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炮竹的成分
炮竹的主要成分是黑火藥，即硫磺、木炭粉、硝酸鉀，有的還含有氯酸鉀。制作閃光雷、電光炮、煙花炮、彩色焰火時，還要加入鎂粉、鐵粉、鋁粉、銻粉及無機(jī)鹽。這些金屬都有焰色反應(yīng)，鍶鹽火焰呈紅色、鋇鹽火焰呈綠色、鈉鹽火焰呈黃色。
由此可見大多數(shù)的的煙花顏色是由于焰色反應(yīng)而形成的，而爆炸的原理又是什么呢？
黑火藥著火時，發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)：
2KNO3+ S + 3C = K2S + N2 ↑+ 3CO2 ↑
硝酸鉀分解放出的氧氣，使木炭和硫磺劇烈燃燒，瞬間產(chǎn)生大量的熱和氮氣、二氧化碳等氣體。
由于體積急劇膨脹，壓力猛烈增大，于是發(fā)生了爆炸，據(jù)測，大約每4克黑火藥著火燃燒時，可以產(chǎn)生280升氣體，體積可膨脹近萬倍。在有限的空間里，氣體受熱迅速膨脹引起爆炸。
在爆炸時，固體生成物的微粒分散在氣體里，所以產(chǎn)生大量的煙。由于爆炸時有K2S固體產(chǎn)生,往往有很多濃煙冒出，因此得名黑火藥。黑火藥屬民用爆炸物品,爆燃瞬間溫度可達(dá)1000C以上，破壞力極強(qiáng)。
黑火藥敏感性強(qiáng),易燃燒,火星即可點燃。黑火藥的燃燒的產(chǎn)物大部分是二氧化碳和水,還有氮氧化物,還有少量CO、K2CO3、K2SO4和K2S2等,生成物中有許多固體物質(zhì)殘渣。
然而除了主要的黑火藥燃燒的方程，我們還會在這之后聞到刺激性的味道，這是因為煙花爆竹中的硫燃燒生成二氧化硫，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：
S+O2=SO2
SO2是酸雨的重要組成，SO2是一種無色具有強(qiáng)烈刺激性氣味的氣體，易溶解于人體的血液和其他黏性液。大氣中的SO2會導(dǎo)致呼吸道炎癥、支氣管炎、肺氣腫、眼結(jié)膜炎癥等。同時還會使青少年的免疫力降低，抗病能力變?nèi)酢?SO2在氧化劑、光的作用下，能生成硫酸鹽氣溶膠，硫酸鹽氣溶膠能使人致病，增加病人死亡率。根據(jù)經(jīng)濟(jì)合作發(fā)展組織（OECD）的研究 ，當(dāng)硫酸鹽年濃度在10μg/m3 左右時，每減少10%的濃度能使死亡率降低0.5%；
SO2還能與大氣中的飄塵黏附，當(dāng)人體呼吸時吸入帶有SO2的飄塵，會使SO2的毒性增強(qiáng)。研究表明，在高濃度的SO2的影響下，植物產(chǎn)生急性危害，葉片表面產(chǎn)生壞死斑，或直接使植物葉片枯萎脫落；在低濃度SO2的影響下，植物的生長機(jī)能受到影響，造成產(chǎn)量下降，品質(zhì)變壞。 SO2對金屬，特別是對鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕。每年給國民經(jīng)濟(jì)帶來很大的損失。據(jù)估計，工業(yè)發(fā)達(dá)國家每年因為金屬腐蝕而帶來的直接經(jīng)濟(jì)損失占國民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的2%～4%。
煙花的原理
一、發(fā)光效應(yīng)
發(fā)光效應(yīng)是煙花藥劑的一種主要效應(yīng)。無論是能起照明作用的照明劑，還是能產(chǎn)生亮星的藥劑，能產(chǎn)生一閃一熄的效果藥劑，它們所產(chǎn)生的煙花效果都離不開發(fā)光效應(yīng)。
利用煙花藥品劑燃燒后產(chǎn)生的發(fā)光效應(yīng)，在藥劑中如增加金屬粉（如鋁粉、鎂鋁合金粉等）在藥劑燃燒時即可生成固體和液體生成物，則離解出大量的光能和熱輻射，發(fā)光強(qiáng)度有數(shù)十萬國際燭光，溫度可達(dá)數(shù)千度。煙花藥劑就是利用這種發(fā)光效應(yīng)而起到照明作用的。再利用這種發(fā)光作用，可制造出大小不一和形狀不同的各種照明燈（彈）。
有的藥劑被點燃后除了能產(chǎn)生一定光色外，還能在光截體中噴出許多金黃色或鋼色，或是白色的亮星，把這種現(xiàn)象稱為“噴波”（或拉波）。這種現(xiàn)象的產(chǎn)生也是利用發(fā)光效應(yīng)。當(dāng)將硬木炭粉或鋁粉、鐵粉加入藥劑中，燃燒后有一些顆粒在光截體中沒有完全燃盡被噴出，這些被噴出的顆粒再遇見空氣中的氧，就會發(fā)生第二次燃燒反應(yīng)，從而產(chǎn)生不同顏色和一定亮度。硬木炭粉可產(chǎn)生金黃色小星；鐵粉可產(chǎn)生鋼蘭小星；鋁粉可產(chǎn)生白色小亮星，利用噴波的作用，即可制造出各種煙花形象，如可制成金黃色、白色、鋼蘭色的各種噴花；或能產(chǎn)生亂竄的蝌蚪游水般的零部件（稱為曲率）以及翻跟頭的部件（稱為繡球）等等。
有的藥劑被點燃后能強(qiáng)烈地燃燒產(chǎn)生一定亮變和光色，并產(chǎn)生一亮一熄的脈沖現(xiàn)象。這種效果我們稱為閃爍，也是利用發(fā)光效應(yīng)的一種。在藥劑中除了加入金屬粉外，還要加入易產(chǎn)生大量的固體和液體生成物的材料。這樣即可使藥劑燃燒后，由于有金屬粉存在則會產(chǎn)生較高的溫度和較大的亮度，當(dāng)固體和液體的殘渣覆蓋下一層等待燃燒的藥劑時，即會出現(xiàn)低溫輻射給人一種熄滅的感覺。當(dāng)下一層藥劑被點燃后，又會產(chǎn)生高溫和較大的亮度。緊接著又用固體和液體殘渣覆蓋再下一層的藥劑，以此推類，則會出現(xiàn)一亮一滅的現(xiàn)象。我們利用這種一亮一熄的脈動現(xiàn)象，可制造出有如雪花飄飄、紅星閃耀等煙花成品和各種零部件。
大型煙花和空中禮花產(chǎn)生煙花效果時，同觀眾的眼睛直線距離一般都不少于數(shù)十米，甚至數(shù)百米，如果它們產(chǎn)生的光色暗淡，則不會收到較好的效果。這就要求這二類煙花除了光色正確外，還要有一定的亮度。這也即是說除了要求獲得色純度比較高的火焰外，同時也要利用藥劑的發(fā)光效應(yīng)使火焰具有鮮艷的效果，要想獲得美麗鮮艷的火焰，也必須加入一定量的金屬粉。
二、焰色效應(yīng)
煙花藥劑燃燒時除了能發(fā)光外，還要產(chǎn)生不同顏色的火焰。火焰顏色是由于煙花藥品劑燃燒時，它的各組成成分間起了某種化學(xué)反應(yīng)生成了某些原子或分子，這些分子或原子以一定的頻率振動，在可見光譜范圍內(nèi)呈現(xiàn)一定波長的譜帶或譜線，從而使火焰著色成為有色火焰，這種現(xiàn)象稱為“焰色效應(yīng)”。
根據(jù)產(chǎn)生焰色效應(yīng)的原理，可以制成各種顏色的火焰，其辦法即是在煙花藥品劑中，加入一些能使藥劑燃燒時火焰能染成需要顏色的物質(zhì)。例如：紅色火焰是利用氯化鍶的分子輻射光譜；綠色火焰是利用氯化鋇、氧化鋇的分子輻射光譜；蘭色火焰是利用氯化銅分子輻射光譜。橙色和紫色火焰則是利用光譜色混合規(guī)律而創(chuàng)造出來的，用紅色光和黃色光可配成橙色光；用紅色光和蘭色光可配制成紫色光。采用這些燃燒后能產(chǎn)生有火焰的藥劑，可制成各種色彩鮮艷的發(fā)光體（如藥柱、藥球、藥粒），可制成一面旋轉(zhuǎn)一面噴花的轉(zhuǎn)花；可制成被點燃后連續(xù)射出各種色彩球的魔術(shù)棍；可制成在空中構(gòu)成非常鮮艷無比、變化無窮的各式各樣的花形圖案等等。
三、聲響效應(yīng)
某些煙花藥劑在某種容器中，被點燃后有的由燃燒轉(zhuǎn)為爆燃而發(fā)出閃光的雷聲；有的由于產(chǎn)生的氣體從噴孔中能發(fā)出悅耳的哨聲或笛聲；有的能產(chǎn)生類似鳥叫或嗡子聲音，我們管這種現(xiàn)象稱之為“聲響效應(yīng)”。
利用煙花藥劑燃燒時能產(chǎn)生聲響效應(yīng)，可制造和設(shè)計出許多種煙花零部件和成品。
如將黑火藥系列的藥劑裝在紙筒中，兩頭壓上泥塞的紙筒中，在藥劑上邊再扦上一根引線，引燃后會產(chǎn)生悅耳的哨子聲或笛子聲。
如將高氯酸鉀和鋁粉等混合后裝在紙筒中并封閉嚴(yán)實或用幾層紙條纏緊成包狀，用導(dǎo)火索點燃會產(chǎn)生爆炸聲和耀眼的閃光。
利用這些“聲響效應(yīng)”可制成如稱為筒雷、包雷、嗡子、小鳥、哨子、笛子等部件，再采用這些部件又可以配成許多種大小煙花和空中禮花，如：小火箭的“響彈”，大型煙花的“百鳥齊鳴”，空中禮花的“雷鳴花開”等等。
四、氣動效應(yīng)
某些藥劑燃燒后能產(chǎn)生大量的氣體，能使紙制品旋轉(zhuǎn)或升到空中，或連續(xù)噴出彩星，或連續(xù)射出煙花部件（如彩星、哨子等），或?qū)んw炸開，這些現(xiàn)象的產(chǎn)生，就是由某些煙花鞭炮藥劑燃燒后產(chǎn)生的氣動效應(yīng)造成的。利用煙花藥劑燃燒后能產(chǎn)生的“氣動效應(yīng)”在藥劑中加入能燃燒反應(yīng)劇烈和產(chǎn)生大量氣體及有一定燃燒速度的成分，可制成能產(chǎn)生不同煙花效果的噴花、射珠、旋轉(zhuǎn)、火箭、升空等類型的煙花，以及構(gòu)成各種花形圖案的空中禮花。
利用煙花藥劑燃燒時產(chǎn)生的氣體，由紙管孔中間向外噴射產(chǎn)生的反作用力，可使煙花圍繞一個軸心旋轉(zhuǎn)，并噴出彩色的火焰，可制成手持、懸吊、地面等類型的各種小型煙花，也可制成大型的懸掛煙花，可制成用于空中禮花的大小型旋轉(zhuǎn)的部件，并以它們?yōu)橹黧w可配制成如“鋼花四射”，“彩輪飛舞”等品種的禮花。
利用屬于黑火藥系列的藥劑作噴射藥，將它們和許多小藥?；旌暇鶆蜓b入紙管中，藥劑被點燃后會產(chǎn)生大量氣體，點燃藥粒將它們從紙管噴出?？膳渲瞥筛鞣N手持類、地面類小型煙花（如“春花怒放”、“鳳尾花”等）也可配制成各種大型地面煙花。利用小粒黑火藥或類似的粒狀藥作發(fā)射藥，在藥劑上邊再放上藥塊或曲率等部件。當(dāng)發(fā)射藥被點燃后會產(chǎn)生大量氣體，能將零部件引燃并拋到空中。有的連續(xù)射出單色或多色的彩星；有的一聲哨子叫并在空中開一朵小花。在大小煙花和空中均可采用，例如應(yīng)用在低空拋射式小型煙花中拋出煙火零部件和手持小型煙花的夜明珠中連續(xù)射出彩星。
利用黑火藥系列藥劑，壓裝在火箭紙管中，被點燃后會產(chǎn)生大量氣體由噴孔中噴出，受空氣摩擦產(chǎn)生聲響，并使火箭的發(fā)射載體飛到空中。在火箭載體上邊再裝上藥塊和噴射藥，會在空中呈現(xiàn)一朵小鮮花，如裝入一些小炮，會在空中產(chǎn)生炮竹數(shù)響。
利用燃燒速度比較快又能噴出小亮星（稱為“波”）的有光色的藥劑，裝在有噴孔的紙管中，被點燃后可噴出一定光色的火花和許多“波”，會在空中形成獨特美麗的圖案。應(yīng)用在制造煙花零部件中可設(shè)計成“波曲率”、“繡球”。并可應(yīng)用在大小型煙花和大型煙花“紅太陽”中的噴花管和小型煙花“金盤玉盞”。
煙花制品有時需要用某些類似猛炸藥的專用爆炸藥（如稻殼炸藥、谷糠炸藥、棉籽炸藥等）。這些類似猛爆藥性質(zhì)的專用炸藥管，被點燃后能產(chǎn)生大量氣體，會炸開制藥的外殼，并將在制藥中的零部件拋出或點燃，這也是利用煙花藥劑燃燒產(chǎn)生氣動效應(yīng)的一種現(xiàn)象，這種煙花的專用炸藥廣泛應(yīng)用在空中禮花中，也可用在大小型煙花中。
五、發(fā)煙效應(yīng)
煙花藥劑燃燒時能產(chǎn)生發(fā)光、焰色、聲響和氣動效應(yīng)外，還能產(chǎn)生發(fā)煙效應(yīng)。在含有氧化劑、可燃劑和有機(jī)染料的煙花藥劑中，由于燃燒時氧化劑和可燃劑反應(yīng)放出熱量，使有機(jī)染料直接升華成蒸氣，并在大氣中冷凝成為有色煙，這種現(xiàn)象我們稱為“發(fā)煙效應(yīng)”。
根據(jù)上述產(chǎn)生有色煙的原理，可制成各種顏色的煙云。加入酞青蘭可獲得蘭色煙；加入堿性嫩黃O可獲得黃色煙；加入煙霧紅可獲得紅色煙；加入槐黃和次甲蘭可獲得綠色煙。
為了獲得有色煙，在藥劑中只能應(yīng)用有機(jī)染料，不能使用金屬可燃物，否則會使染粉分解。
參考頂力魔拜的博客，經(jīng)化學(xué)加編輯補(bǔ)充。
官微 化學(xué)加 2016-2-3同時發(fā)出
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