Pirotechnikai anyagok égése

Elvileg a pirotechnikai elegyek égési folyamata nem különbözik lényegesen a közönséges égéstől. A pirotechnikai elegy jól összekevert szilárd vegyületeket, oxigénforrásként oxidálóanyagot valamint redukálóanyagot (égőanyagot) tartalmaz. A gyulladás akkor történik meg, amikor valamilyen energiaforrás (láng, súrlódás, ütődés, szikra, magas hőmérséklet, stb.) a pirotechnikai elegy alkotórészeinek kötéseit felbontja. Ennek következtében újabb, stabilabb kötések alakulnak ki, és energia szabadul fel. Ha ez az energia elégséges a keverék következő rétegének aktiválásához, a reakció folytatódik. Ha azonban az energia a környezetben elnyelődik, vagy mennyisége nem elegendő a szomszédos réteg aktiválásához, a reakció leáll. Megfelelő mennyiségű hő hatására elektronátadás, vagyis egy oxidációs-redukciós folyamat játszódik le a rétegek között. Az éghető anyag atomjai elektronokat adnak át az oxidálószer atomjainak. A folyamat során az égő anyag atomjai megkötik az oxidálószerből felszabadított oxigénatomokat, és stabil vegyületet képeznek. Az újonnan létrejövő kémiai kötések jóval stabilabbak, azaz kisebb energiatartalmúak, ezért a folyamat során hő formájában energia szabadul fel. Égéskor ugyanez a folyamat játszódik le. Ám míg az égéshez szükséges oxigén a levegőből származik a pirotechnikai keverékek az oxigént magukban hordozzák.

A szilárd elegyben csak nagyon lassú, a diffúziótól függő felületi reakciók játszódnak le. Gyújtáskor a lángban a keverék alkotórészei olvadásnak és párolgásnak indulnak. Ilyenkor az oxidáló és égőanyag elegyedik egymással, ami a reakció felgyorsulásához és még hevesebb energiafelszabaduláshoz vezet.

Egy pirotechnikai elegy alkalmazhatósága alapvetően a keverékben levő két fő összetevő reakcióképességétől függ. Az égőanyag reakcióképessége szoros kapcsolatban van az oxigénnel való egyesülése során felszabaduló hővel.

Az oxidálószer reakcióképessége két tényezőtől függ: a bomlási hőmérséklettől és a bomlási hőtől. A bomlási hőmérsékletet elérve az oxidálószer nagy mennyiségű oxigént ad le. A bomlási hő az oxidálószer elbomlásához és az oxigén leadásához szükséges hőmennyiség. Ha az értéke pozitív, a bomláshoz hőfelvételre van szükség (endoterm folyamat), ha negatív a reakció hőt termel (exoterm).

Például a kálium-klorát alacsony, 360 oC hőmérsékleten exoterm folyamatban bomlik el. Igen reakcióképes és könnyen aktiválható. A másik véglet a vas-oxid, amely csak 1500 oC közelében, erősen endoterm reakcióban bomlik el. Aktiválásához éghető anyagként egy reakcióképes fémre, például alumíniumra van szükség.

A pirotechnikai elegy reakciósebessége a homogenitástól és a töltési módtól is függ. A keverék lefojtása, vagyis a hő és a keletkező gázok koncentrálása a reakció helyén, nagymértékbe gyorsítja a folyamatot. Egy elegy, amely szabadon csak mérsékelt sebességgel ég, lefojtva igen erőteljesen robbanhat. Minél homogénebb az oxidálóanyag és égőanyag keveréke, annál gyorsabb az égés. Például a folyadékok sokkal tökéletesebben elegyednek, mint a szilárd anyagok. A homogenitás akkor a legtökéletesebb, ha az anyagok atomi szinten keverednek egymással, és a gyújtás pillanatában az elektronfelvevő oxidálószer közvetlenül az elektront leadó atom vagy ion mellett helyezkedik el. Az ilyen aktív atomi keverékek valójában már robbanószerek és nem a pirotechnikához tartoznak, de a tulajdonságaikat meghatározó alapelvek hasonlóak. Ilyen például a nitroglicerin.

Legveszélyesebbek azok a pirotechnikai termékek, amelyek - bizonyos körülmények között - robbanásra is hajlamosak. Ilyenek például a klorátot a foszforral együtt tartalmazó elegyek, melyek veszélyességét azok rendkívüli dörzsérzékenysége is fokozza (pl.:papírlapon enyhe, puszta kézzel történő keverése is elegendő a robbanás kiváltásához). Ezért ezt az elegyet csak nedvesítve lehet előállítani és még nedvesen, szóródásmentesen kell papírszalagok közé ragasztani, majd megszárítani (így készül a "játékpisztoly" durranószalagja).
Szintén dörzsérzékenyek, de már megfelelő elővigyázattal kezelhetőek azok a termékek, melyek a klorát mellet ként, antimon-triszulfidot, fémport tartalmaznak.

A kloráttal ként is tartalmazó pirotechnikai termék önbomlásra is hajlamos, ezért ezt ma már nem használják. Régen voltak olyan gyufák, amelyeket úgy gyújtottak meg, hogy a fejen levő kálium-klorátos keveréket kénsavba mártották. A kén és kálium-klorát keveréke azonban rendkívül könnyen begyullad. Angliában már 1875-ben betiltották és az USA-ban sem használható fel kálium-klorát tűzijáték bombák készítéséhez. A korszerű receptúrák egyébként a klorátot egyre inkább kiküszöbölik vagy legfeljebb égő anyagokkal (pl.:szén, faliszt), kén nélkül keverve alkalmazzák, amely összetételben már nem robbanás, hanem csak lobbanásveszélyes és nem hajlamos az önbomlásra.

A korszerűen és gondosan elkészített pirotechnikai termékek - megfelelő elővigyázatosság mellett - felhasználás közben, valamint előírt csomagolásban, szállításnál és tárolásnál kezelésbiztosak, mechanikai hatásokra kevésbé érzékenyek. Hő hatására azonban minden pirotechnikai termék érzékeny, ezért tűztől és magasabb hőmérséklettől óvni kell őket. Ugyancsak gondot kell fordítani a száraz helyen történő tárolásra, mert nedvességre is érzékenyek.