Pháo hoa ra đời thế nào, bí mật gì để có nhiều màu lấp lánh?

Quả "pháo" đầu tiên

Lịch sử của pháo hoa bắt đầu từ hàng nghìn năm về trước tại Trung Quốc vào vương triều nhà Hán (khoảng năm 200 trước Công nguyên). Loại "pháo" đầu tiên trong lịch sử được tạo nên khi ai đó vô tình ném những ống tre vào đống lửa đang cháy.

Những ống tre rỗng ruột chứa không khí bên trong, khi nhiệt độ tăng cao, lượng không khí giãn nở ra và áp suất bên trong ống tre tăng cao. Đến một lúc áp suất đủ lớn sẽ làm lớp vỏ tre vỡ tung và… "bụp". Ống trẻ nổ tung kèm theo tiếng nổ chính là loại "pháo" đầu tiên trong lịch sử.


Tuy không thể xác định thời gian chính xác, nhưng nhiều nhà sử học cho rằng hỗn hợp pháo đầu tiên (tiền thân của thuốc súng) được phát hiện tại Trung Quốc vào thời nhà Tùy và nhà Đường (khoảng năm 600 đến năm 900 sau Công nguyên). Rất có thể trong quá trình điều chế thuốc trường sinh bất tử, các đạo sĩ cổ đã vô tình trộn các hỗn hợp chứa lưu huỳnh, kali nitrat, mật ong và asen nitrit.

Các văn tự còn ghi lại rằng, khi vô tình đun trên ngọn lửa, hỗn hợp đột nhiên bốc cháy dữ dội, tỏa ánh sáng mạnh và tạo ra tiếng nổ lớn thiêu đốt cả bàn tay và khuôn mặt của một đạo sĩ. Người ta đặt tên cho hỗn hợp đầu tiên là "Diêu Châu" (Huo Yao) hoặc "thuốc cháy" hoặc "lửa hóa học".

Sau đó, người ta phát hiện ra rằng nếu cho "thuốc cháy" vào bên trong ống tre và ném vào ngọn lửa sẽ tạo ra vụ nổ mạnh hơn rất nhiều so với chỉ dùng ống tre tươi để đốt. Từ đó, viên pháo nhồi thuốc súng ra đời.

Chạy đua quân sự

Người Trung Quốc dần nhận thức rõ được sức sát thương mạnh mẽ của thuốc súng trong các thiết bị nổ. Đến thế kỷ thứ 10, họ bắt đầu sử dụng thuốc súng cho mục đích quân sự. Họ dùng thuốc súng để chế tạo các loại vũ khí gây nổ như bom thô và "các mũi tên lửa" (ống tre có nhồi thuốc súng được gắn kèm trên một mũi tên, sau đó đốt cháy và bắn vào quân địch).

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của thuốc súng, những viên pháo ngày càng được cải tiến. Thay vì sử dụng ống tre làm vỏ, người ta thay bằng loại giấy bồi cứng để nhồi thuốc súng bên trong

Từ cây thương lửa ban đầu, người ta phát triển nên súng thần công. Trong những năm 1200, súng thần công và tên lửa được sử dụng trong chiến tranh chinh phục châu Á của quân Mông Cổ.

Khoảng giữa thế kỷ 13, thuốc súng bắt đầu được lan truyền đến châu Âu thông qua các nhà ngoại giao, nhà thám hiểm và những Tu sĩ truyền giáo. Người có công du nhập thuốc súng vào châu Âu chính là các tu sĩ dòng Dominican và Phanxico. Các tu sĩ trở về từ Trung Quốc đã mang theo thuốc súng về trao cho Roger Bacon, một tu sĩ dòng Phanxio kiêm giáo sư tại đại học Oxford.

Tu sĩ Bacon trở thành người châu Âu đầu tiên nghiên cứu và ghi chép lại các tài liệu về thuốc súng. Ông biết rằng muối Nitrat chính là nguyên nhân của âm thanh khủng khiếp khi thuốc súng phát nổ. Ông bắt đầu cải tiến chất lượng của muối Nitrat tự nhiên trở nên tinh chế hơn nhằm tạo nên vụ nổ lớn hơn.

Dựa trên nghiên cứu của tu sĩ Bacon, các nhà khoa học châu Âu đã nỗ lực nghiên cứu tạo nên loại thuốc súng có sức mạnh lớn hơn rất nhiều. Người ta đã chế tạo ra những khẩu thần công to hơn, mạnh hơn, uy lực lớn hơn để có thể đẩy những quả bóng sắt to đùng tới một khoảng cách xa nhất có thể.

Thuốc súng trở nên phổ biến trong các cuộc chạy đua vũ trang của các quốc gia tại Châu Âu. Trong suốt những năm từ 1400 đến 1600, các tiến bộ trong lĩnh vực luyện kim đã tạo nên những khẩu súng thần công mạnh mẽ hơn, đồng thời cũng tạo nên các khẩu súng nhỏ hơn. Cuối cùng thì công nghệ vũ khí của châu Âu đã vượt xa Trung Quốc.

Phát triển pháo hoa

Trong khi các quốc gia châu Âu đua nhau áp dụng thuốc súng vào quân sự, người Ý lại bị quyến rũ bởi pháo hoa do nhà thám hiểm Marco Polo mang về từ phương Đông vào năm 1292. Trong thời kỳ Phục Hưng tại châu Âu (năm 1400 đến 1500), người Ý bắt đầu phát triển pháo hoa thành một môn nghệ thuật đích thực. Đây là giai đoạn sáng tạo nghệ thuật và biểu diễn nên đã có nhiều loại pháo hoa lần đầu tiên được chế tạo trong thời gian này.

Tên lửa quân sự được sửa đổi bằng cách thêm vào bột kim loại, muội than nhằm tạo nên vụ nổ chứa các tia sáng vàng và bạc trên bầu trời. Người Ý đã sáng tạo nên viên pháo hoa (viên pháo nhiều hình thù khác nhau chứa vật liệu nổ bên trong) và bắn lên độ cao tối đa trên không trung (người Trung Quốc cũng chế tạo nên lớp vỏ nhưng chỉ giới hạn ở hình cầu).

Từ những năm 1730, pháo hoa chính thức trở thành màn trình diễn công cộng cho mọi người dân tại Anh mà không chỉ dành riêng cho các thành viên hoàng tộc.

Ngày nay, phương pháp chế tạo cũng như trình diễn pháo hoa ngày càng được cải tiến theo sự phát triển của khoa học công nghệ. Pháo hoa được cải tiến một cách hiện đại hơn để tạo thành những hình dáng, màu sắc, âm thanh đẹp hơn và rực rỡ hơn. Ngoài ra, pháo hoa còn được điều khiển bởi hệ thống thiết bị điện tử nhằm kích hoạt pháo chính xác và an toàn hơn.

Pháo hoa lộng lẫy nhờ đâu

Theo Earth Sky, trong hóa học, muối là hợp chất ion được hình thành từ phản ứng giữa axit và bazơ. Phân tử muối trung hòa về điện gồm có ion dương và ion âm. Ví dụ muối ăn (NaCl) bao gồm ion dương (Na+) và ion âm (Cl-).

Muối kim loại sử dụng phổ biến ở pháo hoa là stronti cacbonat (pháo hoa đỏ), canxi clorua (pháo hoa màu da cam), natri nitrat (pháo hoa vàng), bari clorua (pháo hoa màu xanh lá cây) và đồng clorua (pháo hoa màu xanh da trời). Pháo hoa màu tím thường có sự kết hợp giữa hợp chất của stronti (đỏ) và đồng (màu xanh da trời).

Muối kim loại được nhét vào một viên to bằng quả mận bên trong pháo hoa gọi là "ngôi sao". Thuốc phóng và ống phóng đẩy quả pháo hoa lên cao trước khi nổ. Trong quá trình này, một ngòi nổ cháy chậm vào bên trong lõi pháo hoa khiến nó phát nổ, đốt cháy ngôi sao chứa muối kim loại.

Nhiệt lượng từ quá trình bốc cháy một phần bị những nguyên tử kim loại hấp thụ. Các electron quanh xung quanh quỹ đạo thấp của hạt nhân nguyên tử bị kích thích và nhảy lên mức năng lượng cao hơn. Khi nhiệt lượng tiêu tan, electron quay trở lại mức năng lượng thấp hơn hoặc trạng thái cơ bản, đồng thời giải phóng năng lượng dư thừa dưới dạng ánh sáng.

Ánh sáng truyền đi dưới dạng sóng. Các nguyên tử kim loại khác nhau tạo ra ánh sáng có màu sắc không giống nhau khi bị kích thích, bởi vì ánh sáng chúng tạo ra di chuyển ở những bước sóng khác biệt.

Khi muối kim loại phát ra ánh sáng có bước sóng ngắn nhìn thấy được, trong khoảng từ 400 đến 500 nanomet, chúng tạo ra màu tím và xanh dương. Bước sóng ánh sáng dài hơn (trong khoảng 600-700 nm) tạo ra màu da cam và đỏ. Bước sóng trung bình (500-600 nm) dọc theo quang phổ điện từ tạo ra màu vàng và xanh lá cây.

Hình khối biểu diễn pháo hoa phụ thuộc vào sự sắp xếp của các hạt cháy trong vỏ. Ví dụ, nếu các hạt được xếp đều nhau thành hình tròn và bột đen được đặt ở trong vòng tròn đó, bạn sẽ thấy trên không trung là các hạt cháy nổ đều nhau xung quanh vòng tròn.Một số hình khối của các dạng vỏ muiltibreak phổ biến hay sử dụng. Khi bạn chứng kiến một cuộc trình diễn pháo hoa, bạn sẽ biết tên của loại pháo hoa nào đang được bắn trên trời. Cây cọ: nổ thành hình sao chổi lớn, hoặc hình trụ hướng ra phía ngoài và sau đó phát nổ, cong xuống như lá của một cây cọ; Vỏ tròn: nổ thành dạng hình cầu, thường sử dụng các hạt sao màu sắc; Liễu: các cháy (tỉ lệ thành phần than đá cao khiến chúng cháy lâu ) rủ xuống như liễu và thậm chí có thể phát sáng đến tận khi rơi xuống đất; Hoa cúc: nổ theo hình hoa cúc.