7.ปฏิกิริยาในดอกไม้ไฟ

 ( ภาพที่ 1  ภาพการเกิดดอกไม้ไฟ )

ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นกับดอกไม้ไฟที่สวยงาม เป็นการระเบิดของสารเคมี ทำให้เห็นสีสันที่สวยงาม เป็นปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว รุนแรงและเป็นอันตราย เพราะมีการคายพลังงานออกมา แสงสีที่เกิดขึ้นจากดอกไม้ไฟนับเป็นหัวใจสำคัญที่ดึงดูดความสนใจให้ทุกสายตาต้องจับจ้องมาที่การแสดงนี้กระบวนการเกิดแสงสีที่เกิดขึ้นเกิดมาจากปรากฏการณ์ทางวิทยาศาสตร์ในเรื่อง ของ Atomic emission spectroscopy หรือการปลดปล่อยแสงจากอะตอม ซึ่งมีกลไกการเกิดขึ้นดังนี้

 ( ภาพที่ 2  ภาพการเกิดปฏิกิริยาดอกไม้ไฟ )

   

        เมื่ออะตอมได้รับพลังงานในรูปของความร้อน อิเล็กจะถูกกระตุ้นจากสภาวะพื้น (ground state) ขึ้นไปสู่สภาวะเร้า(excited state)ซึ่งมีระดับพลังงานสูงกว่า อะตอมจะไม่คงสภาพอยู่ในระดับนี้เนื่องจากมีพลังงานสูงเกินไปจึงลดระดับ พลังงานของอิเล็กตรอนมาสู่ระดับพลังงานที่ต่ำกว่า ในขณะเดียวกันพลังงานส่วนต่างที่เกิดจากการลดระดับพลังงานจะถูกปลดปล่อยออกมาในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าตามสมการ  E=hc/Λ
E คือพลังงานส่วนต่างของระดับพลังงาน
h คือค่าคงที่ของแพลงค์
c คือความเร็วของแสง
Λ คือความยาวคลื่นของรังสีที่ปลดปล่อยออกมาเป็นสีต่างๆ 
พลังงานที่ปลดปล่อยออกมาจากการ เปลี่ยนสถานะของอิเล็กตรอนในอะตอมจะเป็นค่าเฉพาะของธาตุแต่ละชนิด 
ดังนั้นสีที่ปรากฏในดอกไม้ไฟสีต่างๆ จึงเกิดจากการปลดปล่อยแสงจากอะตอมของธาตุต่างชนิดกัน เช่น 
1.)สีแดงจากสตรอนเชียม(Sr) และลิเธียม(Li)
2.)สีส้มจากแคลเซียม(Ca)
3.)สีเหลืองจากโซเดียม(Na)
4.)สีเขียวจากแบเรียม(Ba)
5.)สีฟ้าจากทองแดง(Cu)
6.)สีม่วง จาก สตรอนเชียมผสมกับทองแดง

ในการเลือกใช้ธาตุชนิดต่างๆ เป็นตัวกำเนิดสีในดอกไม้ไฟนิยมใช้เกลือคลอไรด์ของธาตุชนิดนั้นๆ เช่น แคลเซียมคลอไรด์ (CaCl2) และแบเรียมคลอไรด์ (BaCl2) เนื่องจากอะตอมของคลอรีนมีส่วนช่วยในการเพิ่มความเข้มให้กับสีที่ได้จากอะตอมของโลหะ  นอกจากการเลือกใช้สารเคมีในการสร้างสีสันให้กับดอกไม้ไฟแล้ว การออกแบบส่วนประกอบของดอกไม้ไฟถือเป็นสิ่งสำคัญอีกประการหนึ่งที่จะทำให้ ดอกไม้ไฟที่จุดขึ้นสู่ท้องฟ้ามีรูปแบบตามที่ต้องการไม่เช่นนั้น การให้ความร้อนกับสารเคมีที่กล่าวไปข้างต้นก็คงไม่ต่างอะไรไปจากการจุดระเบิดที่มีสีเท่านั้น ส่วนประกอบของดอกไม้ไฟประกอบด้วย 4 ส่วนหลัก คือ ภาชนะบรรจุ, เม็ดดาว, เชื้อปะทุระเบิด และ ชนวน ภาชนะบรรจุจะแบ่งออกเป็นสองส่วน ย่อย คือ ส่วนของฐาน (lift charge) ที่ทำหน้าที่นำดอกไม้ไฟขึ้นสู่ท้องฟ้าก่อนการจุดระเบิด และส่วนของตัวดอกไม้ไฟที่มีชนวนหน่วงเวลา (time fuse) ที่ทำหน้าที่ควบคุมการระเบิดที่ระดับความสูงตามต้องการ

    

( ภาพที่ 3 ภาพการเกิดดอกไม้ไฟ )

เมื่อชนวนบริเวณฐานถูกจุดขึ้น

(ขั้นตอนที่ 1) ตัวของดอกไม้ไฟจะพุ่งทะยานขึ้นสู่ท้องฟ้าในขณะเดียวกันชนวนหน่วงเวลาจะถูก จุดขึ้นระหว่างนั้น 
ความยาวของชนวนหน่วงเวลา จะเป็นตัวกำหนดระดับความสูงของการระเบิด
(ขั้นตอนที่ 2) เมื่อชนวนหน่วงเวลาถูกเผาไหม้จนหมดจะทำให้เกิดการระเบิดของเชื้อปะทุ ระเบิด (burst charge) ที่บรรจุอยู่ภายในตัว
ดอกไม้ไฟ ส่งผลให้เม็ดดาว (stars) ที่ถูกเรียงตามรูปแบบที่ต้องการเกิดการระเบิดขึ้นอีกต่อหนึ่ง
(ขั้นตอนที่ 3)ภายในเม็ดดาว หรือ stars จะประกอบไปด้วยเชื้อเพลิงและสารเคมีชนิดต่างๆ ที่รอทำปฏิกิริยาภายหลังการระเบิด
เมื่อเชื้อเพลิงภายในเม็ดดาวลุกติดไฟจะมี การถ่ายเทอิเล็กตรอนไปยังตัวออกซิไดซ์ (oxidizer)
ซึ่งเป็นสารประกอบเปอร์คลอเรท และเกิดแก๊สออกซิเจน เป็นผลิตภัณฑ์

ออกซิเจน ที่เกิดขึ้นจะทำหน้าที่ในการออกซิไดซ์ซัลเฟอร์และคาร์บอนในเม็ดดาวเพื่อให้ เกิดแก๊สซัลเฟอร์ไดออกไซด์และคาร์บอนไดออกไซด์อุณหภูมิสูงออกมา 

 ความร้อนที่เกิดขึ้นจากแก๊สทั้งสองชนิดนี้จะทำให้สารเคมีที่หน้าหน้าที่เป็นตัวเกิดสีปลดปล่อยแสงออกมา เกิดเป็นดอกไม้ไฟที่มีสีสันและรูปแบบตามต้องการ นั่นเอง

แม้ว่าการจุดดอกไม้ไฟในแต่ละครั้งจะ เกิดขึ้นในช่วงระยะเวลาชั่วพริบตา แต่กลไกและปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นภายในนั้นต้องผ่านการคิดค้นและพัฒนามา เป็นระยะเวลาอันยาวนานจนทำให้ดอกไม้ไฟบางลูกมีราคาถึงหลักล้านเลยทีเดียว