Почему пламя бывает разных цветов?
От чего зависит цвет огня? Мы привыкли, что обычное пламя бывает желто-оранжевых цветов. Но иногда можно наблюдать ярко-голубое или зеленое пламя, а то и переливы разных цветов. От чего же зависит эта удивительная цветовая гамма огня?
Цвет пламени определяется температурой горения и химическим составом вещества, которое сгорает. Разные химические элементы при нагревании испускают световые волны своего характерного цвета.
Так, обычное пламя, в котором сгорают сложные органические соединения дерева или углеводородного топлива, имеет оранжево-желтые тона. Они обусловлены излучением раскаленных частиц сажи.
А вот металлы в чистом виде или в составе солей окрашивают пламя в различные цвета в зависимости от температуры их испарения и горения. Это связано с особенностями атомной структуры химических элементов.
Так появляются разноцветные огни бенгальских свечей, фейерверков, пиротехники. Рассмотрим подробнее причины возникновения этих удивительных цветных пламен.
Как металлы окрашивают пламя
Итак, что же происходит при сгорании металлов и их солей, окрашивающих пламя в разные цвета? Все дело в особенностях электронного строения атомов.
В нагретом до высокой температуры пламени атомы металлов переходят в возбужденное состояние. Их внешние электроны поднимаются на более высокие энергетические орбитали. Но это нестабильное состояние, и через некоторое время электроны спускаются обратно, испуская квант света определенной длины волны.
А длина волны как раз и соответствует тому или иному цвету спектра. Например, ионы стронция дают алый свет, бария – зеленый, меди – голубой. В зависимости от металла получаются различные цвета пламени.
Как добавки меняют цвета огня
Чтобы получить нужный цвет пламени, в огонь вводят соли определенных металлов. Их атомы, попадая в пламя, окрашивают его характерным для этого элемента цветом.
Например, хлорид натрия или поваренная соль окрашивает пламя в желтый цвет – это излучение натрия. А распыленный в огне медный купорос придает ему ярко-голубой оттенок благодаря меди.
Для получения зеленого пламени используют соединения бария, красного – стронция. Добавка лития или кальция дает красно-пурпурные тона. А спектральные лампы уличного освещения наполняют парами натрия или ртути.
Так, вводя различные химические вещества в огонь, можно получать пламя практически любых цветов радуги. На этом основано изготовление бенгальских огней и других пиротехнических изделий со сложными цветными эффектами.
Условия, влияющие на цвет пламени
Кроме химического состава горящих веществ, на оттенок пламени влияет также температура реакции. Она определяет степень возбуждения атомов и длину испускаемых ими световых волн.
Чем выше температура, тем ярче пламя и тем больше смещается максимум излучения в коротковолновую фиолетово-синюю область спектра. Вот почему газовое пламя, горящее при высоких температурах, обычно имеет голубой цвет.
Углеводородное же пламя, например свечи, относительно холодное — до 1400°C. Оно излучает преимущественно длинноволновый оранжево-красный свет за счет раскаленных микрочастиц сажи.
Однако и в нем различные примеси могут вносить свои цветовые оттенки – зеленый, синий, фиолетовый. Это зависит от химического состава горючих веществ.
Таким образом, удивительное многоцветие огня обусловлено особенностями испускания света возбужденными атомами химических элементов в пламени. Используя эти закономерности, ученые научились управлять красочностью горения и создавать различные цветные огни.
Химия пиротехнических огней
Как же химики учитывают все эти особенности горения при создании зрелищных огней для фейерверков, бенгальских свечей и других пиротехнических изделий?
Готовые пиротехнические составы представляют собой смесь окислителя (нитраты, хлораты, перхлораты), горючего (металлы, сера, углерод), связующих (клеи, смолы) и красящих добавок.
В качестве красителей пламени вводятся соли металлов, о которых мы говорили ранее: хлориды и нитраты бария для зеленого цвета, стронция — для красного, меди — для голубого и зеленого, кальция — для оранжевого, натрия — для желтого.
Их очень малое количество в составе пиротехнической шашки позволяет получать ярчайшие цветные вспышки во время горения. Огневые краски можно смешивать для получения промежуточных оттенков пламени.
Кроме того, важную роль играет процесс горения: скорость реакции, максимальные температуры, время их достижения. Все эти параметры тщательно подбираются при разработке того или иного цветного огня.
Благодаря химии сегодня можно создавать удивительные по красоте пиротехнические шоу. А ведь это лишь практическое применение поистине волшебных природных свойств наших химических элементов излучать каждый свой неповторимый цвет!
Уникальная радужная гамма огня
Итак, мы выяснили, что цветовую палитру огня создают химические элементы со своим уникальным спектром испускания. Получается поистине радужное многоцветье!
Красный цвет пламени дают соединения стронция, кальция, лития. Оранжевый и желтый обеспечивает натрий. Зеленым и изумрудным оттенками могут светиться медь и барий.
Синим и фиолетовым пламенем способны гореть соли цезия, рубидия. А вот ртуть и таллий окрашивают огонь в голубовато-белесые тона.
В зависимости от условий один и тот же металл излучает в разных зонах пламени разные длины волн и соответствующие цвета. Так возникает переливчатая радужная гамма огня!
Искусные мастера огненных шоу умело используют эти удивительные свойства химических элементов. В результате мы можем любоваться фантастическим зрелищем многоцветного пламени. Это волшебное действо, подвластное человеку благодаря познанию тайн природы!
