Почему искрится бенгальский огонь и как он устроен

Работа бенгальского огня основана на четырех элементах. Благодаря их взаимодействию тепло внутри этой маленькой проволочки достигает более 1000 °C. Именно оно и становится основой для создания тех самых ярких искр.

По отдельности это совершенно обычные вещества, но вместе они создают яркое химическое шоу

Источник: Freepik

Сегодня бенгальский огонь кажется незамысловатым новогодним атрибутом: зажег, потряс, полюбовался искрами — и забыл. Но внутри этой тонкой проволоки каждый раз происходит настоящий физико-химический спектакль… стоит лишь поднести спичку.

Главные «актеры» этого спектакля — четыре элемента:

1. нитрат бария — окислитель, который создает запас кислорода для горения;
2. металлический порошок (чаще алюминиевый или магниевый), горящий настолько интенсивно, что выделяет огромную энергию;
3. железные или стальные опилки, превращающиеся в яркие искры;
4. клей — декстрин или крахмал — удерживающий всю композицию на проволоке.

Ученые до сих пор пытаются усовершенствовать эту смесь, выпуская новые патенты.

Чтобы понять, как рождаются искры, нужно проследить все «акты» этого процесса. При зажигании нитрат бария начинает разлагаться и выделять кислород. Он мгновенно вступает в реакцию с металлическим порошком, высвобождая огромное количество тепла (классическая экзотермическая реакция). Температура внутри смеси достигает примерно 1000 °C, из-за чего металлические частицы плавятся, частично испаряются, окисляются (отсюда темный налет на проволоке) и начинают светиться.

Это свечение объясняется законом излучения черного тела: любое вещество, нагретое до высокой температуры, начинает испускать видимый свет. По данным исследователей из Клаустальского технического университета и института Фраунгофера (Германия), цвет искр определяется исключительно температурой частицы, а не ее химическим составом. Так, при 500–600 °C частица светится тускло-красным, при 800–1000 °C — ярко-красным, а при температурах выше 1000 °C — желтым или почти белым.

Каждая искра — маленький раскаленный фрагмент металла, который светится сам по себе, а не «подсвечивается» пламенем вокруг

Источник: Freepik

Почему же искры разлетаются во все стороны? Все дело в газах, образующихся при разложении нитрата. Горячие продукты реакции резко расширяются и буквально выталкивают раскаленные частицы на расстояние до 10–20 см. Иногда происходит и «микровзрыв», когда внешняя оболочка раскаленной железной частицы остывает быстрее, чем ее внутренняя часть. Давление внутри растет, оболочка лопается, и крошечные фрагменты разлетаются вокруг. 

В отличие от петард бенгальский огонь горит медленно и контролируемо, поскольку смесь нанесена тонким слоем на проволоку. В петардах реакция происходит почти мгновенно. Но это не означает, что бенгальские огни полностью безопасны. Температура их искр превышает 1000 °C. Именно поэтому держать палочку нужно только за самый конец — подальше от лица, волос и одежды.