هل حضرتم يوما ما عرضا للألعاب النارية بأحد الملاهي والنوادي الترفيهية أو في الأعياد و الاحتفالات الوطنية؟ هل تبادر إلى أذهانكم تساؤل حول طريقة عمل الألعاب والمفرقعات النارية التي دائما ما تستخدم للتعبير عن احتفالية معينة ؟!! إذاً دعونا نتعرف سويا على الفكرة الأساسية التي تعتمد عليها الألعاب النارية والمكونات الأساسية لها. منذ إن اخترعت الصين البارود الأسود، في القرن الثامن عرف العالم الألعاب النارية، وانتشرت أفكار صناعة الألعاب النارية في دول شرق آسيا. والبارود الأسود هو مزيج من الفحم والكبريت ونترات البوتاسيوم المعروف أحيانا بملح البارود. وتعتبر الصين من أوائل دول العالم في استخدام وصناعة الألعاب النارية، يليها اليابان وإندونيسيا وباكستان والبرتغال وتايلاند والفلبين وجنوب ايطاليا وأسبانيا. تنقسم الألعاب النارية إلى أنواع عديدة نذكر منها بإيجاز الأنواع الأربعة الرئيسية التالية: المفرقعات: وتتكون من بارود وهو عبارة عن مزيج من الفحم والكبريت ونترات البوتاسيوم مع إضافة الألمنيوم في بعض الأحيان لتأخذ المفرقعات شكل النجوم عند انفجارها بالهواء. الألعاب المضيئة تعتمد الألعاب المضيئة على استخدام المواد التالية: وقود عامل مؤكسد بودرة الحديد مادة لاصقة وقد أصبح من الشائع جدا استعمال بودرة الألمنيوم والحديد والصلب والزنك أو الماغنسيوم مع إضافة بعض المواد الكيميائية مع مكونات الألعاب المضيئة لكي تظهر هذه الأضواء أكثر بريقا ولمعانا وبألوان خلابة.
ألعاب نارية هل سبق لك عند رؤية الألعاب النارية الجوية في السماء أثناء ليلة رأس السنة الجديدة أو في مناسبة ما؛ أن تتسائل عن كيمياء كل هذه الالوان الرائعة والمبهرة في السماء ؟! إن هذه الألعاب النارية هى أكثر بكثير من مجرد لعبة ترفيهية للإستمتاع بها؛ الالعاب النارية التي تطلق في السماء هو تجمع من المواد الكيميائية والوقود التي يجب معايرتها بعناية لإحداث تأثيرها الخاص؛ فِهم كيف تنتج الألعاب النارية تشكيلة رائعة من الألوان، والأشكال، وشدة الصوت لا يتطلب سوى فهم بسيط لبعض التفاعلات الكيميائية. لنعرف اولًا ما بداخل الألعاب النارية وماهو تكوينها ؟ مصدر معظم الألعاب النارية هو أنبوب صغير يسمى (القذيفة الجوية -aerial shell) التي تحتوي على المواد الكيميائية المتفجرة، كل الأضواء والألوان، وأصوات الألعاب النارية تأتي من هذه المواد الكيميائية المتفجرة. تتكون تلك القذيقة الجوية من البارود وهو معروف بقوته فى التفجير وقليل من المواد المتفجرة الأخرى تسمى (النجوم Stars-)؛ تُعطي النجوم الألعاب النارية لونها عندما تنفجر؛ عندما نشاهد إنفجار الألعاب النارية فنحن في الحقيقة نشاهد انفجار هذه النجوم؛ تتكون النجوم من اربعة مكونات كيميائية: عامل مؤكسد، واصباغ ملونة تحتوى على معادن، وقود أو فى بعض الحالات يُستبدل بعامل مختزل، غلاف قوي؛ في وجود لهب أو شرارة يَشترك العامل المؤكسد والوقود في خلق التفاعلات الكيميائية التي تُنتج الحرارة والغاز الكثيف أما الاصباغ المحتوية على المعادن تُنتج الألوان الخاصة بالألعاب النارية كل ذلك يتماسك معًا عن طريق الغُلاف.
أصوات وإنفجار الألعاب النارية كما قلنا تَنتُج عن تفاعل العامل المؤكسد والوقود ولكن يمكن استبداله احيانًا بالعوامل المختزلة في سلسلة من تفاعلات الاكسدة والاختزال حيث ينتج العامل المؤكسد غاز الاكسجين اللازم لحرق خليط من عوامل الاختزال وإثارة ذرات المركبات التي ينبعث منها ضوء، وتُستخدم أنواع من المؤكسدات المختلفة في النجوم التي تكلمنا عنها والمؤكسدات الأكثر شيوعًا هي النترات، الكلورات، وفوق كلورات أما عن عوامل الإختزال الشائعة مثل الكبريت و الكربون تتحد مع الاكسجين الناتج من العامل المؤكسد لتعطي طاقة الانفجار. إنفجار الألعاب النارية بالوقود يحدث في خطوتين: يتم اطلاق القذيفة الجوية في الهواء، ثم انفجار القذيفة في الهواء، لتحقيق اول خطوة؛ ترتبط القذيفة بفتيل عندما يشتعل ذلك الفتيل مع لهب أو شرارة، ينفجر البارود، ويخلُق الكثير من الحرارة والغاز يتسبب ذلك في تراكم الضغط داخل القذيفة و عندما يكون هناك ضغط كبير بما فيه الكفاية، تنطلق القذيفة سريعًا إلى السماء، بعد بضع ثوان، وعندما تكون القذيفة الجوية مرتفعة عن سطح الأرض، يشتعل فتيل آخر داخل القذيفة الجوية، وهذا بدوره، يُشعِل النجوم، والتي تُنتِج بسرعة الكثير من الغاز والحرارة، مما يسبب في إنفجار القذيفة الجوية وفتحها لتخرج منها النجوم وتسبب اشكال الالعاب النارية التي نراها فى كل مكان، خلال الانفجار، لا تخرج الغازات فقط بسرعة، ولكنها أيضًا تكون ساخنة، و تتمدد بسرعة، وفقا لقانون (تشارلز- Charles' Law)، الذي ينص على أنه كلما ازدادت درجة حرارة الغازات المغلقة، يزيد الحجم، وإذا كان هناك ضغط ثابت.
وهناك أسماء وأنواع مختلفة للألعاب النارية مثل "الأخطبوط الذهبي" و"المظلة" و"الشجرة" و"الزهور" و"جوز الهند" و"زهور الربيع" و"المطر السحري" و"السيوف المتشاكية" و"الإشعاعية" و"الشمس الذهبية" و"النخيل" و"العبوة اليابانية" التي يكون له شكل مميز هو الصاروخ المستدير. أما ألوان الألعاب النارية فتختلف بحسب الاملاح الموجودة فيها الاحمر املاح الاسترونتيوم واملاح الليثيوم كربونات الليثيوم Li2CO3(احمر غامق) كربونات الاسترونتيوم SrCO3 (احمر فاتح) البرتقالي املاح الكالسيوم (كلوريد الكالسيوم CaCl2) الاصفر املاح الصوديوم (كلوريد الصوديوم NaCl) الاخضر مركبات الباريوم + منتجات الكلور (كلوريد الباريوم BaCl2) الازرق مركبات النحاس + منتجات الكلور (كلوريد النحاسوز CuCl) الارجوان خليط من مركبات الاسترونتيوم (احمر) + مركبات النحاس (ازرق) الفضي المنيوم ، تيتانيوم او مغنسيوم يتبع,,,,
هناك آليتين رئيستين لإنتاج ألوان الألعاب النارية: السطوع والتلألؤ السطوع: السطوع هو ضوء ناتج من الحرارة، الحرارة تجعل المادة ساخنة وتتوهج ففي البداية تنبعث منها أشعة تحت حمراء، ثم حمراء، ثم برتقالية، ثم صفراء، والضوء الأبيض حيث تصبح أكثر سخونة. عندما تصبح درجة حرارة الألعاب النارية تحت السيطرة، يمكن التلاعب بتوهج العناصر مثل الفحم إلى مستوى اللون المطلوب وذلك بالوقت المناسب، أيضاً المعادن مثل الألومنيوم، المغنيزيوم، التيتانيوم، تحترق بشكل مشرق ومفيد في ارتفاع درجة حرارة الألعاب النارية. التلألؤ: هو الضوء الناتج من استخدام مصادر طاقة أخرى غير الحرارة، أحياناً يسمى التلألؤ بالضوء البارد لإمكان وجوده في درجة حرارة الغرفة ويخفض درجة الحرارة. لإنتاج التلألؤ، يمتص الكترون ذرة أو الكترون جزئ الطاقة فتسبب في إثارته وعدم استقراره، وعندما يعود إلى مستوى الطاقة الأدنى يُصدر طاقة على شكل فوتون (ضوء)، وطاقة هذا الفوتون هو الذي يحدد الطول الموجي أو اللون. أحياناً الأملاح المطلوبة لإنتاج ألوان مرغوبة تكون غير مستقرة. كلوريد الباريوم (باللون الاخضر) يكون غير مستقر بدرجة حرارة الغرفة، لذلك يجب أن يكون الباريوم متحد مع مركب أكثر استقراراً مثل (المطاط المكلور)، في هذه الحالة الكلور يتحرر من حرارة احتراق الألعاب النارية ويشكل كلوريد الباريوم ويصدر اللون الأخضر.
تُصنع الألعاب النارية بمزيج من مسحوق متفجر وبعض المواد الكيميائية وغراء، وتعود أقدم الألعاب النارية إلى أكثر من ألف عام. ولكن ليست كل الألعاب النارية مبنية على نفس الأساس، لأنه لا يمكنك الحصول على لعبة نارية حمراء ساطعة لتضيء بنفس العناصر الموجودة داخل الزرقاء والبيضاء، والسبب يرجع لأن ألوان الألعاب النارية يعتمد على أنواع العناصر الموجودة بداخلها، أي المعادن الشائعة والمعادن النادرة وحتى بعض الأملاح التي تكون موجودة كذلك. يطلق خبراء الألعاب النارية على هذه الرشقات من الضوء الملون لقب "نجوم"، وهي مصنوعة من خليط من: الوقود، ومؤكسِد (للمساعدة في حرق الوقود)، والعناصر المنتجة للون مثل الألمنيوم أو النحاس والإسمنت المعبأ داخل القذيفة، وكل هذا يطلق عاليًا في الهواء قبل فتيل التأخير لكي تحلق النجوم في السماء. مهندس الألعاب النارية ومهندس الكهرباء في كاليفورنيا "مايك توكستين" الذي كان المسؤول عن تجهيز مدرج لوس أنجلوس لحفل 4 يوليو، أخبر صحيفة "بيزنس إنسايدر" أن الأمر يستغرق أيامًا من السحق والحفر وتمديد الأسلاك، و أكثر من 10000 رطل من المعدات. ألق نظرة على بعض العناصر المشتركة التي تجعل احتفالك ممكنًا ورائعًا.
عندما يصل الفتيل المشتعل إلى الشحنة الدافعة في قاعدة القذيفة، يوفر البارود المحترق قوة دافعة للقذيفة لكي تنطلق إلى السماء. يمكن لكمية البارود أن تتحكم بمدى ارتفاع القذيفة في الجو. في هذه الأثناء، يكون فتيل داخلي – يمتد من الشحنة الدافعة إلى مركز الكتلة المتفجرة للقذيفة – قد اشتعل لتوقيت الانفجار الفعلي. عندما يحترق الفتيل إلى نهايته، فإنه يشعل الشحنة المتفجرة، فتشتعل النجوم وتُقذف نحو السماء. هذه هي الرشقات النارية التي تندفع خارج القذيفة والتي تجعلنا ننبهر عند مشاهدتها. تحترق القذيفة بعد ذلك، وكل ما يتبقى ليعود إلى الأرض هو البقايا المتفحمة من القذيفة الورقية (لا تقلق إذاً، فالألعاب النارية التي تنفجر بشكل صحيح لن تعود إلى الأرض لتقع على رأسك). البقع المضيئة التي تندفع منتشرةً هي حبيبات النجوم المشتعلة، التي تنطلق نتيجة انفجار الشحنة المتفجرة. جيفي دعنا الآن ننظر إلى هذه الرشقات النارية بحد ذاتها. لقد شاهدنا ألعاباً نارية حمراء، بيضاء وزرقاء اللون في الرابع من يوليو، قلوباً في حفلات الزفاف، وحتى شخصيات كلاسيكية في عروض ديزني الليلية. كيف يمكنك التحكم بلون وشكل انفجار يبدو للناظرين أن لا حدود له؟ في الواقع، مصدر الألوان هو المواد الكيميائية الموجودة في النجوم (حبيبات الألعاب النارية).