Farbenpracht am Himmel – das bringt Feuerwerkskörper zum Leuchten

Sobald in der Silvesternacht das Feuerwerk beginnt, wird der Himmel übersät von bunten Leuchtkörpern. Sprühender Funkenregen, bunte Lichtfontänen, begleitet von lautem Knallen – all das gehört für viele Menschen zum Jahreswechsel, wie der Tannenbaum zu Weihnachten.

Aber wie genau entstehen diese Effekte?

Schwarzpulver – der Zündstoff für Silvesterraketen

Machen wir einen Sprung in die Vergangenheit. Schon im alten China füllten die Menschen Bambusrohre mit einem Gemisch aus Schwefel, Salpeter und Kaliumnitrat – fertig war der Böller. In Arabien entdeckte man im siebten Jahrhundert das Schwarzpulver, also den Zündstoff für Raketen.

Sobald Sie eine Rakete entzünden, laufen physikalische und chemische Prozesse ab. Der Kontakt des Schwarzpulvers mit dem Feuer führt zu einer exothermen chemischen Reaktion. Große Mengen an Gas werden sofort freigesetzt – dazu gehören Stickstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid.

Hier spielt die Form der Rakete eine große Rolle, denn die Gase können nur in eine Richtung entweichen und lassen sie abheben. Im Folgenden brennt, während die Rakete Richtung Himmel zischt, die Lunte im Inneren langsam weiter, bis sie den Hauptteil erreicht. In diesem befindet sich eine weitere Ladung Schwarzpulver, ergänzt um die Zutaten, die für die gewünschten Leuchteffekte sorgen.

Die Feuerwerksladung aus Metallsalzen

Hat die Rakete die optimale Flughöhe erreicht, entzündet sich die Feuerwerksladung, bestehend aus Metallsalzen wie Perchloraten, Chloraten und Nitraten. Auch reduzierende Substanzen wie Kohle oder Schwefel gehören dazu. Die Verbrennung lässt die Metallsalze reagieren, wodurch Stickstoffdioxid und Kohlenstoffdioxid entstehen. Starke Hitze und schnelle Gasfreisetzung sorgen für einen lauten Knall, die Schockwelle breitet sich schneller aus als der Schall – ein Überschallknall entsteht. Die Explosions-Energie regt die Elektronen der Metalle an, wodurch sie auf ein höheres Energieniveau springen. Erst wenn sie dieses Niveau wieder verlassen, geben sie die Energie in Form von Leuchteffekten wieder ab.

Wie aber kommt nun die Farbe ins Spiel? Und was bestimmt über die Form der Effekte? Die Form hängt sehr stark davon ab, wie die Metallsalze verpackt wurden. Für einen Sternenregen werden die Zutaten in kleine Kügelchen gepackt. Sie sorgen dafür, dass die Zutaten bei der Explosion länger zusammenbleiben und später in Form von kleinen Klümpchen leuchten.

Natürliche Elemente sorgen für Farbenspiel

Und nun zur Farbe. Die verwendeten chemischen Substanzen habe alle eins gemeinsam: Sie gehören der Alkalimetall- oder der Erdalkalimetallgruppe im Periodensystem der Elemente an. All diese Elemente kommen in der Natur nur in gebundener Form vor, denn ihr Atomaufbau gilt als sehr reaktionsfreudig. Dadurch nehmen sie Energie äußerst gut auf und geben sie anschließend in Form von farbigem Licht wieder ab. Kalium oder Natrium würden sich beispielsweise an der Luft selbst entzünden – aus diesem Grund werden sie überwiegend in gebundener Form genutzt.  

Und das sind die Stoffe, die dem Feuerwerk die Farbenpracht verleihen:

• Strontium – leuchtend rot
  Strontiumnitrat 
  Strontiumcarbonat
• Lithium – rot
  Lithiumchlorid
  Lithiumcarbonat
• Calcium – orange
  Calciumchlorid
• Natrium – gelb
  Natriumoxalat
• Kalium – violett
  Kaliumnitrat
• Magnesium – silber/weiß
  Magnesiumspäne
• Barium – grün
  Bariumnitrat
  Bariumchlorid
• Kupfer – blau-grün
  Kupferchlorid
  Kupferoxid