De unde vin culorile artificiilor

1

Fiecare culoare e un metal într-o flacără#

O stea colorată, granula care arde după ce iese din bombă, conține sarea unui singur metal. În flacără, metalul formează molecule mici (sodiul și litiul rămân atomi liberi), iar acestea dau lumină doar pe anumite lungimi de undă: stronțiul face roșu, bariul verde, cuprul albastru, sodiul galben, calciul portocaliu.

În 2003, cercetătorii în pirotehnie W. Meyerriecks și K. L. Kosanke au pulverizat fiecare sare într-o flacără de arzător, la circa 1.900 °C, și au înregistrat lumina. Stelele colorate de pe pagina aceasta sunt desenate pe baza tabelelor lor, sodiul și litiul din tabelele atomice NIST, și transformate în culoare cu modelul standard al vederii umane.

2

Prin ochelarii de difracție, o scânteie apare în mai multe imagini#

Ochelarii desenați aici au 500 de linii pe milimetru, o densitate care se vinde pentru privitul artificiilor. Ei abat fiecare lungime de undă cu un unghi propriu: violetul de 400 nm cu 11,5°, roșul închis de 700 nm cu 20,5°. Lângă fiecare scânteie apare câte o imagine pentru fiecare lungime de undă pe care o emite, de ambele părți, cu albastrul cel mai aproape.

Sodiul dă o singură culoare: două linii, la 589,0 și 589,6 nm, prea apropiate ca să se vadă separat aici. Așa că o bombă cu sodiu își aruncă de fiecare parte câte o imagine clară a ei.

3

Două roșuri care arată la fel#

Sus, stronțiu; jos, litiu. Pentru ochi sunt aproape același roșu. Prin ochelari se despart. Aproape toată lumina litiului e într-o singură linie, la 670,8 nm, așa că face o singură imagine curată.

Stronțiul face o scară încețoșată de imagini, de la două molecule: monoclorura de stronțiu (SrCl), cea mai puternică la 674 și 661 nm, și monohidroxidul de stronțiu (SrOH), cu emisii la 682 și 671 nm și una portocalie la 606 nm. Așa deosebește un spectroscop elementele acolo unde culoarea nu le poate deosebi.

4

Verdele e clorura de bariu#

Verdele bariului vine mai ales de la monoclorura de bariu (BaCl), o moleculă care se formează în flacără, cu două benzi puternice, la 514 și 524 nm. Prin ochelari, imaginile sunt înguste și apropiate.

De aceea verdele clasic de bariu are nevoie de clor în amestec. Fără el, bariul formează în schimb hidroxid și oxid de bariu; oxidul de bariu strălucește pe o plajă largă, de la verde la roșu, și verdele pălește.

5

De ce albastrul se obține cel mai greu#

Albastrul vine de la clorura de cupru(I) (CuCl), care strălucește mai ales între circa 410 și 500 nm, cel mai puternic la 436 nm. Peste o anumită temperatură a flăcării, molecula se desface. O estimare pune această limită pe la 1.500 de kelvini (circa 1.230 °C), modelarea termodinamică pe la 2.500 de kelvini (circa 2.230 °C); măsurătorile din 2003 au înregistrat lumină puternică de clorură de cupru într-o flacără de circa 1.900 °C.

Peste limită predomină lumina verde a hidroxidului de cupru(I), iar particulele încinse luminează alb. Jos e simulată o stea albastră care arde la o temperatură prea mare. Chimiștii numesc albastrul cea mai dificilă culoare dintre toate: într-o comparație din 2021 a zece amestecuri albastre, cel mai pur a avut în medie o puritate a culorii de 56%.

Pune ochelarii: steaua care arde la temperatura potrivită are imagini albastre și verde-albăstrui, înguste, aproape de scânteie; cea prea fierbinte adaugă imagini verzi puternice și o dâră în culorile curcubeului.

6

Auriul și albul sunt căldură, nu chimie#

Unele surse de lumină nu au linii proprii: emit un spectru continuu. Cărbunele de lemn care arde și particulele de metal încinse strălucesc ca rezistența unui reșou: toate culorile deodată, în proporții date de temperatură. Prin ochelari fac o dâră completă în culorile curcubeului, fără goluri.

Salcia aurie de sus e făcută din scântei de cărbune de lemn, care se răcesc și se înroșesc pe măsură ce cad. Jos, stele albe de particule încinse de metal care arde. Magneziul a intrat în artificii pe la 1865, aluminiul în 1894. Temperaturile folosite în simulare au fost alese ca să reproducă aspectul scânteilor; nu sunt valori măsurate.

7

Un strop de sodiu face roșul portocaliu#

Sodiul e în aproape orice, iar linia lui galbenă e atât de puternică încât o urmă de sodiu schimbă culoarea. Măsurătorile din 2003 au găsit vârful de la 589 nm chiar și când echipa a pulverizat apă distilată.

Sus, o stea de stronțiu; jos, aceeași stea, cu o treime din lumină de la sodiu. Pentru ochi e portocalie. Prin ochelari, o imagine galbenă și clară iese din scara roșie.

8

Movul nu are o lungime de undă a lui#

Curcubeul merge de la roșu la violet, dar movul care amestecă roșul cu albastrul nu e în el. O stea mov conține compuși de stronțiu și de cupru, care emit lumină roșie și, respectiv, albastră; ochiul combină cele două culori.

Prin ochelari se despart din nou: imaginile albastre aproape de scânteie, cele roșii departe, iar între ele un verde-albăstrui slab, de la benzile mai slabe ale cuprului.

9

O inimă văzută din profil e o linie#

O bombă care desenează o inimă pe cer are stelele dispuse într-un singur plan, în formă de inimă. Văzută din față, e o inimă (stânga). Rotită puțin, se îngustează (mijloc). Văzută din profil, e o linie (dreapta).

Bomba explodează la un unghi întâmplător și nu are de unde ști unde stai tu. De aceea inimile și fețele zâmbitoare de pe cer ies atât de des strâmb.

10

Întâi lumina, apoi bubuitura#

Lumina ajunge aproape instantaneu. Sunetul merge prin aer cu circa 343 m/s la 20 °C, așa că bubuitura vine cu atât mai târziu cu cât stai mai departe.

Pornește sunetul din butonul de pe imagine, apoi mută locul de lansare. Bubuitura e sintetizată; întârzierea e cea reală.