כיצד נקבע צבעם של זיקוקי דינור?
01/05/2017
מה יותר מרגש ומפעים משילוב של אור, צבעים ורעש? זיקוקי דינור הם כמעט תמיד החלק המפעים ביותר בחגיגות. לכבוד יום העצמאות, בו בכל רחבי הארץ נהנה ממגוון גדול של מופעי זיקוקים, אנחנו שמחים להתייחס לפן המדעי של זיקוקי הדינור - ולעובדה המפתיעה כי אופן פעולתם מבוסס על לא פחות מאשר חוקי הפיזיקה הקוונטית.
מערכות קוונטיות - למשל אטומים, מולקולות וגבישים, לא יכולות להיות בעלות כל כמות אנרגיה שהיא, אלא רק אנרגיות מסוימות מאד, המתאימות למספר שלם, כלומר: 0,1,2,3 וכו' (למען הדיוק, מדובר רק במצבים קשורים, אבל לא נעסוק בכך כאן). אנו קוראים לכמות אנרגיה זו "רמת אנרגיה". באופן ספציפי, האלקטרונים באטום מסודרים באופן כזה בדיוק: כל אלקטרון יכול להימצא ברמת אנרגיה מסוימת, ולא יכול להיות בעל אנרגיה שהיא בין שתי רמות. למשל, הוא יכול להיות בעל אנרגיה 1 או 2, אבל לא 1.3, 1.5, 1.953 וכו'.
כאשר חומר מחומם, האלקטרונים שלו יקבלו אנרגיה, ו"יקפצו" לרמות אנרגיה גבוהות יותר. כאשר הם "יפלו" בחזרה לרמות האנרגיה הנמוכות, הם יפלטו את ההפרש האנרגטי בצורת פוטון, כלומר - אור. מכיוון שעבור פוטונים האנרגיה קובעת את הצבע שלהם (באופן מדויק יותר: האנרגיה קובעת את אורך הגל שלהם), לכל "נפילה" בין שתי רמות אנרגיה מסוימות אורך גל ייחודי, שמאפשר לזהות אותה.
זיקוקי דינור נושאים בראשם שכבות של חומר בעירה הדומה לאבק-שריפה, שביניהן נמצאות כדוריות דליקות. הכדוריות עשויות מתערובת המכילה, בין השאר, מלחים שונים הנותנים לבעירה את הצבע שלה (איור בתגובה הראשונה). מלחים עשויים מיונים חיוביים ויונים שליליים. היונים החיוביים במקרה הזה הם לרוב יוני מתכות: ליתיום, אשלגן, סטרונציום, באריום ועוד. כאשר היונים הללו מחוממים לטמפרטורות האופייניות לבעירה שכזו (בין 500 ל-1500 מעלות צלזיוס), הם פולטים כל אחד אור בצבע אופייני בשל ה"נפילה" האנרגטית שהזכרנו לעיל: אדום - מלחי סטרונציום, ירוק - מלחי באריום, כחול - מלחי נחושת, כתום - מלחי סידן, סגול - מלחי אשלגן, או תערובת של מלחי סטרונציום ונחושת, צהוב - מלחי נתרן.
(להרחבה על מנגנון פליטת הצבע בפוסט שלנו מחנוכה בשנה שעברה).
צבע לבן מופק בדרך כלל באמצעות בעירה של מתכות, שהיא חמה בהרבה ולכן פולטת אנרגיה בספקטרום רחב יותר. לרוב, ניצוצות מורכבים ממתכות כמו טיטניום או ברזל; בזמן בעירה, פולטות מתכות אלו בכל הכיוונים חלקיקים בוערים בקוטר של כמה מ"מ, מה שנראה לנו כניצוצות. אפקטים נוספים כגון שריקות, תזמון נכון של בעירה וצורות הנוצרות בזמן פיצוץ הזיקוקים הם עניין מורכב יותר - ונתייחס אליהם בפוסט אחר בעתיד.
יום עצמאות שמח!
נכתב על ידי פלג בר ספיר
תואר ראשון בכימיה מאוניברסיטת תל אביב, תואר שני בכימיה מהאוניברסיטה החופשית של ברלין (Freie Universität Berlin), עבודת מאסטר בשיתוף מכון מקס פלאנק לכימיה ביופיזיקלית בגטינגן, גרמניה.
