مواد شیمیایی ترقه اساساً تعدادی از واکنش‌های شیمیایی حاصل از انفجار ترقه را به طور همزمان یا به ترتیب سریع موجب میشوند. وقتی مقداری گرما اضافه میکنید، انرژی فعال‌سازی کافی (انرژی که شروع کننده یک واکنش شیمیایی است) فراهم میکنید تا مواد شیمیایی ترقه بسته‌شده در داخل ترقه با اکسیژن موجود در هوا احتراق (سوزاندن) بسازند و خود را به مواد شیمیایی دیگر تبدیل کنند و دود و نور آزاد کنند.
ما آتش بازی را سرگرمی میدانیم، اما همین فناوری کاربردهای عملی تری دارد. مواد شیمایی ترقه برای مشعل‌های استفاده شده توسط نیروهای نظامی و در دریا تقریباً به همان روش عمل میکنند، اگرچه به جای استفاده از ترکیبات فلزی ساخته شده از عناصری مانند سدیم، از ترکیبات روشن تر و قابل مشاهده تر مبتنی بر منیزیم استفاده میکنند و برای سوختن در مدت طولانی‌تری طراحی شده‌اند. حتی در عصر ناوبری ماهواره‌ای و رادار، بیشتر کشتی‌ها همچنان چنین شراره‌هایی را به عنوان یک روش پشتیبان برای سیگنال‌دهی خطر حمل میکنند. در ادامه به معرفی مواد شیمیایی ترقه و نقش هر کدام از این مواد ترقه در تولید می‌پردازیم.
ساخت ترقه
ترقه وسیله‌ای است که از سه قسمت مختلف تشکیل شده است. ابتدا فیوز با ترکیب نیترات پتاسیم، زغال سنگ و گوگرد ساخته میشود. سپس پودر فلاش با ترکیب پرکلرات پتاسیم و آلومینیوم ساخته میشود. سپس در داخل کاغذی که از ترکیب خاک رس و مولکول نشاسته ساخته میشود، محکم بسته بندی میشود. سپس فیوز را روشن میکنید و با آتش اضافه شده، پودر فلاش و فشار زیاد باعث میشود که ترقه، منفجر شود!
ترقه‌ها از پودر فلاش و یک فیوز که در کاغذ محصور شده است تشکیل شده‌اند. سپس فیوز روشن میشود و باعث واکنشی در پودر فلاش میشود که صدای بلند و جرقه‌ای کوچک ایجاد میکند.
پودر فلاش داخل ترقه است و باعث واکنش شیمیایی میشود. آلومینیوم و پرکلرات که با هم ترکیب میشوند پودر فلش را تشکیل می‌دهند:
3KClO4 + 8Al → 4Al2O3 + 3KCl
- آلومینیوم: Al
- پرکلرات پتاسیم: KClO4
کاغذی که فیوز و پودر فلاش را پوشانده است
- خاک رس: CaCO3
- مولکول نشاسته: C6H10O5
فیوز باعث واکنش میشود
- نیترات پتاسیم: KNO3
- زغال چوب: C
- گوگرد: S
مواد شیمیایی ترقه
پرکلرات یک نمک تجاری است که از اسید پرکلریک به دست می‌آید. پرکلرات آنیونی است که از تفکیک اسید پرکلریک و نمک‌های آن در آب حل میشود. نمک‌های پرکلرات پتاسیم در آب محلول هستند و به آنیون پرکلرات و کاتیون نمک تجزیه میشوند. پرکلرات‌ها معمولاً به عنوان پیشران برای موشک‌ها و به طور گسترده در مواد آتش سوزی استفاده میشوند. از پرکلرات در فشفشه استفاده میشود زیرا جزء اکسید کننده پودر فلاش است.
آلومینیوم فراوان‌ترین فلز در پوسته زمین است. آلومینیوم معمولاً از پوسته زمین استخراج میشود، اما بسیاری از اشکال آلومینیوم امروزه از بازیافت به دست می‌آیند. به دلیل اینکه آلومینیوم 100% قابل بازیافت است و هرگز هیچ یک از خواص شیمیایی خود را از دست نمی‌دهد. آلومینیوم رسانای حرارتی و الکتریکی خوبی است. برای تسریع در احتراق، آلومینیوم به پرکلرات در پودر فلاش اضافه میشود.
مواد شیمیایی ترقه (غیر فلزی)
میدانیم که عمده‌ترین مواد شیمیایی غیر فلز مورد استفاده در ترقه‌ها عمدتاً گوگرد و فسفر هستند. باروت 75 درصد نیترات پتاسیم، 15 درصد زغال چوب و 10 درصد گوگرد است که ترکیب اصلی ترقه‌ها است. فسفر خیلی سریع در هوا می‌سوزد و مسئول درخشش در تاریکی است. پتاسیم برای اکسیداسیون ترقه استفاده میشود. بیشتر اوقات از فلزات در ترقه‌ها استفاده میشود مانند کربنات استرانسیم برای ترقه قرمز، کربنات کلسیم برای ترقه نارنجی، نیترات سدیم برای ترقه زرد، کلرید باریم برای ترقه سبز و کلرید مس برای ترقه آبی استفاده میشود. .
به محض اینکه نمک در آتش پاشیده شود، سایه نارنجی رنگی ظاهر میشود. آتش سایه‌دار اثر بعدی الکترون‌های موجود در ذرات سدیم است که سرزندگی را حفظ میکنند و به سطوح حیاتی بالاتر صعود میکنند و پس از آن به حالت اولیه خود بازمی‌گردند و معیارهای واضحی از سرزندگی را که در مقایسه با سایه‌های نور هستند، تخلیه میکنند.
مواد شیمیایی ترقه‌ها برای ایجاد رنگ‌های واضح انتخاب میشوند. مخلوط‌های باریم وقتی گرم میشوند، رنگ‌های سبز ایجاد میکنند، نمک‌های مس شعله‌های سبز و آبی ایجاد میکنند، نمک‌های سدیم در آتش زرد هستند، مخلوط‌های لیتیوم رنگ‌های قرمز تولید میکنند، فلز در هنگام مصرف نور سفید فوق‌العاده تولید میکند، و مخلوط‌ها رنگ‌های قرمز درخشان ایجاد میکنند. نمک‌های مورد استفاده حاوی کاتیون‌های فلزی و آنیون‌های غیرفلزی هستند. علاوه بر این آنیون‌ها، به عنوان مثال، کلرات‌ها، پرکلرات‌ها و نیترات‌ها به ظرفیت اکسیدکننده‌ای مخلوط کمک میکنند.
ترقه‌ها برای سرزندگی نیاز به چشم ای از مواد قابل اشتعال به عنوان مثال، پودر تیره، ترکیبی از زغال چوب، گوگرد و نیترات (نام قدیمی نیترات پتاسیم)، یا پودر بدون دود، به عنوان مثال، نیترات دارند. (پیشنهاد مطلعه: جدول استاندارد مواد شیمیایی ترقه)
نقش مواد شیمیایی مختلف در عملکرد ترقه
انفجارها: باروت – انفجارها در بیشتر آتش بازی‌ها هنوز از باروت سنتی متشکل از نیترات پتاسیم (نمره)، گوگرد و زغال چوب استفاده میکنند.
فلاش و چتری: پودر آلومینیوم
جرقه‌ها: براده‌های آهن
رنگ‌ها
رنگ‌های زیر هر کدام عمدتاً از ترکیبات مختلف یک عنصر منفرد می‌آیند. ترکیبات رایج نیترات‌ها، کربنات‌ها، کلریدها، کلرات‌ها و اگزالات‌ها هستند.
قرمز: استرانسیوم – بیشتر استرانسیوم در ایالات متحده از کانی سلستیت می‌آید.
آبی: مس
سبز: باریم
زرد: نیترات سدیم
رنگ‌های دیگر معمولاً از مخلوط ترکیبات تولید میشوند:
نارنجی = استرانسیوم + سدیم (برخی از ترکیبات کلسیمی نیز می‌توانند رنگ نارنجی تولید کنند)
بنفش = استرانسیوم + مس
نقره‌ای سفید = تیتانیوم، زیرکونیوم و آلیاژهای منیزیم
ممنوعیت استفاده از 5 نوع مواد ترقه
عوامل قانون گذاری در برخی از کشورها، تولیدکنندگان را از استفاده از پنج ماده شیمیایی مشخص شده در تولید ترقه «به هر شکلی» برای جلوگیری از آلودگی هوا منع کرد. ممنوعیت استفاده از آنتیموان، لیتیوم، جیوه، آرسنیک و سرب در ساخت مواد ترقه برای جلوگیری از آلودگی هوا، تمرکز را بر روی مواد شیمیایی مورد استفاده برای تولید جلوه‌های بصری و سر و صدای فوق‌العاده معطوف کرده است.
تولیدکنندگان ترقه برای جایگزینی مواد شیمیایی ممنوعه، میتواند برای نمایش صدا و نور توسط مواد شیمیایی مانند گوگرد، پودر آلومینیوم و زغال چوب (که به عنوان سوخت استفاده میشود)، علاوه بر آن نیترات پتاسیم و نیترات باریم (به عنوان عوامل اکسید کننده) استفاده کنند.
پودر آلومینیوم، گوگرد و نیترات پتاسیم به ترقه‌های صداساز وارد میشوند، در حالی که نیترات باریم (سبز) و نیترات استرانسیوم (قرمز) نور ساطع میکنند. پودر آلومینیوم در جرقه زن استفاده میشود.
“ترکیبی از نیترات باریم و نیترات استرانسیم در نسبت‌های مختلف رنگ‌های مختلفی تولید میکند.“
آنتیموان
سولفیدهای آنتیموان در تولید سر کبریت‌های ایمنی، مهمات نظامی، مواد منفجره و مواد ترقه استفاده میشود. خطرات: فلز آنتیموان عنصری بر سلامت انسان و محیط زیست تأثیری ندارد. استنشاق تری اکسید آنتیموان (و سولفیدهای کم محلول مشابه آنتیموان) مضر است و مشکوک به ایجاد سرطان است.
جیوه
یک ترکیب جیوه‌ای به نام “Mercury(II) fulminate” یک ماده منفجره اولیه است که بسیار حساس به اصطکاک، گرما و شوک است و عمدتاً به عنوان یک ماشه برای سایر مواد منفجره در کلاه‌های ضربه‌ای و کلاهک‌های انفجاری استفاده میشود.
آرسنیک
آرسنیک به طور کلی غیر قابل احتراق است. اما ترکیبات خاصی از آرسنیک بسیار انفجاری هستند و در لیست خطرات سلامتی چندین کشور اندیشکده قرار دارند. به عنوان مثال، آرسین یک گاز قابل اشتعال، پیروفوریک و بسیار سمی است در حالی که یکی از ساده‌ترین ترکیبات آرسنیک است. آرسین به عنوان یک عامل در جنگ شیمیایی استفاده میشود، بنابراین چندین کشور به دلیل ماهیت بسیار قابل اشتعال آن مقرراتی در مورد استفاده از آن دارند.
سرب
رایج‌ترین مواد منفجره اولیه سرب آزید و سرب استیفنات هستند، ترکیباتی از سرب که در بیشتر مواد منفجره درجه سنگین یافت میشوند. آزید سرب به دلیل ماهیت انفجاری خود در بیشتر چاشنی‌ها برای شروع انفجارهای بزرگ استفاده میشود. استیفنات سرب نیز یک ماده منفجره است که به عنوان جزئی در مخلوط‌های پرایمر و چاشنی برای مواد منفجره ثانویه کمتر حساس استفاده میشود.
لیتیوم
یک عنصر بسیار فرار، لیتیوم قابل اشتعال است و در صورت قرار گرفتن در معرض هوا و به ویژه آب، بالقوه قابل انفجار است، هرچند کمتر از سایر فلزات قلیایی.
عوارض ناشی از مواد شیمیایی ترقه
ترقه‌ها اساساً از چهار جزء تشکیل شده اند: اکسید کننده‌ها، سوخت، مواد رنگی و چسب.
تأثیرات شناخته شده سلامتی ناشی از مواد شیمیایی ترقه بر سلامتی”
دود شدید ناشی از مواد شیمیایی ترقه چند روز پس از آن در هوا معلق است. سطح نیترات‌های گوگرد، منیزیم، دی اکسید نیتروژن افزایش می‌یابد و این مواد شیمیایی برای مجاری تنفسی ما مضر هستند.
مواد شیمیایی ترقه و اثرات آن‌ها :
- دی اکسید گوگرد: باعث خس خس سینه و تنگی نفس میشود.
- کادمیوم: میتواند باعث کم خونی و آسیب به کلیه‌ها شود و بر سیستم عصبی نیز تأثیر بگذارد.
- مس: مجاری تنفسی را تحریک میکند، ترکیبات مس می‌توانند باعث سرطان شوند.
- سرب: بر سیستم عصبی تأثیر می‌گذارد.
- منیزیم: میتواند باعث تب بخار فلز شود.
- نیترات: میتواند باعث اختلالات ذهنی شود.
- نیتریت: میتواند باعث مشکلات پوستی، سوزش چشم و مشکلات تنفسی در کودکان شود.
- آلومینیوم: باعث درماتیت انقباضی و تجمع زیستی میشود. همچنین باعث انقباض برونش در افراد مستعد میشود.
- سولفید آنتیموان: دود سمی تولید میکند و سرطان زا است.
- نیترات باریم: میتواند علاوه بر تاثیر رادیواکتیو احتمالی باعث تحریک دستگاه تنفسی شود. همچنین مشخص شد که کرومات باریم برای سلول‌های زنده و ژن‌های سلول‌های ریه انسان سمی است.
سایر مواد شیمیایی ترقه که باعث مشکلات سلامتی میشود شامل دی اکسید سرب / نیترات / کلریدها سمی هستند. جیوه میتواند باعث تجمع زیستی شود. نیترات پتاسیم یک ماده سرطان زا است که باعث ایجاد گرد و غبار سمی میشود.
