Colorant pyrotechnique - Pyrotechnic colorant
Un colorant pyrotechnique est un composé chimique qui fait brûler une flamme avec une couleur particulière . Ceux-ci sont utilisés pour créer les couleurs dans les compositions pyrotechniques comme les feux d'artifice et les feux colorés . Les espèces produisant de la couleur sont généralement créées à partir d'autres produits chimiques au cours de la réaction. Les sels métalliques sont couramment utilisés; les métaux élémentaires sont rarement utilisés (par exemple le cuivre pour les flammes bleues).
La couleur de la flamme dépend du cation métallique; l'anion du sel a très peu d'influence directe. Les anions influencent cependant la température de la flamme, à la fois en l'augmentant (par exemple les nitrates, les chlorates) et en la diminuant (par exemple les carbonates, les oxalates), influençant indirectement la luminosité et la brillance de la flamme. Pour les additifs diminuant la température, la limite de colorant peut être d'environ 10 à 20% en poids de la composition.
Quelques exemples courants sont:
| Couleur | Nom du composé | Formule chimique | Remarques |
|---|---|---|---|
| rouge | Nitrate de strontium | Sr (NO 3 ) 2 | Commun. Utilisé avec des donneurs de chlore. Excellent rouge, surtout avec les combustibles métalliques. Utilisé dans de nombreuses compositions, y compris les fusées éclairantes . |
| rouge | Carbonate de strontium | SrCO 3 | Commun. Produit un bon rouge. Ralentit la combustion des compositions, se décompose en donnant du dioxyde de carbone. Ignifuge dans les poudres . Peu coûteux, non hygroscopique , neutralise les acides. Supérieur à l'oxalate de strontium en l'absence de magnésium. |
| rouge | Oxalate de strontium | SrC 2 O 4 | Se décompose en donnant du dioxyde de carbone et du monoxyde de carbone. En présence de carburant de magnésium, le monoxyde de carbone réduit les particules d'oxyde de magnésium, produisant du magnésium gazeux et éliminant le rayonnement du corps noir des particules de MgO, ce qui donne une couleur plus claire. |
| rouge | Sulfate de strontium | SrSO 4 | Commun. Oxydant à haute température. Utilisé dans les mélanges stroboscopiques et certaines compositions rouges à base de métal. |
| rouge | Chlorure de strontium | SrCl 2 | Commun. Produit une flamme rouge vif. |
| Orange | Carbonate de calcium | CaCO 3 | Produit une flamme orange. Donne du dioxyde de carbone lors de la décomposition. Souvent utilisé dans les feux d'artifice jouets comme substitut du strontium. |
| Orange | Chlorure de calcium | CaCl 2 | |
| Orange | Sulfate de calcium | CaSO 4 | Oxydant à haute température. Excellente source d'orange dans les compositions stroboscopiques. |
| Orange | Hydratée de sulfate de calcium | CaSO 4 (H 2 O) x * | |
| Or / Jaune | Poudre de charbon de bois | ||
| Jaune | Bicarbonate de sodium | NaHCO 3 | Compatible avec le chlorate de potassium. Moins de diminution de la vitesse de combustion que le carbonate de sodium. Incompatible avec le magnésium et l'aluminium, réagit en dégageant de l'hydrogène gazeux. |
| Jaune | Le carbonate de sodium | Na 2 CO 3 | Hygroscopique. Diminue considérablement la vitesse de combustion, décompose le dioxyde de carbone en évolution. Fortement alcalin. Colorant très efficace, peut être utilisé en petites quantités. Corrode le magnésium et l'aluminium, incompatibles avec eux. |
| Jaune | Chlorure de sodium | NaCl | Perd l'hygroscopicité lors du chauffage. Corrode les métaux. |
| Jaune | Oxalate de sodium | Na 2 C 2 O 4 | Non hygroscopique. Réagit légèrement avec le magnésium, pas de réaction avec l'aluminium. |
| Jaune | Nitrate de sodium | NaNO 3 | Agit également comme oxydant. Flamme brillante, utilisée pour l'éclairage. |
| Jaune | Cryolite | Na 3 AlF 6 | Un des rares sels de sodium non hygroscopique et insoluble dans l'eau. |
| Vert | Chlorure de baryum | BaCl 2 | |
| Vert | Chlorate de baryum | Ba (ClO 3 ) 2 | Vert d'exposition classique avec du carburant shellac. Sensible aux chocs et aux frottements. Oxydant. |
| Vert | Carbonate de baryum | BaCO 3 | Une jolie couleur lorsque le perchlorate d'ammonium est utilisé comme oxydant. |
| Vert | Nitrate de baryum | Ba (NON 3 ) 2 | Effet pas trop fort. Avec des donneurs de chlore donne une couleur verte, sans chlore brûle en blanc. Dans des compositions vertes généralement utilisées avec des perchlorates. |
| Vert | Oxalate de baryum | BaC 2 O 4 | |
| Bleu | Chlorure de cuivre (I) | CuCl | La flamme bleue la plus riche. Presque insoluble dans l'eau. |
| Bleu | Oxyde de cuivre (I) | Cu 2 O | Colorant bleu le moins cher. |
| Bleu | Oxyde de cuivre (II) | CuO | Utilisé avec des donneurs de chlore. Excellent dans les étoiles composites . |
| Bleu | Carbonate de cuivre | CuCO 3 | Meilleur lorsqu'il est utilisé avec du perchlorate d'ammonium . |
| Bleu | Carbonate de cuivre basique | CuCO 3 · Cu (OH) 2 , 2 CuCO 3 · Cu (OH) 2 | Se produit naturellement sous forme de malachite et d' azurite . Bon avec le perchlorate d'ammonium et pour les flammes à haute température avec présence de chlorure d'hydrogène. Pas facilement aéroporté, moins toxique que Paris Green. |
| Bleu | Oxychlorure de cuivre | 3CuO · CuCl 2 | Bon colorant bleu avec un donneur de chlore approprié. |
| Bleu | Paris vert | Cu (CH 3 COO) 2 .3Cu (AsO 2 ) 2 | Acétoarsénite de cuivre, vert émeraude . Toxique. Avec le perchlorate de potassium produit les meilleures couleurs bleues. Non hygroscopique. La poudre fine devient facilement en suspension dans l'air; danger d'inhalation toxique. |
| Bleu | Arsénite de cuivre | CuHAsO 3 | Presque non hygroscopique. Presque aussi bon colorant que l'acétoarsénite de cuivre. Toxique. Peut être utilisé avec des oxydants chlorates. |
| Bleu | Sulfate de cuivre | CuSO 4 · 5 H 2 O | Peut être utilisé avec des nitrates et des perchlorates. Acide, incompatible avec les chlorates. Avec le phosphore rouge en présence d'humidité libère de la chaleur, peut s'enflammer spontanément. Moins cher que l'acétoarsénite de cuivre. Le sulfate de cuivre anhydre est hygroscopique, peut être utilisé comme déshydratant. Avec le perchlorate d'ammonium, il produit une couleur bleue presque aussi jolie que celle que l'on peut obtenir avec l'acétoarsénite de cuivre. |
| Bleu | Métal cuivré | Cu | Rarement utilisés, d'autres composés sont plus faciles à travailler. Donne une jolie couleur bleue dans les compositions à base de perchlorate d'ammonium; mais réagit avec le perchlorate d'ammonium et libère de l'ammoniac en présence d'humidité. La composition doit être conservée au sec. |
| Mauve | Combinaison de composés rouges et bleus | Sr + Cu | |
| Mauve | Composés de rubidium | Rb | rarement utilisé |
| Argent / Blanc | Poudre d' aluminium | Al | |
| Argent / Blanc | Magnésium en poudre | Mg | |
| Argent / Blanc | Poudre de titane | Ti | |
| Argent / Blanc | Sulfure d'antimoine (III) | Sb 2 S 3 | |
| Infrarouge | Nitrate de césium | CsNO 3 | deux puissantes raies spectrales à 852,113 nm et 894,347 nm |
| Infrarouge | Nitrate de rubidium | RbNO 3 |
Le * indique que le composé brûlera en orange où x = 0,2,3,5.
Espèces rayonnantes
Malgré le grand nombre de donneurs d'ions métalliques, ils ne servent à former que quelques espèces atomiques et moléculaires utiles comme émetteurs de lumière.
Dans de nombreux cas, des donneurs de chlore doivent être ajoutés afin d'obtenir des couleurs suffisamment profondes, car les molécules émettrices souhaitées doivent être générées.
Certains émetteurs colorés sont de nature atomique (ex. Lithium, sodium). La présence de chlore et la réaction aux monochlorures peuvent en fait altérer la pureté ou l'intensité de leur couleur.
À des températures élevées, les atomes s'ioniseront. Les spectres d'émission des ions sont différents de ceux des atomes neutres; les ions peuvent émettre dans des plages spectrales indésirables. Par exemple, Ba + émet dans les longueurs d'onde bleues. L'ionisation peut être supprimée par l'addition d'un métal plus facile à ioniser avec une faible émission visible propre, par exemple le potassium; les atomes de potassium agissent alors comme donneurs d'électrons, neutralisant les ions baryum.
La couleur bleue est notoirement difficile à produire dans les feux d'artifice, car les composés de cuivre doivent être chauffés à une température spécifique pour que la nuance de bleu optimale soit produite. Ainsi, un bleu profond et riche est généralement considéré comme la marque d'un fabricant de feux d'artifice expérimenté.
Des précautions doivent être prises pour éviter la formation de particules solides dans la zone de flamme, qu'il s'agisse d'oxydes métalliques ou de carbone; les particules solides incandescentes émettent un rayonnement de corps noir qui provoque un «délavage» des couleurs. L'ajout d'aluminium augmente la température de la flamme mais conduit également à la formation de particules incandescentes solides d'oxyde d'aluminium et d'aluminium fondu. Le magnésium a moins d'effet et convient donc mieux aux flammes colorées; il est plus volatil que l'aluminium et plus susceptible d'être présent sous forme de vapeurs que de particules. La formation de particules solides d'oxyde de magnésium peut en outre être inhibée par la présence de monoxyde de carbone, soit par un bilan d'oxygène négatif de la composition en présence de combustibles organiques, soit par l'addition du colorant sous la forme d'un oxalate, qui se décompose en dioxyde de carbone et monoxyde de carbone; le monoxyde de carbone réagit avec les particules d'oxyde de magnésium en magnésium gazeux et en dioxyde de carbone gazeux.
| Couleur | Émetteur | Longueurs d'onde | Remarques |
|---|---|---|---|
| Jaune | Sodium ( ligne D ) | 589 nm | Très fort, surpasse les autres couleurs, évite la contamination |
| Orange | Ca Cl ( bandes moléculaires ) | les plus intenses: 591 à 599 nm et 603 à 608 nm, et autres | |
| rouge | Sr Cl (bandes moléculaires) | a: 617–623 nm b: 627–635 nm c: 640–646 nm |
L'espèce SrCl a tendance à être oxydée en SrO moins souhaitable; Les compositions contenant du strontium sont donc généralement formulées pour être déficientes en oxygène. |
| rouge | Sr OH (?) (Bandes moléculaires) | 600 à 613 nm | |
| rouge | Li (raies spectrales atomiques) | ||
| Vert | Ba Cl (bandes moléculaires) | a: 511–515 nm b: 524–528 nm d: 530–533 nm |
Des lignes de BaOH et BaO sont également présentes, émettant en jaune et vert jaunâtre (487, 512, 740, 828 et 867 nm pour BaOH, 549, 564, 604 et 649 pour BaO). Les lignes BaOH sont beaucoup plus résistantes que les lignes BaO. En l'absence de chlore, les lignes BaCl ne sont pas présentes et seules les lignes BaOH et BaO sont visibles.
|
| Bleu | Cu Cl (bandes moléculaires) | plusieurs bandes intenses entre 403 et 456 nm, moins intenses entre 460 et 530 nm | La faible énergie de dissociation des composés de cuivre entraîne la présence d'atomes de cuivre libres dans la flamme, émettant faiblement en vert (lignes entre 325 et 522 nm). En présence de chlore, du CuCl se forme, émettant fortement en bleu. À des températures plus élevées, le CuCl se dissocie et des raies de cuivre atomique sont présentes dans le spectre; CuO et CuOH sont également formés, émettant des bandes moléculaires à vert-jaune (535–555 nm) pour CuOH et à orange-rouge (580–655 nm) pour CuOH. Un contrôle adéquat de la température est donc nécessaire pour les compositions à combustion bleue. |
| Infrarouge | Particules de carbone | rayonnement du corps noir | Pour une bonne sortie infrarouge à large bande, des compositions produisant beaucoup de chaleur et de nombreuses particules de carbone sont nécessaires. La température de combustion doit être inférieure à celle des composés éclairant le visible. L'intensité du rayonnement émis dépend de la vitesse de combustion. La température peut être augmentée par l'ajout de magnésium . Une composition magnésium / téflon / viton est courante pour les fusées leurres de missiles . |
| Infrarouge | CO 2 (bandes moléculaires) | principalement 4300 nm | Produit par des carburants contenant du carbone. |
| Infrarouge | Cs (raies spectrales atomiques) | deux puissantes raies spectrales à 852,113 nm et 894,347 nm | Utilisé dans les compositions d'éclairage infrarouge. Le métal est évité dans les compositions pour empêcher la formation de particules lumineuses rayonnant dans le visible. |
| Infrarouge | Rb (raies spectrales atomiques) | raies spectrales dans le proche infrarouge | Utilisé dans les compositions d'éclairage infrarouge, moins couramment que le césium. |