Pháo hoa hay pháo bông là loại pháo sử dụng thuốc phóng, thuốc nổ và các phụ gia đặc biệt tạo nên quang cảnh hoành tráng, màu sắc của ánh sáng đa dạng, hình khối phong phú, sinh động nhằm quy tụ cộng đồng trong những sinh hoạt văn hóa có tính tập thể, như khai mạc bế mạc ngày lễ tết, chào mừng quốc khánh, đại hội thể thao các cấp.
Là loại pháo lễ hội có lịch sử lâu đời, pháo hoa rất thịnh hành trong dân gian các nước phương Đông đặc biệt là Trung Hoa từ thời cổ đại. Tuy nhiên, hiện nay pháo hoa đã trở nên phổ biến toàn cầu và được sản xuất chủ yếu tại các nhà máy công nghiệp.
Lịch sử
Khi thuốc nổ đen là hỗn hợp của nitrat kali (KNO3) (hay diêm tiêu), than củi và lưu huỳnh được các đạo sĩ phát hiện tại Trung Quốc cổ đại, những loại pháo trúc sử dụng ống trúc bịt kín để đốt trong đám lửa cháy, gây tiếng nổ phá và bắn tung các tàn lửa đã được người Trung Hoa sử dụng từ rất lâu đời. Những quả “pháo hoa” đầu tiên (có lẽ mang tên “pháo thăng thiên”), rất khác xa với pháo hoa được nhân loại hình dung hiện nay, rất có thể đã được sáng chế từ thế kỷ thứ 2 trước Công Nguyên tại Trung Quốc cổ đại[1], phục vụ những nghi thức trừ tà trong các lễ hội tôn giáo. Từ mục đích hoà bình, dần dần pháo chuyển sang phục vụ cho chiến tranh khi những quả pháo thăng thiên thô sơ thời Trung cổ, nhồi thuốc súng trong các đoạn ống tre và sử dụng ngòi nổ thủ công để kích nổ, được chế tạo mang theo chất dễ cháy nhằm đốt doanh trại đối phương. Quá trình cải tiến pháo dần dần theo thời gian với việc bổ sung thuốc súng cho phép pháo phá hủy mục tiêu quân sự. Thêm vào đó, với việc phát hiện ra các chất phụ gia khi kết hợp với thuốc súng sẽ cho màu sắc khác nhau, như mạt sắt hoặc đồng, kẽm, khi đốt tạo ra nhiều màu như da cam, vàng, trắng, pháo hoa còn được ứng dụng để làm các loại pháo hiệu.
Đến thế kỷ 18, các nhà hóa học trên thế giới đã tiến một bước dài hơn khi sử dụng các hợp chất mà họ phát hiện để đưa vào thuốc súng theo tỷ lệ chính xác nhằm kiểm soát sắc độ của ánh sáng khi đốt cháy nguyên liệu. Nhờ đó các loại pháo hoa với những sắc màu rực rỡ như đỏ, xanh lá cây, xanh nước biển và tím được sản xuất. Từ đó cho đến những năm 1980, màu sắc pháo hoa hầu như không thay đổi, ngoại trừ có vài cải tiến nhỏ về công thức điều chế.
Đặc điểm
Đặc điểm chung
Pháo hoa, bên cạnh những đặc điểm chung tương đồng với một số loại pháo lễ hội khác về hiệu ứng khi được kích hoạt (tiếng nổ, ánh lửa v.v.) lại bao hàm trong nó những đặc trưng khu biệt nhằm tạo nên quang cảnh hoành tráng và rực rỡ: pháo thường được phóng lên cao do đó phải sử dụng thuốc phóng và bộ phận (hoặc dụng cụ) phóng. Pháo được thiết kế để khi nổ tạo nên những hiệu ứng về hình khối (hình tròn, hình trái tim, hình sao chổi, hình núi lửa phun v.v.) và đặc biệt, pháo hoa sử dụng rất nhiều phụ gia khác nhau kết hợp với thuốc nổ để tạo màu cho ánh sáng (màu đỏ, màu vàng, màu xanh, màu tím v.v.).
Cấu tạo
Cấu tạo pháo hoa thông thường luôn bao gồm hai thành phần chính:
1.Bộ phận phóng: có thể là bộ phận tách rời như nòng súng, nòng pháo, cũng có thể là một phần thân chứa thuốc phóng của chính quả pháo. Bộ phận phóng thực hiện chức năng phóng phần phát nổ của quả pháo hoa lên không trung.
2.Bộ phận phát nổ: bao gồm trong nó thuốc nổ, hạt hóa chất tạo màu, các quả pháo con v.v.
Phụ gia tạo màu
Màu sắc sống động, rực rỡ mà pháo hoa tạo ra là kết quả của sự kết hợp giữa nhiều loại hoá chất với nhau. Magiê và nhôm đốt cháy tạo ra ánh sáng trắng, muối natri tạo ra màu vàng, stroni nitrat hoặc cacbonat tạo ra màu đỏ và bari nitơrat tạo ra màu xanh lá cây. Muối đồng tạo ra màu xanh nước biển và mỗi dạng carbonnat lại tạo ra những màu sắc khác nhau. Các hóa chất có ưu, nhược điểm nhất định trong việc tạo màu ánh sáng: khả năng tạo màu rất đẹp có thể lại không đi kèm với đặc tính bền vững, khiến màu sắc chỉ tồn tại rất ngắn trong ngọn lửa nóng, hoặc lóe sáng mạnh lấn át màu của pháo hoa, hoặc dễ phát nổ gây nguy hiểm. Sự điều chỉnh sắc độ màu, thời gian cháy, do đó, thường đòi hỏi nhiều nghiên cứu công phu thường được thực hiện tại các quốc gia có truyền thống chế tạo pháo hoa như Trung Quốc, Nhật Bản, Australia v.v.
Nguyên lý kích hoạt
Pháo hoa được kích hoạt bằng cách châm lửa vào ngòi pháo tuy hiện nay nhiều nơi đã sử dụng điện để kích hoạt pháo nổ. Tùy loại pháo hoa sẽ có những nguyên lý phát nổ riêng. Dưới đây là nguyên lý cơ bản của một loại pháo hoa chùm:
Kích hoạt pháo hoa bằng lửa châm vào ngòi, khi pháo bắn lên trời ngòi nổ tiếp tục kích nổ những ngôi sao nhỏ li ti, thực chất là phần đầu tiên của quả pháo. Sau khi được kích nổ, những ngôi sao nhỏ bắt đầu tách khỏi pháo hoa và bắn ra nhiều hướng khác nhau một cách đẹp mắt[2].
Quá trình thứ hai của pháo hoa vẫn tiếp tục vì ngòi nổ vẫn chưa tắt hoàn toàn. Ngòi sau đótiếp tục kích nổ phần còn lại của pháo và tiếp tục tạo ra những chùm sao nhỏ li ti. Những chùm sao ở quá trình thứ hai tiếp tục bắn ra nhiều hướng khác nhau và các chùm sao sẽ nổ tung và tạo thành những hình ảnh nhiều màu sắc rực rỡ trên bầu trời.
Bí ẩn của pháo hoa
Cách đây hơn 1000 năm, người Trung Hoa đã phát hiện ra rằng hỗn hợp lưu huỳnh, bột than và kali nitrat khi đốt sẽ loé sáng mạnh và cháy rất nhanh. Hỗn hợp này về sau được gọi là thuốc nổ đen và đã trở thành bí quyết của người Trung Hoa trong nhiều thế kỷ, được họ sử dụng trong các nghi lễ trừ tà hoặc làm pháo hiệu trong chiến tranh. Đến đầu thế kỷ 12, loại thuốc súng này mới thâm nhập vào châu Âu. Vào thời Trung Cổ, người ta sử dụng thuốc súng trộn với mạt sắt hoặc đồng, kẽm… khi đốt tạo ra nhiều màu như da cam, vàng, trắng…
Đến thế kỷ 18, các nhà hóa học bắt đầu sử dụng các hợp chất mà họ vừa mới phát hiện để đưa vào thuốc súng theo tỷ lệ chính xác. Nhờ đó họ điều chế các loại pháo hoa mà khi đốt có các màu đỏ, xanh lá cây, xanh nước biển và tím, đó là những màu quen thuộc mà chúng ta nhìn thấy khi pháo hoa bắn trên bầu trời đêm. Từ đó cho đến những năm 1980, màu sắc pháo hoa hầu như không thay đổi, ngoại trừ có vài cải tiến nhỏ về công thức điều chế.
Nhưng trong hai thập niên qua, màu pháo hoa đã ngày càng trở nên rực rỡ hơn. Ngay cả màu xanh nước biển là thứ màu khó tạo ra nhất ở pháo hoa thì cũng đã được cải tiến từ xanh nhạt thành màu xanh nước biển thực sự.
Ngày xưa, màu da cam của pháo hoa được tạo ra chủ yếu bởi bức xạ phát ra từ các hạt màu đen hoặc sẫm khi bị đốt nóng. Còn ở các loại pháo hoa hiện đại, màu xanh lá cây và màu đỏ rực rỡ là kết quả của sự phát quang phổ các phân tử khí khi bị kích thích. Một vài clorua kim loại có khả năng phát quang mạnh trong các dải sóng ánh sáng nhìn thấy được, vì vậy chúng là cơ sở của hầu hết các loại màu sắc trong pháo hoa hiện đại. Ví dụ, khi cháy BaCl2 phát ra ánh sáng màu xanh lá cây, CuCl2 phát ra ánh sáng màu xanh nước biển, SrCl2 phát ra ánh sáng đỏ.
Nhưng có một vấn đề là các hợp chất này có tính hút ẩm mạnh, vì vậy chúng làm hỗn hợp pháo hoa bị ẩm, khó cháy và dễ bị phân hủy. Giải pháp cho vấn đề này là cho kim loại và clo cùng bay hơi và kết hợp với nhau trong quá trình cháy của pháo hoa, khi đó năng lượng giải phóng từ quá trình cháy sẽ kích thích các điện tử trong phân tử, khiến chúng phát ra những ánh sáng với các màu sắc khác nhau.
Thông thường, ngoài nhiên liệu và chất oxy hóa, hỗn hợp pháo hoa còn gồm một hợp chất có chứa kim loại và một hợp chất có khả năng giải phóng clo. Hỗn hợp này được làm ẩm để kết dính lại, sau đó được cắt thành những mẩu nhỏ. Khi pháo hoa được bắn lên, chính những mẩu này bắn tung ra và tạo thành những điểm lóe sáng rực rỡ màu sắc.
Thời kỳ đầu, pháo hoa được làm từ hỗn hợp nhiên liệu và KClO3, KClO3 vừa có tác dụng như chất oxy hóa, vừa là chất cung cấp clo. Nhưng không may là khi tiếp xúc với lưu huỳnh, bột kim loại, muối amoni hoặc khi bị ẩm thì KClO3 có xu hướng tạo thành các hợp chất nhạy cảm với tác động ma sát, vì vậy có thể gây ra những vụ nổ chết người. Do đó, về sau ít khi người ta sử dụng KClO3 làm pháo hoa. Ngày nay, thành phần chính tạo ra các điểm lóe sáng nhiều màu sắc của pháo hoa là kali peclorat (KCIO4), một chất khó bốc cháy hơn.
Ngoài KClO3 là một chất rất nguy hiểm, các nhà sản xuất pháo hoa còn sử dụng một số chất có độc tính rất cao để làm pháo hoa. Đó là đồng axetoasenit, thủy ngân clorua, asen sunfua.
Bari clorat là một hợp chất trong đó có cả kim loại, chất cung cấp clo và chất oxy hóa. Nó có khả năng tạo ra màu xanh lá cây sẫm rất đẹp mà các chất khác gần như không thể sánh nổi. Tuy nhiên, hợp chất này cũng không bền như các hợp chất clorat khác. Vì vậy, ngày nay các nhà sản xuất pháo hoa sử dụng chủ yếu các hợp chất như bari nitrat, stronti cacbonat hoặc nitrat, natri oxalat, đồng, cacbonat.
Việc tạo ra màu xanh nước biển luôn là một thách thức đặc biệt đối với các nhà sản xuất pháo hoa, vì chất tạo ra màu này là CuCl2 chỉ tồn tại rất ngắn trong ngọn lửa nóng. Nhưng trong thời gian qua, công nghệ sản xuất pháo hoa đã tiến một bước lớn nhờ sử dụng hợp kim magiê – nhôm. Với hợp kim này, người ta có thể sản xuất pháo hoa với các màu xanh lá cây, đỏ, vàng và cả những màu tím, xanh nước biển khá đẹp. Bản thân hợp kim magiê – nhôm tạo cho pháo hoa có màu bạc và lấp lánh, đồng thời chúng có tác dụng như nhiên liệu đốt pháo. Nhiên liệu kim loại khi bị đốt sẽ tỏa ra nhiệt lượng rất lớn, vì vậy có thể tăng thêm cường độ màu của pháo hoa. Nói chung các hạt kim loại khi cháy thường lóe sáng rất mạnh, làm át đi màu của pháo hoa, riêng hợp kim magiê nhôm làm cho ngọn lửa pháo hoa cháy nóng mà không át đi màu của pháo hoa. Nguyên nhân có thể là do hợp kim này tạo ra một dạng hơi trong pha khí, vì vậy nó không lóe sáng quá mạnh.
Hoahocngaynay.com
Nguồn: Wikipedia
