爆竹是我國最早發(fā)明的。據(jù)考證,第一個(gè)用火藥制造爆竹的是三國時(shí)期的馬鈞。自宋朝起,人們就開始用爆竹娛樂。“爆竹聲中一歲除,春風(fēng)送暖入屠蘇,千門萬戶瞳瞳日,總把新桃換舊符”,王安石的這首《元日》記錄了當(dāng)時(shí)人們新春時(shí)燃放爆竹的習(xí)俗。
爆竹為什么會(huì)響呢?爆竹的外殼是一個(gè)紙筒,紙筒多用草紙或牛皮紙卷成;筒內(nèi)裝著黑色火藥,兩端用泥灰封住,并從黑火藥部分導(dǎo)出一根引火線。當(dāng)人們點(diǎn)燃爆竹的引火線時(shí),火就順著引線進(jìn)入紙筒內(nèi),引起黑火藥發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生大量的二氧化碳、二氧化硫、一氧化碳等氣體,同時(shí)放出大量的熱。這些氣體因受熱膨脹,其體積比原火藥本身的體積要大上千倍,這樣強(qiáng)大的氣體壓力必然會(huì)使紙殼炸裂,振動(dòng)空氣而發(fā)出響聲。
黑火藥是一種混合物,一般由15%的木炭粉、10%的硫磺粉和75%的硝石(硝酸鉀)組成,有的還含氯酸鉀。木炭、硫磺都是極易燃燒的物質(zhì),硝酸鉀受熱易分解放出氧氣。
爆竹爆炸后的“火藥味”,這是由于黑色火藥中的硫磺未反應(yīng)完全,受熱變成了硫蒸氣或燃燒時(shí)產(chǎn)生了刺鼻的二氧化硫氣體的緣故。
煙花又名焰火、花炮,是在爆竹的基礎(chǔ)上發(fā)明的?!都t樓夢(mèng)》中大觀園里燃放的滿天星、九龍入云、飛天十響等小爆竹都屬煙花類。
煙花為什么會(huì)發(fā)光且色彩各異呢?因?yàn)闊熁ǖ募埻怖锍擞泻谏鹚幏弁?,還有發(fā)光劑與發(fā)色劑,就是各種不同的金屬鹽。
大型煙花和禮花產(chǎn)生煙花效果時(shí),同觀眾的眼睛直線距離一般都不少于數(shù)十米。這就要求這二類煙花除了光色正確外,還要有一定的亮度。這也即是說除了要求獲得色純度比較高的火焰外,同時(shí)也要利用藥劑的發(fā)光效應(yīng)使火焰具有鮮艷的效果,要想獲得美麗鮮艷的火焰,也必須加入一定量的金屬粉。在煙花藥劑中如增加金屬粉,在藥劑燃燒時(shí)即可生成固體和液體生成物,同時(shí)離解出大量的光能和熱輻射,其發(fā)光強(qiáng)度有數(shù)十萬國際燭光,溫度則可達(dá)數(shù)千度。
有的藥劑被點(diǎn)燃后除了能產(chǎn)生一定光色外,還能在光截體中噴出許多金黃色或鋼色,或是白色的亮星,這種現(xiàn)象稱為“噴波”(或拉波)。其產(chǎn)生也是利用發(fā)光效應(yīng)。將硬木炭粉或鋁粉、鐵粉加入藥劑中燃燒,一些在光截體中沒有完全燃盡顆粒會(huì)被噴出,這些被噴出的顆粒再遇見空氣中的氧,就會(huì)發(fā)生第二次燃燒反應(yīng),從而產(chǎn)生不同顏色和一定亮度。硬木炭粉可產(chǎn)生金黃色小星;鐵粉可產(chǎn)生鋼藍(lán)小星;鋁粉可產(chǎn)生白色小亮星,利用噴波的作用,即可制造出各種煙花形象,不同的金屬或金屬鹽類燃燒時(shí)所產(chǎn)生的顏色為什么不同呢?這是因?yàn)椴煌饘僭氐脑咏Y(jié)構(gòu)和核外電子的排列不同,一旦受熱或其它外能的作用,電子便可能增加能量,從原來的軌道跳到更遠(yuǎn)的軌道,這種現(xiàn)象叫做“激發(fā)”。當(dāng)處在“激發(fā)狀態(tài)”的電子恢復(fù)到原來狀態(tài)時(shí),就以不同波長(zhǎng)的光波把能量放出。因?yàn)楦鞣N金屬的鹽類發(fā)射出的光線波長(zhǎng)不同,所以燃燒時(shí)呈現(xiàn)出光的顏色也不同。
煙花的火焰能噴上高空,如“彩珠筒”的“花彈”能射出二三十米,這是利用火箭裝置原理,火藥燃燒時(shí)所產(chǎn)生的一種反作用力推動(dòng)火焰上升。有的花炮能夠旋轉(zhuǎn),如“火輪”、“花陀羅”,這是利用噴氣原理,將噴射藥管按一定的角度排列,噴氣沿圓周的切線方向噴出,推動(dòng)其旋轉(zhuǎn)?;ㄅ诎l(fā)出的清脆悅耳的哨聲,是將一些有機(jī)化學(xué)藥品配成哨音藥劑填在紙管中,燃燒時(shí)所產(chǎn)生的氣流就能使紙管振動(dòng)而發(fā)聲,如“口琴煙花”、“全家樂”等產(chǎn)品都能發(fā)出哨聲。(摘自隋國慶科普網(wǎng),插圖:劉一播)