طراطيع العيد (2) : كيف تعمل الألعاب النارية ؟

2012 , 31 تشرين الأول بواسطة د.سمر الوسوم: , , , , , , , في أقسام: ساعة مع الكيمياء, كيف تعمل الأشياء | 7 من التعليقات »

بسم الله الرحمن الرحيم

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته ،، وكل عام وأنتم بخير :-D

هذه المرة بمناسبة عيد الأضحى..هل استمتعتم به جيدا ؟

ما رأيكم  أن نتوج الاستمتاع بالاحتفال بالألعاب النارية أيضا ؟ كما استخدمناها واحتفلنا بها في عيد الفطر ( طراطيع العيد 1)

اليوم سنكتشف أسرار عمل الطراطيع ..استعدوا 8-)

.

.

تحذير : هذا الموضوع كيميائي جدا  ! يحتوي على لهب ومواد سامة !

ويمنع الاقتراب إلا لمن يعترف بفضل الكيمياء على عالمنا!

.

.

.

.

في البداية لنراجع سوية اقتباس من الموضوع السابق سيساعدنا في انطلاقة حديثنا اليوم :

“الألعاب النارية تعتمد على أربع عناصر : الأصوات والألوان والدخان والقطع الطائرة .

وتنقسم  إلى قسمين ثابتة في الأرض أو هوائية ترتفع في السماء “

في هذا الموضوع سنعرف كيف تحدث هذه العناصر الأربعة ؟

كيف نحصل على الألوان الزاهية ؟

والاشكال المختلفة ؟

والأصوات المزعجة ؟

.

.

يعتمد كل ماتنتجه لنا الألعاب النارية على حدوث عملية بسيطة وهي ” الاحتراق

وهو تفاعل كيميائي بسيط جدا كما تعرفه ويكبيديا تفاعل كيميائي بين مادتين ينتج عنه حرارة وانبعاث ويصحبه لهب . المادتين يجب أن تكون أكسجين مع مادة أخرى قابلة للاشتعال يمكن أن نسميها  وقود ويمكن أن تكون خشب أو ورق أو فحم مثلا . ولا تبدأ عملية الاحتراق إلا برفع درجة الحرارة عاليا لتصل لدرجة الاشتعال .

وهنا نذكركم بمثلث الاحتراق :

ولكن الاحتراق في الألعاب النارية  احترافي ملون وبأشكال جميلة . فهو لذلك يحتاج إلى عوامل الاحتراق الاعتيادية بالإضافة لعناصر أخرى

مع الملاحظة أن الحرارة العالية التي يحتاجها الاحتراق ليبدأ في حالة الالعاب النارية ستكون خارجية ، فأنت ستستخدم عود الكبريت أو ولاعتك لتشعلل الدنيا ;-)

.

.

يحتوي أي شكل من أشكال الألعاب النارية مهما كان صغيرا أو مختلفا على عناصر ستة ..بعض أشكال الطراطيع تحتاج هذه العناصر الستة جميعها لتنتج التأثير المطلوب منها وبعضها ستعتمد على العناصر الأساسية من الستة ( مثلا تكتفي بثلاثة عناصر تكون كافية لحصول الاحتراق ) وبشكل أو بآخر ستكون هذه العناصر هي البارود الذي تحدثنا عنه في الجزء السابق من الموضوع

وهذه العناصر هي :

.

..

.

1- الوقود ( fuel) : وهو الفحم  أنت تعرف الآن أهميته فهو ضروري لحدوث الاحتراق .

2- عامل مؤكسد ( oxidising agent) : وهو مصدر للأكسجين حيث أنه داخل اللعبة النارية لا يوجد هواء لنستخدم الأكسجين الموجود به . ويكون الأكسجين في البداية مرتبط في مركب مع ذرات أخرى مثلا في عامل الأكسدة الشهير ( نيترات البوتاسيوم الملح الصخري ) (KNO3  ) وحتى يتم الاحتراق نحتاج أكسجين لوحده ( O2)

.

وما يحدث  بينهما ببساطة أن الوقود يتبرع بإلكترون من عنده للعامل المؤكسد الذي يأخذ الالكترون ويقدمه للأكسجينة داخله فتتحرر ويصبح لدينا جزيئات أكسجين حرة (O2 ) ليتم الاحتراق ويستمر .

3-  عامل اختزال (reducing agent ) : الكبريت غالبا  أو الكربون . وهذا العامل يتفاعل مع الأكسجينات التي تم إطلاقها بواسطة العامل المؤكسد وينتج غازات ساخنة، هذه الغازات لو كانت اللعبة النارية مغلقة من كل الجهات ستضغط عليها وتفجرها ( كما كان يحدث مع عود الخيزران ) أو لو كانت اللعبة مفتوحة من الأسفل ستجعلها الغازات ترتفع وتطير كما أن الغازات في حد ذاتها قد تكون جزء من العرض .

.

في حال كان عامل الاختزال هو الكبريت سينتج لدينا ثاني أكسيد الكبريت المشهور برائحته التي تشبه البيض الفاسد ..هل شممتها تنطلق من الألعاب النارية ؟ أنت الآن تعرف السبب

أما إن كان عامل الاختزال هو الكربون فسيعطينا غاز ثاني أكسيد الكربون

.

.

لاتسوا أن  : الفحم (الوقود) + نيترات البوتاسيوم  الملح الصخري ( عامل الأكسدة ) + الكبريت ( عامل الاختزال ) = البارود :-P

.

.

والثلاثة العوامل بالأعلى أساسية لايوجد لعبة نارية بدونها والبقية هي:

4- عامل منظم (regulator ) : وهو عبارة عن أحد المعادن التي تضاف للخليط لتنظم سرعة حدوث التفاعل الكيميائي ( الاحتراق)

أي أنه بدونه يمكن أن تتم العملية ولكن بوجوده نستطيع أن نتحكم متى تتم .

وبدلا من أن يحدث الاحتراق واللعبة النارية في يدك ..ينتظر التفاعل حتى تبتعد عنها !

5- عامل ملون (coloring agent )  : سنتحدث عنه بعد قليل بالتفصيل

6- مواد رابطة (binder ) : وهي مواد تضاف لتضمن بقاء جميع المواد الأخرى مختلطة مع بعضها كالمعجون . وأشهر مادة رابطة مستخدمة هي ” الاكسترين ” نوع من النشا.

.

.

.

كيف نحصل على ألوان مختلفة من الألعاب النارية ؟

قبل القرن التاسع عشر كان اللون  الوحيد الذي نراه في الألعاب النارية الأصفر والبرتقالي،  ومع التطور أصبح من الممكن وجود عروض نارية باللونين الأحمر والأخضر

وأخيرا حاليا أصبح لدينا عروض  جميلة بالأزرق والبنفسجي . ولكن لم نجب بعد على السؤال كيف يتحدد اللون ؟

ظهور الألوان في الألعاب النارية له سببان يمكن استخدام أي منهم للحصول على اللون المطلوب والنتيجة المرجوة :

الأول: لون ناتج من التسخين ارتفاع درجة الحرارة (Incandesence )  فالحرارة تجعل الأشياء تسخن ثم تطلق أشعة

( لأنه كما تذكرون من المدرسة  الطاقة لا تفنى ولا تستحدث من العدم وإنما تتحول من شكل لآخر !!

وهنا الطاقة الحرارية العالية من التسخين ترفع درجة حرارة الأشياء والقسم الباقي منها يتحول لاشعاع الذي هو اللون )

في البداية تكون أشعة  تحت حمراء ( لا نراها ) ومع ارتفاع درجة الحرارة تطلق أشعة حمراء ثم برتقالي فأصفر ، ثم أبيض وهكذا .

وكل درجة حرارة تصل إليها المواد المسخنة تعطي لون مختلف  ودرجة إشعاع مختلفة مثلا:

عند درجة الحرارة 480 درجة مئوية ..لون أحمر فاتح

عند درجة الحرارة 580 درجة مئوية ..لون أحمر قاتم

وعند درجة الحرارة 930 درجة مئوية ..نحصل على البرتقالي المشرق

أما اللون الأبيض فنحصل عليه مع زيادة درجة الحرارة عن 1400 درجة مئوية !!

وللحصول على لون أخضر أو أزرق نحتاج درجة حرارة عالية جدا جدا غير عملية في حالة الألعاب النارية ولهذا لا نستطيع الحصول على درجات هذه الألوان بهذه الطريقة وإنما سنستخدم الطريقة القادمة للحصول عليها .

وأقرب مثال لتفهم الفكرة مشاهدتك للألوان في حال حدث حريق لا سمح الله ..ستشاهد ألوان مختلفة أحمر وأصفر وأزرق وبنفسجي

وكذلك عند مراقبتك للجمرة كيف يتغير لونها على النار ليصبح أحمر ثم أزرق أو بنفسجي .

وهكذا بالتحكم بدرجة الحرارة التي تصل إليها الألعاب النارية نحصل على اللون المحدد في الوقت المحدد ، مع إمكانية الاستعانة بالمعادن مثل الألومنيوم والمغنيسيوم لأنها  تعطي ألوان مشرقة وتساعد على رفع درجة الحرارة بسرعة … واضح ..؟؟

.

فلننتقل إذن لشرح الوسيلة الأخرى

.

الثاني : الضوء البارد ( Luminescence)  ! فهنا نحصل على الألوان عبر طريق آخر غير التسخين ورفع درجة الحرارة ..

ركزوا قليلا :

هنا مصدر الطاقة سيكون الألكترونات الموجدة حول نواة أي ذرة ،

هذه الالكترونات الشقية تتحرك من مستوى لآخر أحيانا ..وهي إذا انتقلت لمستوى أعلى تحتاج طاقة ومن ثم عند عودتها لمستوى أقل تطلق الطاقة التي استخدمتها وستطلقها على شكل أشعة لونية :twisted:

وحسب المادة المستخدمة تحصل على لون مختلف

أذكر أن هذا كان أحد الاختبارات التي نمر بها في مادة الكيمياء يخبروننا اللون ونخمن المادة :roll:

.

.

( اللهب الناتج من معدن النحاس ويبدو لونه أزرق تركوازي )

.

.

وهنا بعض الأمثلة :

عند استخدام ملح الطعام ( الصوديوم ) : لون أصفر

أملاح الكالسيوم : لون برتقالي

أملاح الليثيوم : لون أحمر

مركبات الباريوم أو الكلور: لون أخضر

مركبات النحاس : لون أزرق تركوازي

وللحصول على اللون البنفسجي مثلا تستخدم المركبات المسؤولة عن اللونين الأزرق والأحمر معا!

والمغنيسيوم يعطي لون أبيض مشع إن كان وحده وإذا خلط مع لون آخر يجعل العرض عموما أكثر إشراقا.

.

.

هل فهمتم الآن معنى العامل الملون من العناصر الستة بالأعلى ؟

( وهنا يظهر تطبيق عملي ، طراطيع بألوان مختلفة من عرض في اليابان )

.

.

والآن سنطبق الكلام السابق في مثال عملي محبوب جدا :

العصا الصغيرة التي يمسكها الأطفال وينطلق منها شرارات صغيرة ..نسميها : نجوم الليل

وهذه صورتها

.

نجوم الليل ” مثال مهم على الألعاب الارية التي لا تنفجر وتعتمد فقط على الشرار والألوان

وتتكون من : وقود وهو ( الفحم ) وعامل أكسدة وهو ( نيترات البوتسيوم ) وعامل اختزال ( الكبريت ) وهكذا يكون لدينا البارود بالإضافة إلى عامل ربط  سكري وبودرة الحديد

تخلط المكونات مع بعضها ومع الماء فتكون خليط لزج مثل الطين

تغمس العصي بالطول المطلوب في خلط لطيني فيلتصق بها ويغلفها  ثم يترك ليجف وما أن ينشف تكون نجمة الليل جاهزة للاستخدام .

وبالمكونات المذكورة سابقا سيكون لون الشرار أبيض أو أصفر ولو أردنا لون آخر مثلا نضيف المادة المطلوبة.

.

.

أخيرا كيف نحصل على الأشكال المختلفة للألعاب النارية في السماء ؟

الألعاب النارية المستخدمة في هذه العروض ماهي إلا اوعية أو سطوانات مملوءة بالبارود الأسود

و يرص بداخلها مكعبات صغيرة كل  مكعب يحتوي على المكونات المذكورة بالأعلى ( بارود – ملونات – الخ ) وفي المنتصف فتيل للإشعال

مع توليعها تنفجر الأسطوانة بسبب البارود الأسود ..وهذا الانفجار يجعل المكعبات الصغيرة تنطلق في الهواء بنفس ترتيبها داخل الأسطوانة

فإن كانت مرتبة في الأسطوانة على شكل نجمة ..ستصل للسماء كنجمة وتحدث العرض المطلوب .

( على شكل العنكبوت )

( على شكل نخلة )

( وهنا على شكل قلب )

( وآخر مثال مصور هنا : على شكل صليبي )

أظن أنكم جميعا أصبحتم خبراء طراطيع الآن :mrgreen:

إعداد:

سمر زهير حمدان .

المصادر :

مواقع متخصصة في الألعاب النارية :

مجلة الألعاب النارية

كيمياء الألعاب النارية

عالم بيرو

جامعة الألعاب النارية

أمان الألعاب النارية

بالإضافة إلى :

عن الألعاب النارية مع مراجعة المقالات ذات العلافة

كيف تعمل الأشياء : كيف تعمل الألعاب النارية ؟

الألعاب النارية في  ويكبيديا

لماذا ؟

إنكلوبيديا

بي بي سي

تشريح الألعاب النارية

كيف تعمل الألعاب النارية ؟

تاريخ الألعاب النارية

7 تعليقات

  1. عويس قال:

    يا الله دايماً من تصير بيدي لعبة نارية اسأل نفسي هالسؤال “كيف تطييييييير؟”
    والحين لما لقيت الأجابة وقريت الربع الاول منها راسي طار ولو اكملت حتماً سينفجر
    المواضيع الكيميائية معقدة :( :(:(

    • rossa قال:

      لا عاد سهلة جدا ياعويس

      تطير بسبب ضغط الغازات لها الى اعلى
      يعني تخيل انك تحمل كتاب الى اعلى
      انت=الغازات
      الكتاب=الطرطوعة

  2. د.سمر قال:

    أولا يسرني جدا أنني أطرح تدوينة خطر على عقلك السؤال عنها ..ولكن يبدو أن جهدي لم يكن كافيا لتتضح الفكرة والجواب له تماما ..ويسعدني أن تطرح هنا أي استفسار عن الموضوع أو أن تشير إلى الأجزاء صعبة لفهم وسأعيد صياغتها وأحاول شرحها وتبسيطها أكثر ولكن بشروط :
    1) لا تبدأ القراءة وأنت متيقن أن الكيمياء معقدة وأن فهم الموضوع صعب .
    2) لا تنسحب أثناء قراءة موضوع وإن استعصى عليك فهم أحد فقراته ..فقد يكون السطر التالي سبب فهمك لما يسبقه .
    3) الكثير من المواضيع لا يمكن إدراك جميع جوانبها والإحاطة بها من قراءة واحدة ..نحتاج أحيانا لتكرار قراءة النص نفسه لنخرج بمعلومات جديدة .

    أطمئنك العقل مرن وله خاصية التمدد والاتساع ..لن ينفجر بالقراءة بل سيكبر وينضج بإذن الله :)
    بانتظارك دائما

  3. يااااااااااااااااااااااه
    أخيرا عرفنا الحاجات دى بتفرع وبتطير ازاى

    الف شكر

  4. انفال قال:

    تعلمت شيئا جميلا جدا وكيف تصنع الطراطيع

  5. Abdullah قال:

    و الله مدونة رائعة جدا
    و بالوضوع ده اصبحت خطر جدا

    بالتوفيق لحضرتك ان شاء الله

  6. شهدمحمد قال:

    الصفحة حلوه جداااا وعجبتني

أضف تعليقاً