Новогодняя ночь — это не только ёлка, мандарины, поздравления Деда Мороза и семейное застолье. Многие не представляют этот праздник без грома хлопушек, искр бенгальских огней и цветных салютов. Разберёмся, как устроены эти яркие и громкие спутники новогодних каникул.

ХЛОПУШКИ

Световые и шумовые эффекты фейерверков обеспечивает сгорание пиротехнических составов. При этом самый безопасный вид новогодних развлечений — это хлопушки. Они только шумят, но не горят, оптимальный вариант для помещения. Главное — не направлять трубу хлопушки на человека. 

Грохочут хлопушки из-за взрыва фульмината серебра (AgCNO), его ещё называют «гремучее серебро». Фульминаты металлов настолько чувствительны, что могут взорваться от любого воздействия и даже собственного веса. Иногда для пущего эффекта в хлопушку засыпают конфетти, которые вылетают наружу газами, образующимися в результате детонации фульмината. Но если вы взрываете хлопушку в квартире или другом помещении, лучше аккуратно вскрыть отсек с конфетти и высыпать их. Иначе потом будете долго выметать и собирать разлетевшиеся во все стороны кусочки бумаги и фольги. 

Нестабильность гремучего серебра сильно ограничивает области его применения. Фульминат серебра открыли в 1800 году и до сих пор используют только для новогодних увеселений. В хлопушках микрограммы гремучего вещества лежат между двумя полосками абразивного материала. Если дёрнуть за верёвочку, неровные поверхности начинают двигаться друг относительно друга, и трение вызывает детонацию фульмината серебра:

2AgNCO = 2Ag + N2 + 2CO 

2AgNCO = 2Ag + N2 + CO2 + C.

Быстрое выделение газообразных продуктов разложения гремучего серебра сопровождается характерным хлопком, давшим название этому виду фейерверков. 

Хотя фульминат серебра смог найти себе только сезонную работу на время зимних каникул, его родственник, фульминат ртути, в конце XIX — начале ХХ века применялся в военном деле. Смеси для снаряжения зарядных капсюлей-детонаторов ружей и артиллерии того времени обычно содержали смесь гремучей ртути, трисульфида сурьмы (Sb2S3) и хлората калия (KClO3). В огнестрельном оружии такого типа боёк ударяет по капсюлю, заставляя гремучую ртуть взрываться. Энергия, выделяющаяся в результате взрыва, поджигает трисульфид сурьмы, а хлорат калия играет роль окислителя, отдавая кислород, необходимый для горения трисульфида. Горящая смесь из капсюля поджигает порох, который, взрываясь и выделяя большое количество газообразных веществ, толкает пулю или снаряд по каналу ствола.

Точное химическое строение гремучей ртути было определено только в 2017 году. Эта соль имеет не типичное для солей ионное, а молекулярное строение: атом ртути окружён двумя атомами углерода, а семь входящих в её состав атомов образуют практически линейную структуру:

O−N≡C−Hg−C≡N−O.

БЕНГАЛЬСКИЕ ОГНИ

Другой относительно безопасный тип фейерверков — это бенгальские огни. Назначение многих пиротехнических составов — взрываться, поэтому их строгонастрого запрещено применять в закрытом помещении. А бенгальские огни просто горят около минуты, разбрасывая вокруг себя яркие искры. Если следить, чтобы искры не попали на горючие материалы, этим завораживающим зрелищем можно наслаждаться и дома. 

Кстати, почему огни бенгальские? Потому что именно в регионе под названием Бенгалия (сейчас он разделён между Индией и Бангладеш) такие пиротехнические составы впервые были использованы как сигнальные огни в военном деле. 

В состав бенгальского огня входит несколько веществ: окислитель, топливо, железная, титановая или алюминиевая пудра и горючее связующее вещество. Иногда в качестве топлива используют уголь и серу, иногда связующий компонент (крахмал, декстрины или шеллак). 

Вспышки-звёздочки бенгальских огней образуются при горении металлической пудры. Искры — благодаря световому излучению, инкандесценции. Большое количество тепла заставляет горячее вещество светиться. Нагретое тело сперва испускает инфракрасное излучение, затем по мере увеличения температуры начинает светиться красным, оранжевым, жёлтым и белым светом. 

В качестве окислителей обычно используют нитраты, хлораты и перхлораты. При нагревании они разлагаются и обеспечивают пиротехническую смесь кислородом:

2KNO3 → 2KNO2 +O2 KClO4→ KCl + 2O2.

Топливо пиротехнического состава сгорает под действием кислорода, который образуется при разложении окислителя. Задача топлива — воспламениться и разогреть металлический порошок. Разогреванию способствует образование раскалённых газообразных продуктов сгорания. Связующие компоненты служат не только для формования состава, но и в качестве топлива. Связующими бенгальских огней обычно бывают декстрин, который увлажняют водой, и шеллак, разбавленный спиртом. Технология получения бенгальских огней несложная: из компонентов состава готовят пасту, которую потом наносят на металлический стержень либо помещают внутрь картонной трубки. Если паста высохла, бенгальский огонь готов. При его горении частички металлического порошка разогреваются до температуры, при которой начинают излучать жёлтый или белый свет, а в ряде случаев воспламеняются. Огонь горит равномерно, постепенно сжигая смесь, а вы держите в руке стержень, и это вполне безопасно.

Твёрдые продукты горения бенгальских огней — оксиды металлов — могут быть вредными для здоровья. Поэтому не стоит использовать бенгальские огни как свечи для торта. 

Металлическая пудра нагревается, пока не раскалится, и начинает светиться, а при достаточной температуре — гореть. Так получаются яркие мерцающие искры.

ФЕЙЕРВЕРКИ-САЛЮТЫ

Состав салютов похож на состав бенгальских огней с той разницей, что помимо окислителей горючего и связующего в него входят соли металлов для окрашивания огней и пропелленты. Пропелленты — взрывчатые вещества, задача которых, взорвавшись, подбросить пиротехнический состав в небо, где он и будет гореть цветными огнями. 

Для получения чистых и ярких цветов нужны очень чистые компоненты. Даже следовые примеси солей натрия могут «закрасить» цвета, которые придают салюту другие металлы, жёлтооранжевым. Поэтому качество фейерверков, как и многих других вещей, зависит от цены. А ещё от даты изготовления: со временем пиротехнические составы портятся.

Чтобы получить состав для салюта, недостаточно просто смешать окислитель, горючее, соли металлов для цветных огней, связующее и пропеллент — такой состав взорвётся у земли и будет опасен для тех, кто его запускает. Красочный салют-фейерверк — результат нескольких последовательных реакций. Сначала фитиль поджигает пропеллент (дымный или бездымный порох), который, сгорая в замкнутом пространстве, выталкивает заряды фейерверка в небо. Пока заряды летят, фитиль продолжает гореть и на безопасной высоте поджигает смесь окислителя, топлива и веществ, отвечающих за окраску пламени. Смесь загорается и расцветает яркими огнями. 

В Новый год, когда будут греметь хлопушки, гореть бенгальские огни дома и цветные в небе, стоит мысленно поблагодарить учёных, которые делают так много для создания праздничной атмосферы, и побеспокоиться (ну хоть самую малость!) об окружающей среде. Огненные забавы экологически небезопасны: продукты сгорания металлов и хлорированных полимеров, входящих в пиротехнические составы, попадают в атмосферу и загрязняют её. 

В общем, как за столом, так и при запуске фейерверков в новогоднюю ночь нужна умеренность.