Chemie na nebi - kde se berou barvy v ohňostroji?

Proč je vlastně ohňostroj barevný? Proč není jeho světlo bílé? Může za to, jak jinak, lidská důmyslnost - a chemie. (délka blogu 5 min.)

To, že některé chemické látky mohou v určitých podmínkách vyzařovat světlo, už jsem probírala v některých dřívějších kapitolách. Je to způsobeno například jevem, kterému říkáme luminiscence.

Luminiscence

... je záření určitých pevných nebo kapalných látek, většinou komplikovaných molekul. Má specifickou, na daném materiálu závislou, spektrální vlnovou délku. Záření se objeví poté, co byla látka energeticky vybuzena. Má určitou dobu doznívání, tedy trvá i po skončení vybuzujícího účinku. Často je to tak, že záření s kratší vlnovou délkou (vyšší frekvencí) způsobuje v látce určitého složení záření s delší vlnovou délkou (nižší frekvenci). 

U silvestrovského ohňostroje nebarví nebe luminiscence. I tomto případě za to ale může… chemie. Co se děje v rachejtlích a proč mají různé barvy?

Proč se barví plamen určitou barvou?

V ohňostroji probíhají podobné procesy, jaké se dají nalézt při barvení plamene kahanu.

Barvící přísadou

... jsou kovy - respektive jejich soli. Kov barví plamen tehdy, když se nachází v plameni v nevázaném stavu ve formě neutrálního atomu. Energie, kterou dodává plamen, způsobuje nabuzení valenčních (vnějších) elektronů elektronového obalu atomu. Poté, co tyto elektrony “seskočí” na svou obvyklou energetickou úroveň, vyzáří světelný foton s určitou vlnovou délkou. Proto má každý prvek svou specifickou barvu, kterou barví plamen svíčky. Valenční elektrony mají totiž u každého chemického prvku svou vlastní konfiguraci. 

Přitom je také podstatné, jaké přesně to jsou soli. Ne každý kov a ne každá sůl umí obarvit plamen příslušnou barvou. Zatímco v plameni laboratorního kahanu se o potřebnou energii stará teplo, vznikající při hoření zemního plynu, dodávají energii v ohňostrojích nitráty a jiné látky.

align="justify"Případ měděného plechu

Pokud začnete zahřívat nad plamenem kahanu proužek měděného plechu, k žádnému zabarvení plamene nedojde. Měď přitom totiž nepřechází do plynného skupenství, aby se její atomy mohly aktivně projevit. Místo toho se proužek měděného plechu jen rozžhaví. Může dokonce vyzařovat světlo ve viditelné části spektra, jedná se ale o tzv.záření černého tělesa- světlo je zpočátku (při nižších teplotách) načervenalé a při vyšších bílé. Barva plamene kahanu zůstává nezměněná.

align="justify"Případ oxidů mědi

Ani v případě oxidu měďného nebo měďnatého nebude situace lepší. Následující příklad popisuje situaci u Cu2O, sloučeniny se dvěma atomy mědi a jedním atomem kyslíku.

Jak si možná pamatujete z vánoční pohádky o štiplavě vonících svíčkách, je kyslík prvkem, který hrozně rád pořádá elektronovou párty. V řadách jeho elektronů totiž chybí k naprosté spokojenosti dva elektrony, které si rád vypůjčuje od jiných prvků. V případě Cu2O je sebral mědi. A v žádném případě nemá chuť, je zase vracet a rozjetou párty předčasně ukončit.

Nedonutí ho k tomu ani energie, kterou dovede vyvinout plamen kahanu nebo ohňostroj.

K tomu, aby měď mohla obarvit plamen, musela by se nacházet ve formě neutrálního atomu. Musí se tedy nejprve dostat k nějakému volnému nezadané elektronu. V plameni svíčky se skutečně nachází určité množství volných elektronů, efekt ale není tak silný, aby se plamen obarvil zřetelným plamenem.

Případ chloridu mědi

Jinak to dopadne, když se do plamene svíčky dostane sloučenina mědi a chloru.

Chlor má jiné vlastnosti než kyslík. Mimo jiné - nepořádá tak divoké mejdany a nemá tak fatální vliv na cizí elektrony. Tento chlorid se navíc rád vypařuje. Oddělit atom mědi od atomu chloru z chloridu (navíc v plynném skupenství) pak není tak těžké jako rozdělit měď od kyslíku v molekule oxidu. Mědi tak nic nestojí v cestě - a může plamen kahanu obarvit jasnou namodralou barvou.

Barvy v ohňostroji

Optimální barvící přísady jsou tedy většinou lehce se vypařující soli, například chloridy nebo jiné halogenidy, které vykazují největší ochotu k tvorbě neutrálního atomu kovu. Ten pak barví plamen nebo plasma příslušnou, každému prvku typickou barvou.

Soli sodíku vytvářejí žluté, lithium a stroncium rudé, měď modré a barium zelené efekty. Oranžovou barvu dává ohňostroji draslíková sůl.

Všem pravidelným i nepravidelným čtenářům - krásný nový rok!

PF 2019