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    【化工与生活】谁来成就烟花的美

    发布:jzxkjhg 浏览:955次

     农历春节刚过,除夕之夜炫彩夺目的烟花是否令你印象深刻?作为中华民族历史悠久的文化艺术,千百年来,烟花一直与我国各族人民的生产生活紧密相连。上至国家政商大典,下至民间婚庆嫁娶,凡是隆重的场合,都有烟花爆竹的参与。那响彻耳边的声音,那闪耀夜空的光芒,都抒发着人们喜悦的情怀,表达着人们良好的祝愿。但你是否知道,这一声响、一次美丽绽放的背后,又有多少化学物在反应?本期的《化工与生活》就将带领你走进烟花爆竹背后的化学世界。

      化工让烟花绽放

      早先的烟花爆竹产品不多,所使用的原材料也比较单一,仅为火硝、硫黄、木炭粉、金属粉末、爆炸纸等。而随着现代工业的发展,烟花爆竹使用的原材料已多达上百种,其中化工原材料就多达几十种。

    秒速时时彩  其实,烟花爆竹不仅原材料和化工息息相关,烟花爆竹的燃放就是化学反应的结果。烟花爆竹内部进行的是一种自供氧的氧化还原反应。由于烟花爆竹燃烧速度极快,空气中氧气含量有限,无法充足供应,所以烟花爆竹的药料里含有的大量燃料和氧化剂,提供了高速燃烧必要的反应物质。

      烟花爆竹的燃放是固体燃料与固体氧化剂进行反应,这也被称为固相反应。要使这些固体物质之间产生反应,必须将它们粉碎到一定的细度并混合均匀,才能进行有效的反应。同时,原材料固体物质的晶体大小、形状、比重、吸湿性等物理性质都对反应有着很大的影响,所以在烟花行业,对生产烟花的化工材料的质量要求是非常高的。

      虽然烟花爆竹进行了一系列的化学反应,但是烟花爆竹行业工作者的目的并不是要这些化学反应的生成物,而是需要这些化学反应伴生而来的能量——热能、光能、声能和机械能。有了这些能量就可以通过一定的装置,为人们带来强烈的视觉和听觉体验,例如烟花绽放时鲜艳的颜色、悦耳的啸声和旋转上升的运动姿态等。因此,烟花爆竹根据效果的不同,其组成也有着很大的差别,生产过程中必须要根据不同的需要,对化学成分进行合理配比,才能达到最佳效果。


     

      化工让烟花多彩

    秒速时时彩  烟花能够广受欢迎、流传至今,得益于它的绚烂多姿、流光溢彩以及在一瞬间爆发又一瞬间消逝带给人们的无穷回味。烟花之所以能够呈现出五颜六色,是因为在烟花的成分中,添加了特殊的元素,在燃烧过程中,这些特殊元素的火焰具有不同的颜色。获得有色火焰的办法不是像绘画或者油漆那样直接加入某种颜色的颜料那么简单,而是一个复杂的化学反应过程,即在烟火剂中加入某种化学物质,使其在燃烧时把火焰“染”成某种颜色。因此,恰当地选择着色物质,获得指定的色焰是非常重要的。

      红光剂一般用锶盐为主原料,如硝酸锶、草酸锶、碳酸锶、青天石等。锶的氧化物、氢氧化物、卤化物都可以发射带状光谱,半分解产物的带状光谱都位于红光区,所以它们可以用来产生红光。目前烟花行业的红光剂,大都采用氧化锶和一氧化锶作为红光剂的给予体,并添加氯酸钾、聚氯乙烯和六氯代苯等。

      绿光剂硝酸钡、碳酸钡、氧化钡、氯化钡、高氯酸钡等。绿光发光剂常用钡的化合物,是由于氢氧化钡和卤化钡的分子辐射所致。目前,高氯酸钡和氯酸钡是比较理想的绿色发光物质。但是这两种物质机械感度高,在没有加入适量的钝感剂条件下,是不宜采用的。

      蓝光剂氧化铜、碱式碳酸铜(孔雀石)、硫化亚铜、金属铜等。蓝光是由一氯化铜的分子辐射所产生的,因此,蓝光剂基本上都是以生成一氯化铜分子辐射为基础。从效果上来看,以氯酸钾为氧化剂的蓝光剂比以高氯酸钾为氧化剂的蓝光剂效果好,但从安全的角度来考虑,高氯酸钾的蓝光剂比氯酸钾的蓝光剂要安全一些。现在,普遍采用高氯酸钾加入含硫的原料促使其分解,以作为蓝光剂的给予体。

      黄光剂以冰晶石、氟化钠、氟硅酸钠、硝酸钠、草酸钠、碳酸氢钠等钠盐为主要原料配制而成。氟铝酸钠(冰晶石)和氟硅酸钠是天然产物,含钠量高,价格便宜,性能稳定,它们在燃烧时使药剂的爆热值提高,可能代替一部分金属可燃物,所以对黄光效果是有利的。但这两种物质吸湿性较强,目前,常用草酸钠作为黄光剂的给予体。


     

      化工让烟花更环保

      鞭炮点燃后,在其迅速燃烧、激烈爆炸、喷火射焰的同时,会产生大量的二氧化硫、二氧化氮、二氧化碳、一氧化碳等气体和各种金属氧化物的粉尘。其中,二氧化硫、二氧化氮是刺激性和腐蚀性极强的酸性氧化物,危害极大的酸雨主要是由这类气体溶于雨云中形成的。大量燃放鞭炮时,如果适逢无风或低气压的天气,这些气体一时无法飘散,就会强烈地刺激人的呼吸道,使人咳嗽,引起气管炎等疾病。因此,烟花爆竹行业也在致力于发展更加环保的产品。

      目前,很多新型材料被运用到了烟花爆竹中,它们的作用就是减少烟花爆竹对环境的污染。譬如无铅催化剂解决了用铅的问题,杜绝了铅的污染;硝酸银代替硝酸汞,解决了汞污染的问题;有机纤维素代替硫黄解决了二氧化硫的问题。

    秒速时时彩  而在爆响剂的配制中,针对硫黄与氯酸钾混合容易受外界能量刺激而引发安全事故,化工行业研制了一种新型的混合型可燃剂——三和粉,再配以一定量的氯酸钾,直接用于爆竹专用药。该新型爆竹专用药属无硫无锑爆竹药剂,在生产和燃放时减少了大气污染,且其相容性好,安全可靠。

      另外,一些大型活动对环保型烟花的需求也极大地促进了化工技术在烟花行业的发展。例如,北京奥运会的烟花产品就首次尝试使用了稀土材料。传统烟花为了追求色彩效果,往往添加各种重金属盐,此种烟花燃放过后就会产生大量重金属污染。而稀土元素能级跃迁多,可以产生多种多样的辐射和吸收。稀土元素的加入,不仅使烟花更加绚丽多彩,也更加环保。同时,北京奥运会的烟火产品还首次使用了最新科技成果芯片礼花弹,即把电脑芯片安装在礼花弹内,通过电脑控制,在规定的高度、方位、朝向爆炸,组成各种特效的文字、图案,让烟花更加生动、美丽。

     


     

     

     

      图为近日,北京市北新桥街道前永康社区内的烟花爆竹回收点前,小朋友用爆竹换来了全民阅读卡。 (CFP 供图)

     


    背景资料

    科普之窗

      烟花爆竹由氧化剂、可燃物、有色发光剂、黏合剂、其他特种效果物质组成。其主要成分是:黑火药(含有硫黄、木炭粉、硝酸钾和氯酸钾),制作闪光雷、电光炮、烟花炮、彩色焰火时,还要加入镁粉、铁粉、铝粉、锑粉及无机盐。

      氧化剂

    秒速时时彩  氧化剂为烟火药提供燃烧所需要的氧,主要采用硝酸盐类和高氯酸钾类等化工原料,但有些不含氧的物质,如四氯化碳、六氯乙烷等也可作为氧化剂。常用于烟火药的氧化剂有:硝酸钾、硝酸钡、硝酸锶、硝酸钠、高氯酸钾。

      可燃物

    秒速时时彩  可燃物为烟火药燃烧、爆炸提供所需要的热量。可燃物活性和含热量的多少,决定着烟火药反应速度的快慢。在火药中,有些物质既充当氧化剂,又充当可燃物。高发热的可燃物有铝粉、硫化锑等,低发热的可燃物有碳、硫等。

      有色发光剂

      有色发光剂是使火焰着色的物质,其发出的不同色光,是化合物中金属离子在燃烧、爆炸所产生的高温的激发下辐射出不同波长的可见光。

      黏合剂

    秒速时时彩  黏合剂的主要作用是保证烟火药本身有一定的黏度,能够制成具有一定强度和密度的颗粒,从而得到所需要的燃烧或爆炸效果。常用的黏合剂主要有酚醛树脂、松香等。

      其他特种效果物质

    秒速时时彩  其他特种效果物质包括:烟雾剂、钝感剂、加快或延迟烟火药燃烧速度的物质、有色发光剂中能形成氯化物分子辐射的物质和啸声剂等。


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