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Silvester 2023
Das Geheimnis der Farben – Was steckt eigentlich im Feuerwerk?
Düsseldorf - 31.12.2023, 06:55 Uhr
In speziellen Feuerwerksbomben kommen sogar Senfkörner zum Einsatz. (c / Foto: Natalya Chumak / stock.adobe.com)
Auch wenn das Silvester-Feuerwerk in den letzten Jahren zunehmen in die Kritik geraten ist, können sich die meisten der Faszination doch nicht entziehen. Daher werfen wir einen Blick hinter die Chemie der bunten Farben am Himmel.
Ahh! Ohh! – das gehört zu einem Feuerwerk definitiv dazu. Genauso wie bunte Farben am nächtlichen Himmel, das Zischen der aufsteigenden Raketen, Rauch und der Knall, wenn die Feuerwerkskörper in der Luft explodieren und ihre bunte Farbmagie entfalten.
Etliche Millionen Euro geben die Menschen in normalen Jahre aus, um mit immer effektvolleren Feuerwerken den Jahreswechsel zu feiern – böse Geister hat man in der fernen Vergangenheit einmal damit abschrecken wollen.
Für in Chemie versierte Pharmazeuten und Gesundheitsberufler ist es zudem faszinierend, was eigentlich hinter den bunten Farben des Feuerwerks steckt – und vielleicht mag ja der ein oder andere ganz harmlos im Labor mal am Bunsenbrenner zumindest die Farbeffekte nachvollziehen (als Mini-Feuerwerksersatz sozusagen und ganz ohne Schwarzpulver). MIt viel Vorsicht natürlich. Dieser Text soll auch bitte nicht als Bauanleitung missverstanden werden.
Woraus besteht ein Feuerwerkssatz?
Was also macht ein Feuerwerk, einen pyrotechnischen Satz (wobei auch etwa Streichhölzer oder der Treibsatz in Airbags ein pyrotechnischer Satz sind), wie die Feuerwerker sagen, aus? Im Wesentlichen besteht ein solcher Satz aus drei Komponenten: Oxidationsmittel, Brennstoff und Hilfsmittel.
Schwarzpulver zum Beispiel, das in Feuerwerksraketen den Treibstoff – den „Treibsatz“ – bildet, um abzuheben, ist allein schon ein solcher pyrotechnischer Satz. Es besteht aus Salpeter, also Kaliumnitrat, als Oxidationsmittel, Holzkohle als Brennstoff und Schwefel als Katalysator und Brennstoff.
Oxidationsmittel wie Nitrate (NO3-), Chlorate (ClO3-), Perchlorate (ClO4-), Peroxide (O22-) oder Metalloxide sowie etliche weitere sorgen dafür, das ein pyrotechnischer Satz unabhängig vom Luftsauerstoff brennt – und auch, dass eine sehr heiße exotherme Reaktion entsteht, was beim Feuerwerk wichtig ist, um überhaupt Farben an den Himmel zu zaubern.
Brennstoffe sind zusammen mit den Oxidationsmitteln dann überhaupt die Basis für eine heiße Verbrennung. Verwendung findet dabei grundsätzlich alles, was brennt. Holzkohle, zum Beispiel, aber auch – wegen des zusätzlichen Chloratoms (das wichtig für eine intensive Farbe sein kann) – der Kunststoff PVC (Polyvinylchlorid) oder in speziellen Feuerwerksbomben auch etwa Senfkörner.
Zu den Hilfsmitteln gehören dann etwa Katalysatoren, Abbrennmoderatoren für besondere Effekte, Binde- und Klebemittel wie Harze und – die farbgebenden Substanzen.
Vielleicht die „Farbprobe“ mit dem Bunsenbrenner als Feuerwerksersatz im Labor?
Letztere sind grundsätzlich Metallsalze, die in der heißen exothermen Redoxreaktion ihre Farbpracht enthüllen. Im Feuerwerk sind die Metallsalze meist eingebettet in Schwarzpulver, was beim Abbrand die nötige Energie freisetzt, um die äußeren Elektronen der Metallatome auf ein höheres Energieniveau zu heben. Diese fallen nahezu sofort wieder auf ihr niedrigeres Energieniveau zurück und emittieren die überschüssige Energie in Form von Photonen einer der Energie äquivalenten spezifischen Wellenlänge. Diese Photonen werden als farbiges Leuchten wahrgenommen.
Diesen Effekt kann man mit einem Bunsenbrenner für die Energie, einem Spatel – und bitte mit Schutzausrüstung und im Abzug – im Labor nachvollziehen. Die Methode findet ansonsten analytisch ja schließlich auch als „Flammprobe“ Verwendung. (Sollte also jemand Fragen stellen, war das Mini-Feuerwerk natürlich eine chemische Analyse.)
Dunkelrot reagieren dabei Strontiumsalze, Calciumsalze bringen die Flamme zu einem orangen Leuchten, und Lithiumsalze sorgen für Karminrot.
Ein intensives Gelb lässt sich mit Natriumsalzen erzeugen.
Für Gelb-grün sind die Salze des Bariums verantwortlich, während Smaragdgrün durch einige Kupfersalze wie etwa Kupfersulfat erzeugt wird.
Andere Kupfersalze wie Kupferoxid bringen die Flamme zu einem azurblauen Leuchten.
Violett lässt sich mit Kaliumsalzen erreichen – oder auch mit einer Mischung aus Strontium und Kupfer. Überhaupt können alle Metallsalze für unterschiedliche Farben gemischt werden.
Für weiße und silberne Effekte im Feuerwerk sind Magnesium, Aluminium oder Titan verantwortlich – im Labor ist dabei Vorsicht angeraten, diese Metalle brennen äußerst heiß und unter Funkenbildung. Aluminium ist zum Beispiel Bestandteil auch von Thermit-Mischungen, die hohe Temperaturen erzeugen. Magnesium ist Bestandteil von Signalfackeln oder früher im Blitzpulver.
Goldene Farbeffekte im Feuerwerk erreicht man mit Eisen, Kohlenstoff oder Titan. Eisenwolle wäre da im Labor etwa ein Mittel.
Chlor etwa aus PVC oder anderen Chlorgebern intensiviert viele dieser Farbeffekte.
Im Feuerwerk gehört noch Schwarzpulver dazu
Im Feuerwerk zündet in der Regel zuerst der Treibsatz aus Schwarzpulver, der die Rakete, durch die nach unten gerichtete Verbrennungsgasentwicklung nach dem Rückstoßprinzip in die Höhe befördert. Mit Verzögerung explodiert dann die dichter gepackte Effekthülle, in der sich die farbgebenden Partikel oft gebunden an Brennstoffpartikel wie Senfkörner oder Rapssamen befinden. Die Partikel verteilen sich dann im einfachsten Fall kugelförmig und brennen dabei ab, was zu den bunten aufleuchtenden Sternen am Nachthimmel führt.
Die Flammfärbung funktioniert zwar auch mit reinen Metallen – deren Verwendung ist aber im Feuerwerk wegen der damit verbundenen möglichen Schwermetallbelastung der Umwelt (Strontium etwa, früher auch Blei) verboten. Im Feuerwerkssatz dürfen nur Metallsalze verwendet werden.
In den vielen Tausend Jahren seit in China durch Zufall erst das Schwarzpulver und dann das Feuerwerk entdeckt wurde, hat sich in der Feuerwerkstechnik viel getan. Das Grundprinzip des pyrotechnischen Satzes ist immer gleich – mit unterschiedlichen Aufbauten der Feuerwerkskörper lassen sich aber ganz verschiedenen Effekte erzielen. So gibt es die dicht gepackten explodierenden Knallkörper oder die schichtweise abbrennenden Heuleffekte, bei denen nur das Schwarzpulver für das Heulen sorgt.
Und mit immer raffinierteren Aufbauten der Feuerwerkskörper lassen sich dann heute auch besondere Bilder an den Himmel zaubern wie Blumen, Symbole oder Emojis. Übertroffen wird das nur noch vom Feuerwerk 2.0 mit vielen computergesteuerten und LED-beleuchteten Drohnen – aber das ist wieder eine ganz andere Technik.
Dieser Artikel wurde am 29.12.2023 aktualisiert.
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