煙花的化學(xué)成分大體分為四類。
類是氧化劑,如硝酸鹽類、氯酸鹽類等。
第二類是可燃物質(zhì),如硫磺、木炭、鎂粉和赤磷。爆竹內(nèi)的火藥是以黑色火藥為基礎(chǔ)發(fā)展而來的,一般配方是:硝酸鉀(KNO3)3克,硫磺(S)2克,炭粉(C)4.5克,蔗糖(C12H22O11)5克,鎂粉(Mg)1~2克。其中蔗糖作為氣體發(fā)生劑以增加響度,鎂為發(fā)光劑。
點燃后的爆炸反應(yīng)主要是:
(1)S+2KNO3+3C→K2S+N2+3CO2 ;△H=-707KJ/mol
(2)2Mg+O2=2MgO
反應(yīng)放熱并產(chǎn)生大量的氣體從而產(chǎn)生轟鳴聲,同時鎂粉燃燒生成耀眼白光。
第三類是火焰著色物,如鋇鹽、鍶鹽、鈉鹽和銅鹽?;鹧嬷餅闊熁ㄌ峁└鞣N各樣的色彩,涉及到的原理為:電子躍遷,當(dāng)堿金屬及其鹽在火焰上灼燒時,原子中的電子吸收了能量,從能量較低的軌道躍遷到能量較高的軌道。但處于能量較高軌道上的電子是不穩(wěn)定的,很快躍遷回能量較低的軌道,這時就將多余的能量以光的形式放出。而放出的光的波長在可見光范圍內(nèi)(波長為400nm~760nm),因而能使火焰呈現(xiàn)顏色。利用焰色反應(yīng),人們在煙花中有意識地加入特定金屬元素,使焰火更加絢麗多彩。
第四類是其他藥物,如苦味酸鉀、聚氯乙烯樹脂、六氯乙烷、各種油脂和煙花的成分、原理及對環(huán)境的危害硝基化合物,這些物質(zhì)會造成有機污染。
煙花中煙火劑的11種主要原材料
01硝酸鉀
硝酸鉀是強氧化劑。在配制煙火藥時,不宜將硝酸鉀與高氯酸銨混合使用。因為硝酸鉀會與高氯酸銨發(fā)生反應(yīng),生成吸濕性很強的硝酸銨,如果這些藥劑中含有輕金屬粉末時, 這些金屬粉末就可能受潮發(fā)熱,甚至自燃、自爆。
02氯酸鉀
氯酸鉀特別敏感,它與有機物、硫磺、硫化物、酸類或其他易氧化的物質(zhì)混合后,受熱或受到撞擊和磨擦,均能產(chǎn)生強烈的燃燒和爆炸。氯酸鉀受日光照射容易分解,生成極不穩(wěn)定的亞氯酸鉀和吸濕性很強的氧化鉀,亞氯酸鉀極不穩(wěn)定,如果與酸類、硫化物和有機物等混合,極易自燃或自爆。
03硝酸鋇
常溫下硝酸鋇的化學(xué)穩(wěn)定性較好,機械感度不高,但與氯酸鉀混合,容易生成敏感性較強的氯酸鋇,配合制成煙火藥時,有可能產(chǎn)生自燃、自爆。
04高氯酸鉀
高氯酸鉀的化學(xué)穩(wěn)定性較氯酸鉀好,與硫化氰酸鹽混合產(chǎn)生自爆,與有機物混合具有強烈的爆炸性能。
05硫磺
硫和氯酸鉀的混合物可形成爆炸性物質(zhì),敏感度很高,經(jīng)撞擊或磨擦就會爆炸,硫為熱和電的不良導(dǎo)體,在粉碎、碾磨時會產(chǎn)生靜電,引起自燃和爆炸。硫磺粉塵在空氣中會與氧形成爆炸性混合物,當(dāng)每公升空氣中含硫7毫克以上時,遇到火源就會爆炸。
06鋁粉
鋁粉易溶于稀酸,遇水或受潮會與水產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生高溫,如果不及時擴散,會產(chǎn)生自燃、自爆。當(dāng)每公升空氣中含鋁粉40毫克以上時,遇到火源就會爆炸。
07鎂粉
鎂粉與鋁粉一樣,受潮會產(chǎn)生自燃、自爆。當(dāng)每公升空氣中含鎂粉10~25毫克,遇到火源就會爆炸。
08鎂鋁合金粉
一般由鎂、鋁各50%左右組成的金屬互化的,化學(xué)穩(wěn)定性比單獨的鎂粉或鋁粉要好。當(dāng)每公升空氣中含有合金粉32.5毫克時,遇火源就會爆炸,受潮與水作用后生成氧化物,并放出氫氣,同時產(chǎn)生大量熱,如果不及時散熱,會自燃或自爆。
09硫化銻
硫化銻在煙火藥中用作還原劑、助燃劑,它與氯酸鉀、高氯酸鉀的混合物敏感度很高,比硫與氯酸鉀、高氯酸鉀的混合物稍穩(wěn)定,但由于它不可避免地帶有一些二氧化硅(沙子),從而大大提高了煙火藥的機械感度。另外還有一種五硫化二銻,它是一種強還原劑,比三硫化二硫的感度更高。
10赤磷(又名紅磷)
赤磷是一種強還原劑,在空氣中容易被氧化,并產(chǎn)生自燃,赤磷與氯酸鉀的混合物,在含水分20%的情況下,稍經(jīng)撞擊或摩擦就會自燃與爆炸。赤磷燃燒時,產(chǎn)生有毒的五氧化二磷白色煙霧。用作煙火劑的赤磷,不允許有黃磷(白磷)痕跡,因為黃磷的燃點很低(僅30℃),與其他藥物混合制成產(chǎn)品時,很容易自燃。佳木斯鋁鎂合金粉
11硝化棉
硝化棉具有高度可燃性和爆炸性,其危險程度根據(jù)硝化程度而定,含氮量在12.5%以上的硝化棉危險性極大,遇火即燃燒。在溫度超過40℃時能加速其分解而自燃。含氮量不足12.5%的硝化棉雖然比較穩(wěn)定,但受熱或儲存日久,逐漸分解而放出酸,降低著火點,亦有自燃自爆的可能。失火時,嚴(yán)禁用砂土等物壓蓋,以免發(fā)生爆炸。