Die Grundlagen der Pyrotechnik

Bunte Feuerwerksraketen am Abendhimmel.
Quelle: siehe unten.

Die Pyrotechnik begegnet uns auf Jahrmärkten, Festen oder natürlich an Sylvester. Wir sehen Explosionen in allen Farben und Formen, laute Knaller und jede Menge bunter Raketen.

Ich beschäftige mich heute mit den Grundlagen der Pyrotechnik, also wie die Knallkörper funktionieren. Der Hauptfokus liegt heute auf den entstehenden Farben.

Die Funktionsweise

Feuerwerkskörper bestehen grundsätzlich aus mehreren Teilen:
• Der Satz. So bezeichnet man das Gemisch der Chemikalien, die die eigentlichen Effekte wie Farben, Pfeifen, oder Rauchen auslösen.

• Die Verdämmung. Man legt mehrere Schichten aus Pappe oder Metall um den Knallkörper, um den Druck zu erhöhen. Durch diesen Druck kommt es z.B. in den kleinen China-Knallern erst zur eigentlichen Explosion. Ohne Verdämmung würden einige pyrotechnische Sätze nur abbrenennen statt zu detonieren. 

• Der Zünder. Meistens wird eine einfache Zündschnur verwendet, um das Feuerwerk auszulösen. Für professionelles Feuerwerk oder Sprengungen werden dagegen meist Elektrozünder oder Explosivstoffe, die die eigentliche Detonation auslösen, verwendet.

Der Zünder entfacht den Satz, der durch die Dämmung detoniert oder einfach in bunten Farben abbrennt. Das Zusammenspielen dieser drei Bestandteile wird in Bildern von feuerwerk.net erklärt.

Oxidations- und Reduktionsmittel

Um einen pyrotechnischen Satz herzustellen, der bestimmte Farben in einem Feierwerk erzeugt, werden ein Oxidationsmittel und ein Brennstoff als Reduktionsmittel vermischt. Dazu kommt dann ein Gemisch, das den eigentlichen Effekt verursacht.

Nitrate NO₃^- und Chlorate ClO₃^- sind beliebte Beispiele für Oxidationsmittel, doch da Chlorate wie Kaliumchlorat sehr instabil sind, werden heute dafür hauptsächlich Perchlorate ClO₄^- verwendet. (Quelle, Abschnitt Kaliumchlorat). Das beliebteste Reduktionsmittel für Knallkörper ist Schwarzpulver.

Wie die Farben entstehen

• Rot: Strontium-, Calcium- und Lithiumverbindungen lassen den Satz rot leuchten. Zum Beispiel ist Calciumcarbonat CaCO₃ orangerot oder Strontiumnitrat Sr(NO₃)₂ intensiv rot.

• Gelb: Natrium wird hier verwendet. Als Beispiel dient Natriumhydrogencarbonat NaHCO₃.

• Grün: Bariumverbindungen, reines Tellur, Thallium oder Zink lassen grüne Effekte entstehen. Bariumcarbonat BaCO₃ dient neben der grünen Farbe außerdem zur Stabilisierung des Gemischs, falls doch Chlorate im Satz verwendet werden.

• Blau: Cobalt, Selen und Kupferverbindungen wie Kupferchlorid CuCl₂ ergeben blaue Farbeffekte.

• Weiß: Aluminium, Magnesium und Titan werden hierfür verwendet. Magnesium und Aluminium sind sehr intensiv weiß, wogegen Titan nur ein silber-bläulichen Effekt hervorruft.

Eine komplette Liste mit den in Feuerwerk verwendeten Chemikalien gibt es auf feuerwerk.net unter dem Abschnitt "Chemiekalien."

Bild: David Hepworth, Fireworks, CC 2.0