19.12.2012

Goldener Regen und rote Blumen am Himmel

Wie die Farben ins Feuerwerk kommen

Am Himmel blaue Blumen, grüne Sterne, rote Ringe und silbriger Regen, unten am Boden die "Ohhhhs" und "Ahhhhs" der Zuschauer: Vom Feuerwerk geht seit Jahrhunderten eine große Faszination aus. Sucht man allerdings nach dem Geheimnis seiner Farben, stößt man schnell wieder auf viel Nüchternheit – denn es sind vor allem schnöde Metallsalze, die Farbe ins Feuer bringen.

Die physikalischen und chemischen Vorgänge bei einem Feuerwerk sind vielschichtig und oft nur im Ansatz verstanden. Foto: Thorsten Werner, CC-Lizenz
Feuerwerk, Foto: Thorsten Werner, CC-Lizenz

Wer das Prinzip eines Feuerwerks verstehen will, muss zuerst einmal zurück auf den Boden. Denn selbst die spektakulärste Höhenshow beginnt dort – und zwar meist in Kunststoffrohren, sogenannten Mörsern. Diese enthalten die Bomben, die häufigsten Feuerwerkskörper bei großen professionellen Feuerwerken. Raketen, die einen eigenen Antrieb haben und typischerweise an Silvester im Garten abgeschossen werden, sind bei Profis dagegen kaum gängig. Sie können nicht genug Gewicht für die häufig mehrfarbigen Effekte tragen und haben zudem eine nur schwer vorhersehbare Flugbahn. 

Und jetzt geht es los: Die Abschussladung – meist Schwarzpulver – am unteren Ende der kugel- oder zylinderförmigen Bombe wird gezündet und katapultiert den Körper in den Himmel. Gleichzeitig aktiviert sie den Verzögerungszünder, dessen Brenndauer exakt so eingestellt ist, dass er auf dem höchsten Punkt der Flugbahn das Innere der Bombe erreicht. Dieses enthält die zweite Portion Schwarzpulver, die Zerlegerladung. Explodiert sie, löst sie zwei der wichtigsten Vorgänge beim Feuerwerk aus: Sie lässt zum einen die eigentlichen Effektträger, genannt Sterne, nach außen fliegen und liefert zum anderen die Energie, die diese zum Abbrennen brauchen.

Das Metall in den verwendeten Salzen bestimmt die Farbe des Feuerwerks: Rottöne können unter anderem mit Strontium, Calcium oder Natrium erzeugt werden. Foto: Sandra Scherer, CC-Lizenz
Feuerwerk, Foto: Sandra Scherer, CC-Lizenz

Der Leuchtsatz, also das Stoffgemisch, aus dem die Sterne bestehen, ist das Herz des farbigen Feuerwerks. Er besteht aus der Kombination eines Oxidationsmittels wie beispielsweise Kaliumnitrat oder Kaliumperchlorat mit einem Reduktionsmittel wie Aluminium oder Magnesium. Beide reagieren miteinander und setzen dabei Energie frei: Sie erzeugen eine Flamme. Wie hell oder wie heiß diese Flamme wird, hängt von der Art der verwendeten Zutaten ab.

Erst jetzt kommt die Farbe ins Spiel. Denn die Energie des Feuers aktiviert den oder die ebenfalls im Gemisch enthaltenen Farbgeber. Dabei passiert, was bei farbigem Licht eigentlich immer passiert: Elektronen in den äußeren Schichten der Atome oder Moleküle werden durch die Energiezufuhr in einen angeregten Zustand versetzt und kehren nach kurzer Zeit wieder auf ihr Ausgangsniveau zurück. Dabei geben sie die zugeführte Energie wieder ab, und zwar in Form von Licht. Dessen Wellenlänge und damit dessen Farbe hängen von der Identität des Atoms oder Moleküls ab, denn jene bestimmt, wie weit der angeregte und der Ausgangszustand auseinanderliegen.

Beim Feuerwerk ist es das Metall in den verwendeten Salzen, das die Färbung der Flamme bestimmt. Strontium etwa erzeugt ein kräftiges Rot, Natrium färbt gelb-orange, Calcium eher rot-orange und Barium ist für Grün zuständig. Kupfer nimmt eine Sonderstellung ein: Die meisten Salze schaffen nur ein schwaches Grün oder ein blasses Blau. Wird aber ein sogenannter Farbverbesserer hinzugegeben, der für die Bildung kurzlebiger Verbindungen sorgt, kann Kupfer ein intensives Blau hervorrufen. Solche Farbverbesserer sind unter anderem Chlorverbindungen wie PVC, die als feines Pulver zugesetzt werden. Doch damit ist die Palette noch nicht erschöpft: Erfahrene Pyrotechniker können aus diesen Grundfarben im Prinzip jede Farbe des Regenbogens zusammenmischen.

Bei Blau sind häufig Kupfer und sogenannte Farbverbesserer im Spiel. Foto: Dirk@Vorderstrasse.de, CC-Lizenz
Blaues Feuerwerk, Foto: Dirk@Vorderstrasse.de

Neben Rot, Blau, Grün und Orange sind in Feuerwerken vor allem Gold und Silber außerordentlich beliebt – sei es in Form von glitzernden Funken, als kometenartiger Schweif oder einfach als zusätzlicher Effekt. Hier müssen die Techniker allerdings nicht auf ungewöhnliche Metallsalze zurückgreifen: Goldene und silberne Effekte sind nichts anderes als kleine Partikel, die in der Zündflamme verglühen. Die genaue Farbe hängt dabei von der Verbrennungstemperatur ab.

Niedrige Temperaturen erzeugen beispielsweise rötliches Gold, mittlere das typische gelbe Gold und sehr hohe silbrige bis weiße Töne. Alternativ kann auch die Wahl des zu verbrennenden Materials die Farbe beeinflussen. Kohlepartikel zum Beispiel ergeben beim Verglühen ein dunkles und Eisenpulver ein helles Gold. Aluminium verbrennt silbern und Titan in einem gleißenden Silber-Weiß.

Die Vielfalt der Farben ist also groß – die der Formen leuchtender Spuren, die sich mit den entsprechenden Körpern erzielen lassen, ebenso. Daraus eine Choreografie am Himmel zu zaubern, das liegt dann in der Kunst des Feuerwerkers. (ilb)

 

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