Binlerce yıllık geçmişe sahip olup hala insanların ilgisini çekmeye devam edebilen bir icat olarak havai fişeğin sunduğu ışıltılı gösterilerin ardındaki bilim nedir? Her yıl dünyanın dört bir yanındaki topluluklar tarafından kullanılan havai fişek patlamaları binlerce yıllık mühendislik ve geliştirilmeye devam eden bir bilimin ürünü. Havai fişek gerçekten nasıl çalışıyor bilimsel açıklamasına göz atalım ve ışıkların, seslerin ve renklerin ardındaki kimyayı keşfedelim.
Havai Fişek Patlamasının Oluşumu
Havai fişeklerin temelleri, MS 800 civarında Çinli simyacılar tarafından atıldı. Tasarladıkları tarif bin yıl boyunca aynı kaldı. "Kara barut" dedikleri bu icat dörtte üç potasyum nitrat, kalanı ise odun kömürü ve kükürtten meydana geliyordu. Bunu kağıt bir kabın içine koyduklarında havai fişeği icat etmiş oldular.
Havai fişek, rokete benzer şekilde çalışır. Fitil ateşlendiğinde barutu tepkimeye sokar. Bu siyah toz karışımı yanar, kükürt erir, potasyum nitrat ve odun kömürünün üzerine akar ve onları tutuşturur. Bu alev, çok fazla gaz ve enerji açığa çıkarır ve bu kuvvetler tüpteki kovanı dışarı fırlatır.
Hazneye uygun bir delik açarsanız gaz bu kez dışarı çıkar ve havai fişek havalanarak yerde değil gökyüzünde patlar. Modern havai fişeklerde kovanda ikinci bir fitil var ve kovan havaya fırladıktan belirli bir süre sonra yanıyor. Böylece o renk, ses ve diğer göz alıcı efektler havada oluşmuş oluyor.
Havai Fişeklerdeki Saçılma Efekti Nereden Geliyor?
Peki saçılma efektleri nereden geliyor? Barutun içinde belirli düzende dizilmiş metal tuzları olan küçük küreler ve küpler vardır. Barut patladığında "yıldız" denilen bu küre veya küpler etrafa fırlar ve havai fişeğe o saçaklı görünümünü verir.
Metal tuzlarının baruta yerleştirilme biçimi, sayıları ve boyutları bu ışıltılı saçakların görünümünü belirliyor. Daha karmaşık havai fişeklerde iki veya üç evreli patlamalar var ve birbirini ateşleyen fünyeler kullanılır.
Bazı havai fişek barutlarında parlak renkler üreten metal tuzları kullanılırken, bazılarında daha göz kamaştırıcı ışık efektleri üreten farklı kimyasal bileşikler vardır. Bazı havai fişeklerde özel ses efektleri yaratan kimyasallar kullanılır. Potasyum klorat daha yüksek ses çıkarırken, bizmut kullanmak çatırtı sesleri yaratır. Bazı bileşikler daha yavaş yanması için tüp içine sıkıca yerleştirilir ve sonuç tüp içinde ıslık sesi yaratan yavaş bir gaz salınımıdır.
Havai Fişekteki Farklı Renklerin Kimyasal Kaynağı
19. yüzyılın başında İtalyan havai fişek mucitleri baruta metal tuzları eklediler. Bu iyonik bileşiklerdeki elektronlar, sıcaklık ve basınçla dış yörüngeye fırlayıp sonra ilk yörüngeye döndüğünde etrafa farklı renkte ışık yayar. Havai fişeklerde stronsiyum ve lityum koyu kırmızı renkte patlar, kalsiyum turuncu renkte patlar, sodyum sarı ve baryum ise yeşil renkte ışıldar.
Toz haline getirilmiş metal ve diğer kimyasal bileşenler olan bu metal tuzları bugün de havai fişekteki saçılmayı yaratıyor ve onlara kısaca "yıldız" diyoruz. Metal tuzlarının içindeki metal parçacıkları tutuştuğunda büyük miktarda enerji emer. Soğumaya başlayan parçacıklar bu ekstra enerjiyi ışık şeklinde çevrelerine yayar. Havai fişekteki ışığın rengini metalin türü belirliyor:
- Stronsiyum: Kırmızı
- Kalsiyum: Turuncu
- Sodyum: Sarı
- Baryum: Yeşil
- Bakır: Mavi
- Stronsiyum + Bakır: Mor
- Magnezyum, Alüminyum + Titanyum: Beyaz
21. yüzyıl havai fişeklerinde Çinli mucitlerin hayal bile edemeyeceği bir şey var: Renk. Siyah barutun temeli olarak potasyum nitrat kullanılan ilk havai fişekte, sülfür uyarılıyor ve taşıdığı elektronlar daha uzak bir atom yörüngesine fırlıyordu. Sülfür soğuyup elektronlar ilk yörüngelerine döndüğünde bu ekstra enerji sarı ışık patlaması olarak açığa çıkıyordu.
1830'larda İtalyan havai fişek üreticileri nitrat yerine potasyum klorat kullanmanın daha çeşitli parıltılar saçtığını keşfettiler. Bu yeni malzeme oksijeni baruta daha hızlı ileterek yanma sıcaklığını 1.700'den 2.000 C'ye çıkardı. Bu artan sıcaklık karışıma yeni kimyasalların eklenmesinin yolunu açtı ve havai fişeklerde daha parlak ışık ve yeni renkler oluşturulmaya başlandı.
Bin yıl öncesinin icadı basit Çin havai fişeklerinden bu yana çok yol kat ettik. Bugünlerde havai fişek gösterilerinin koreografisi saniyenin çok küçük bir bölümüne kadar bilgisayar programlarıyla yapılıyor. Her havai fişeğin zamanlamasını, fırlatma açısını ve patlamadan önce havada ne kadar yükseleceğini belirlerler. Bunun için sanal modelleme, hassas şekilde tasarlanmış fırlatma braketleri ve bilgisayar çipleriyle donatılmış devreler kullanılır.
Biliyor musunuz? İlk havai fişeklerde uzun, dar bambu borular kullanıldı ve ortaya çıkan patlamanın kötü ruhları korkutup kaçırdığı düşünüldü.
Havai Fişekteki Toksik ve Kanserojen Kimyasallar
Havai fişek işte böyle çalışıyor ve tüm bu farklı renkler ve saçıltılar böyle oluşuyor. Ancak havai fişek barutuna eklenen bu yeni kimyasalların bazı dezavantajları vardır. Gece gökyüzünde güzel kırmızılar yaratan stronsiyum klorür aynı zamanda kanserojen serpinti yaratır. Daha çevre dostu, klor içermeyen seçenekler arayan araştırmacılar 2015 senesinde bir tür koruyucu olan hekzamin ve bir hava yastığı iticisi olan 5-amino-1H-tetrazol gibi malzemelere yöneldiler. Özellikle askeriyede kullanılan kırmızı işaret fişeği de aynı kanserojen serpintiye sahip.
Yine havai fişeklere yeşil parlamayı veren baryum, toksik serpinti oluşturur ve ABD ordusundan piroteknik uzmanları uzun süredir etkisiz sanılan bor karbür bileşiğini işe yarar bir alternatif olarak bulmuştur. Diğer yandan mavi havai fişekler her zaman üretmesi en zor renklerden biridir. Mavi parıltının gece gökyüzünde yeterince parlak olması için çok yüksek sıcaklıkta yanan bir bakır gazı kullanılıyor. Havai fişeğin aşırı ısınıp renginin maviden beyaza dönmeden önce patlaması gerekir. Bu yüzden bir havai fişeğin patlayarak mavi renk saçmasını sağlamak gerçek bir kimya ustalığı başarısı olarak görülüyor.
Adım Adım Havai Fişek Çalışma Sistemi
- Fünye: Fünye, havai fişeğin yakılan ilk parçasıdır ve yavaş yanan bir malzemeden yapılmıştır. Fitil yandığında, havai fişeğin içine doğru ilerleyen bir alev oluşturur.
- Kaldırma yükü: Havai fişeğin içinde, kaldırma yükü adı verilen az miktarda patlayıcı madde vardır. Fitilden çıkan alev kaldırma yüküne ulaştığında tutuşur ve küçük bir patlama yaratır. Bu patlama havai fişeği havaya doğru iter.
- Yıldızlar: Havai fişek en yüksek seviyesine ulaştığında patlayarak açılır ve yıldız adı verilen küçük topakları serbest bırakır. Bu topaklar yanan ve farklı renkler üreten kimyasalların birleşiminden oluşur. Yıldızlar görsel bir görüntü oluşturmak için belirli desen ve şekillerde düzenlenir.
- Zamanlama fitili: Zamanlama fitili, yıldızların tutuşma hızını kontrol etmek için kullanılan özel bir fitil türüdür. Belirli bir hızda yanacak şekilde tasarlanmıştır, böylece yıldızlar belirli bir desen ve sırayla serbest bırakılır.
- Seri patlama gücü: Patlama düzeneği, havai fişeğin merkezinde bulunan daha büyük miktarda patlayıcı maddedir. Zamanlama fitili patlama yüküne ulaştığında ateşlenir ve havai fişeğin patlamasına neden olur. Bu patlama yıldızları belirli bir düzende serbest bırakır ve gökyüzünde renkli bir görüntü oluşturur.
