dette som at de virkelig var på sporet av en livseliksir.

For å lage krutt slik vi kjenner det i dag var det egentlig bare nødvendig å bytte ut oljene, honningen og bivokset med kull og så finne de rette blandingsforhold.

Bacon

Roger Bacon
En av de første som virkelig eksperimenterte med krutt i Europa var munken Roger Bacon i perioden 1235-1290. Han var en sann vitenskapsmann i det at han brukte rene utgangsstoffer og eksperimenterte systematisk med forskjellige blandingsforhold. I ca. 1252 kom han frem til et blandingsforhold som var så godt at det skremte de andre geistlige, som like godt sendte ham til 10 års fengsel. Han gav seg ikke av den grunn, men gikk over til å skrive oppskriftene i kode.

Selv om blandingsforholdet til Roger Bacon var ganske så potent, så er det langt fra hva en bruker i dag. Dagens blandingsforhold kom først i ca. 1780, det vil si over 500 år senere. Hvorfor tok det så lang tid å finne rett sammensetning? For å få en anelse om dette må en se på hvordan krutt blir laget.

Utviklingen av blandingsforholdet i krutt i vektprosent
Tid
ca. 1252
ca. 1350
ca. 1560
ca. 1635
ca. 1781
Salpeter
37,50
66,6
50,0
75,0
75
Kull
31,25
22,2
33,3
12,5
15
Svovel
31,25
11,1
16,6
12,5
10

Dersom en blander rett mengde av de forskjellige ingrediensene løst sammen, fåes en blanding som ikke er spesielt imponerende. Artikkelforfatterens første forsøk på å lage krutt resulterte i en blanding som faktisk klarte å slukke et brennende magnesiumbånd! Krutt er langt fra en løs blanding av utgangsstoffene, men en nøye bearbeidet blanding av disse. Først males svovel og kull sammen med litt vann i en mølle i lang tid. Svovel er et ganske mykt materiale og kull har en relativ åpen struktur. Ved å mølle disse sammen kan svovelet trenge dypt inn i kullet. Prosessen kompliseres ved at forskjellige typer tresorter gir kull med forskjellige egenskaper. Etter en stund tilsettes salpeteret til mølla. Da begynner det å bli farlig! Etter dette må den ferdige blandingen presses, brekkes, knuses, siktes, tørkes og glaseres. Dette er ikke en ufarlig prosess, industrielt lages ikke større blandinger enn 150 kg av gangen. Ofte går det også galt under industriell produksjon så produksjonsutstyret har en begrenset forventet levetid. Kruttet som til slutt oppnås er holdbart i lang tid. Faktisk så stabilt at krigsherrer som Napoleon tok spesielt vare på de beste tønnene med krutt for å bruke dem i neste krig, selv om dette lå flere år frem i tid.

Mere krutt

Ingrediensene salpeter, kull og svovel
Krutt eksploderer egentlig ikke, men er en blanding som brenner veldig fort. For å skape smell med krutt, må det derfor pakkes godt inn. Da skapes et smell som faktisk kommer av at innpakningen plutselig ryker. Dette visste kineserne, som gjerne fylte hulrommene i bambusrør for å lage slike smell.

Dersom en ser kjemisk på hva som skjer når en setter fyr på krutt så vet vi at det frigjøres masse energi. Men overraskende nok begynner det hele med forskjellige reaksjoner som trenger mye energi for å skje. Dette gjør at kruttet er overraskende stabilt og egentlig vanskelig å tenne på. Det er faktisk mulig å slukke en brennende fyrstikk med krutt, men det er ikke anbefalt å prøve!

Krutt brukes til mange ting i fyrverkeri, både i lunte, rakettmotor, utskytningskraft for granater, til å lage smell og til å fordele effektene på himmelen. Før vi nærmere på bruken av krutt bør vi definere hovedtypene av fyrverkeri.

Det finnes hovedsakelig to måter å få fyrverkeri opp i luften på, som rakett og som granat som skytes opp.


Raketter

Rakett
Raketter består av et raketthus med motor og en effekt som kan være smell, stjerner eller mye annet. Dessuten trengs en lunte og styrepinne. Rakettmotoren består av sammenpresset krutt. Man presser det slik at det får en stor overflate som kan brenne, se figuren under. Da brenner kruttet raskt nok til å drive raketten til værs. Når kruttet brenner dannes det mye varm gass som reaksjonsprodukter. Dette utnyttes i rakettmotoren ved at avgassene presses gjennom et lite hull, en dyse. Det er dette som skaper skyvekraften.

Paradoksalt nok har kruttet i vanlige fyrverkeriraketter en sammensetning som er langt fra det vi kalte optimalt ovenfor. Ved å bruke et overskudd av kull, sendes det ut biter av brennende kull. Disse kullbitene fungerer som et godt blikkfang slik at den som sendte opp raketten kan følge med på hvor den er. Når motoren har gjort jobben sin og brent ferdig, tennes en hurtiglunte over rakettmotoren som igjen setter i gang effekten i raketten.



Granater

Granater
Granater er bedre kjent som bakkefyrverkeri. I stedet for en rakettmotor som brenner kontinuerlig, baserer granatene seg på en løsere kruttblanding der alt tennes samtidig. Ved å legge en effekt oppå en slik blanding i bunnen av et solid rør, skapes en kanon hvor granaten blir skutt opp som en kule. Samtidig med at granaten blir skutt ut tennes det en lunte på den. Det er veldig viktig å ha riktig lengde på denne lunta da det, i motsetning til en rakett, ikke er noe annet som forteller når granaten har nådd sin høyde. Det vil være farlig om lunta først når frem når granaten har nådd bakken igjen.

Effektene som brukes til både raketter og granater er i prinsippet veldig like. De består som regel av en kjerne av løst krutt med et arrangement av kuler rundt kalles stjerner. Det er måten de er plassert rundt kjernen som bestemmer mønsteret på himmelen. Når kruttet antennes tennes også stjernene og de blir fordelt rundt på himmelen. I mer komplisert og stort fyrverkeri, kan stjernene byttes ut med mindre effekter og således lage flertrinns systemer.

Stjerner

Stjerner
Stjernene er det som lager fargene og lyset vi ser på himmelen. De består som regel av en blanding av nitrater og klorater av forskjellige metaller, samt drivstoff, som gjerne kan være rene metaller i tillegg til forskjellige organiske bindemidler. De ferdige stjernene har et utseende som kan minne om modelleire. Fargen på stjernen bestemmes av hvilken type metaller som brukes. Generelt sett brukes strontium til å gi rød farge, barium for grønt og kobber for blå farge. Stjernene inneholder ofte ekstra klor i form av PVC eller klorater da dette gir forbindelser som forsterker fargen ytterligere. Selve fargen dannes ved at elektroner hopper mellom bestemte energinivåer i metallforbindelsene når de brenner med så høy temperatur (ca. 1800-3000 °C).

Lys og farge kan også lages ved en prosess som kalles inkandescens, som egentlig kun er et annet ord for svart-kropps-stråling. Alle faste ting sender ut en viss stråling. Vi kjenner dette best som varmestråling når bølgelengdene er i det infrarøde området. Når ting blir veldig varme blir bølgelengden så kort at vi kan se den. Først som rødt lys, deretter som gult og hvitt lys. De som har sett en smed bearbeide glødende jern kjenner dette fenomenet godt. Disse fargene kan lages ved å brenne kull eller forskjellige metaller. Gult lys og gullregn kommer som regel av brennende kull eller jern og hvitt lys kommer som regel av brennende aluminium eller titan. Det er mulig å få lyset til å blinke ved å tilsettes noen bestemte sulfider. Dette skaper kjemiske reaksjoner som ennå ikke er helt kartlagt.

Fontener

Fontener
Slike brennende metallbiter brukes også i fontener og i stjerneskudd. Fontener kan lages ved å blande biter av metaller eller stjerner inn i en rakettmotor. Motoren settes på hodet og slynger ut partiklene som en fontene. Noen fontener har den egenskapen at partiklene som kommer ut nærmest eksploderer i et lite dryss av mindre partikler. Denne popcorn-effekten kommer av at metallet også inneholder gasser som vil ut når det blir varmt, og på den måten sprenger i stykker metallbiten. Den samme effekten kan også sees dersom en bruker en vinkelsliper på støpejern og sammenligner dette med rent jern. Det gnistregnet som lages under slik sliping kan faktisk brukes til å bestemme hvilken legeringstype metallet hører til.

Hylere kan også brukes som rakettmotorer. De består ikke av vanlig krutt men en blanding av nitrater eller klorater og forskjellige aromatiske forbindelser som pikrinsyre, salisylsyre eller benzosyre. Blandingen presses i et rør og tennes fra toppen. Lyden skapes ved at blandingen brenner med så stor hastighet at den veksler mellom å eksplodere og å brenne fort. Vekslingen skjer i et hurtig tempo. Dette gir stående lydbølger i røret på samme måte som når en blåser på en flaske. Tonen blir derfor mørkere etter hvert som forbrenningen går innover i røret.

Resultatet av alt dette er en forestilling i lys, lyd og ikke minst, røyk som fascinerer de fleste. Det blir hevdet at fyrverkeri hadde som oppgave å skremme bort onde ånder, men etter å ha nytt en rekke forestillinger, er det lett å sitte igjen med en følelse av at de onde åndene bare har vært en bortforklaring.