Blíži sa koniec roka. Je tu Silvester a veľká ručička na obrovskom ciferníku odkrajuje poslednú sekundu. A práve vtedy nastáva krátky zlatý čas zábavnej pyrotechniky. Od obyčajných vianočných prskaviek až po grandiózne ohňostroje za milióny dolárov. Pozrime sa na tieto hračky pre dospelých z rôznych pohľadov.
Názov pyrotechnika má pôvod v gréckych slovách pyr (oheň) a tekhnikos. Druhé slovo má základ v techhnē, čo znamená umenie, remeslo alebo zručnosť. Takže pyrotechnika by podľa toho mala byť niečo ako umenie alebo remeslo ohňa. S tým sa dá súhlasiť.
V súčasnosti by sme pyrotechnikou mohli označiť odvetvie zamerané na výrobu a vývoj produktov využívajúcich predovšetkým chemické explozívne reakcie. Jej využitie je veľmi rozmanité, my sa však sústredíme iba na tie produkty, ktorých cieľom je potešenie ľudí.
Explozívne reakcie
Explozívne reakcie sú veľmi rýchle exotermické chemické reakcie, pri ktorých sa výrazne zväčšuje objem východiskových látok pri ich premene na plynné produkty. Východiskové látky sú pri tom v tuhom alebo kvapalnom skupenstve, v prípade pyrotechniky ide o tuhé skupenstvo. (Bližšie sme o týchto reakciách písali v článku Dve tváre explózií v Quarku 7/2022.)
Explozívne reakcie majú mierové aj vojenské využitie. Najrozšírenejším použitím prvých je spaľovanie fosílnych palív, druhých výroba zbraní. V oboch prípadoch ide o maximálne využitie energie buď v podobe užitočnej, alebo deštrukčnej práce. Pri zábavnej pyrotechnike to tak nie je. Hlavnú úlohu pri nej zohráva presmerovanie časti energie chemickej reakcie do vizuálnych a akustických efektov, presnejšie vyžarovania vlnenia s frekvenciou vo viditeľnom a počuteľnom pásme.
Počiatky ohňového umenia
Keďže zábavná pyrotechnika využíva explozívne reakcie, musí mať úzky vzťah k histórii výbušnín. Tá sa začína vynájdením pušného prachu v Číne približne pred 1 000 rokmi. Najstarší zaznamenaný recept na jeho výrobu pochádza z roku 1044. Táto zmes práškovej síry, drevného uhlia a dusičnanu draselného (KNO3) má v súčasnosti odborný názov čierny strelný prach. Síra je v ňom zastúpená približne 10 hmotnostnými %, drevné uhlie 15 % a posledná zložka predstavuje asi 75 %.
Prvé ohňové potešenia sa vyrábali v Číne naplnením bambusových rúrok pušným prachom a ich zapálením na otvorenom konci. Tak bolo možné vytvoriť rôzne rakety a ohňostroje. Do Európy sa pyrotechnika dostala v 13. storočí, ale až o dve storočia neskôr sa ohňostroje stali bežnou formou zábavy pri rôznych oslavách. Do Ameriky priniesli ohňostroje už prví európski osadníci.
Ako je to v súčasnosti
Ak vám pri poslednom zážitku s pyrotechnikou udrel do nosa štipľavý zápach, môže za to horiaca síra, teda oxid siričitý (SO2). Ten potvrdzuje, že od dávnych čínskych čias sa až tak veľa aspoň v jednej veci nezmenilo: naďalej je hlavnou zložkou pyrotechniky starý známy čierny prach. Je pohonným palivom v raketách a svetliciach a zároveň je aj výbušnou zložkou v pyrotechnických zmesiach.
Samozrejme, nie je jedinou zložkou. V malom množstve pyrotechnika obsahuje aj iniciačné výbušniny (traskaviny), ktoré čierny prach zapália alebo vyvolajú jeho explóziu. Ďalšími zložkami sú prímesi vytvárajúce najmä rôzne vizuálne efekty. Používajú sa aj iné výbušniny, napríklad na báze nitrocelulózy. Tie však nie sú v pyrotechnike dostupnej verejnosti.
Hlavný dôvod použitia čierneho prachu je menšie riziko zranení a zároveň v mnohých krajinách aj možnosť jeho jednoduchej domácej prípravy. Asi menej známou prednosťou čierneho pušného prachu je, že aj pri konštantnom chemickom zložení môže mať vďaka rôznej veľkosti častíc alebo granúl veľmi rozdielne explozívne vlastnosti. Tie ovplyvňujú aj rýchlosť horenia.
Pyrotechnika pre verejnosť
Zábavnú pyrotechniku pre verejnosť predstavovať asi nemusíme. Pri oslavách príchodu nového roku je o jej prezentáciu dobre postarané. Obchody s pyrotechnikou ju predávajú v kategóriách dymovníc, rakiet, ohňostrojov, pyrotechnických fontán, rímskych sviec, guľových púm, prskaviek a petárd. Niektoré sa sústreďujú prednostne na zvukový efekt, iné zasa na vizuálny, no vo väčšine prípadov ide o ich kombináciu.
Akustické efekty sa obyčajne obmedzujú iba na hlučný výbuch, kvílivé hvízdanie alebo praskanie. Spektrum vizuálnych efektov je omnoho väčšie. Môžu sa odohrávať na zemi alebo v menšej či väčšej výške. Zahrnujú aj jednoduché alebo viacnásobné explózie pri ohňostrojoch alebo nezvyčajné trajektórie letiacich rakiet. Významnú úlohu v nich zohráva farba, presnejšie vyžarovanie svetla rôznej vlnovej dĺžky.
Spektrum produktov zábavnej pyrotechniky je omnoho širšie, ako sú tie vymenované. Sú však určené výlučne pre profesionálov. V nich už nemusia platiť niektoré z obmedzení, ktoré poznáme z verejne dostupnej pyrotechniky.
Kde vziať farbu
To, čo je na ohňostrojoch najohromujúcejšie, sú farby umelých explodujúcich hviezd na nezáživnej mestskej oblohe, na ktorej tie skutočné hviezdy pre svetelný smog už takmer nevidno. Farbu svetla emitovaného vybuchujúcou pyrotechnikou určuje teplota ich horúcich častíc a zároveň ich chemické zloženie. Obe spolu súvisia.
Látky, ktorými dosahujeme sfarbenie, sú malé prídavky zlúčenín kovov. Napríklad červenú farbu možno získať prídavkom solí stroncia, žltú sodíka, zelenú bária a modrú medi. Získanie tej správnej modrej bol dlho problém, pretože príliš temnú modrú na tmavej oblohe nevidno a príliš bledá sa javí ako biela. Väčšina z nás už dávnejšie zistila, že chemici tento problém vyriešili.
Prísady kovov majú v pyrotechnike širšie využitie. Napríklad hliník vo forme šupiniek sa využíva pri nehlučných bielych pyrotechnických vodopádoch (angl. fireworks waterfall). Kyslík na ich horenie poskytuje chloristan draselný (KClO4). Vodopád sa dosiahne tak, že zmes hliníkových vločiek rôznych rozmerov spolu s chloristanom a malým množstvom dextrínu, ktorý má funkciu spojivovej zložky, sa naplní do lepenkových rúr zavesených na drôte a zapáli sa na spodnom konci. Najdlhší takýto vodopád s dĺžkou 3,5 km pripravili v roku 2008 v Japonsku. Prášky hliníka, horčíka a titánu sa používajú aj na dosiahnutie bieleho iskrenia rôznej intenzity. Železo sa stará o červené a oranžové iskry.
Rámus alebo pískanie
Asi najjednoduchším prípadom získania akustického efektu je vyvolanie silného hluku. Dosahuje sa to tak, že splodinám explózie sa zabráni uniknúť do voľného priestoru. To je však možné iba do dosiahnutia takého tlaku, ktorý neprekoná súdržnosť stien uzavretého priestoru. Hlučný výbuch je spojený s ich roztrhnutím.
Pískanie a hvízdanie letiacej pyrotechniky majú na svedomí unikajúce plyny nasmerované do malej štrbiny. Silu zvuku a jeho frekvenčnú charakteristiku možno ovplyvňovať tvarom a veľkosťou štrbiny. Princíp je teda rovnaký ako v mnohých dychových nástrojoch. Silné výbuchy sa väčšinou dosahujú s pyrotechnikou na báze zmesí s obsahom chloristanu draselného.
prof. Ing. Karol Jesenák, CSc.
Foto Pixabay
