Những hóa chất được sử dụng trong pháo hoa

Khi đốt pháo hoa, hầu như chúng ta chỉ quan tâm đến những tia sáng rực rỡ mà ít ai quan tâm đến những phản ứng hóa học đằng sau đó. Vậy, những hóa chất nào được sử dụng để sản xuất pháo hoa? Hãy cùng KPTCHEM tìm hiểu ngay nhé!

Pháo hoa là “món ăn tinh thần” không thể thiếu trong dịp Tết, nhưng cũng tiềm ẩn nhiều nguy hiểm. Ảnh: Meersens.

Vào những dịp cận lễ Tết, pháo hoa luôn là món hàng “hot” trên thị trường được rất nhiều người săn lùng. Trước nhu cầu tiêu thụ lớn, nhiều người vẫn cố tình nhập “lậu” nhằm thu lợi bất chính bất chấp những quy định chặc chẽ trong việc mua bán mặt hàng này.

Mặc dù pháo hoa luôn gắn với lễ hội, Tết và những khoảnh khắc ăn mừng rực rỡ. Tuy nhiên, không phải đơn thuần mà pháp luật Việt Nam quy định rõ về việc cấm mua bán, sản xuất, kinh doanh pháo hoa trái phép, đồng thời quy định điều kiện rất chặt chẽ nếu muốn kinh doanh và sử dụng pháo hoa hợp pháp. Bởi phía sau những tia sáng lung linh đó là hàng loạt hóa chất được sử dụng để chế tạo pháo hoa có thể tiềm ẩn nhiều rủi ro cho sức khỏe và môi trường, thậm chí là cháy nổ gây thiệt hại nghiêm trọng nếu sử dụng, bảo quản hoặc tiếp xúc không đúng cách.

Pháo hoa hoạt động như thế nào?

Về bản chất, pháo hoa là một hệ phản ứng hóa học được kiểm soát chặt chẽ, trong đó các chất oxy hóa, nhiên liệu và chất tạo hiệu ứng được sắp xếp theo cấu trúc định sẵn. Khi được kích hoạt bằng ngòi đốt, phản ứng cháy diễn ra theo trình tự, tạo ra nhiệt, ánh sáng, màu sắc và âm thanh.

Một quả pháo hoa thông thường được cấu tạo gồm ngòi đốt, liều đẩy, các ngôi sao pháo hoa và vỏ pháo. Trong đó, liều đẩy có nhiệm vụ đưa pháo lên cao, trong khi các ngôi sao bên trong chứa hỗn hợp hóa chất tạo màu và ánh sáng. Cách bố trí các ngôi sao này quyết định hình dạng màn pháo khi bung nở trên bầu trời.

Các phản ứng hóa học bên trong pháo hoa được kích hoạt bằng ngòi đốt. Ảnh: BBC News.

Trong quá trình hoạt động, các chất oxy hóa sẽ giải phóng oxy giúp nhiên liệu cháy mạnh ngay cả trong điều kiện thiếu không khí ở độ cao lớn. Phản ứng oxy hóa diễn ra rất nhanh, sinh ra nhiệt lượng lớn và khí, làm vỏ pháo bị phá vỡ có kiểm soát, từ đó giải phóng các ngôi sao pháo hoa ra xung quanh. Nhiệt độ cao khiến các muối kim loại trong ngôi sao bị kích thích và phát ra ánh sáng có màu sắc đặc trưng, ví dụ: stronti tạo màu đỏ, bari tạo màu xanh lá, đồng cho màu xanh lam, canxi cho màu cam và natri tạo màu vàng. Ngoài ra, các kim loại như nhôm hoặc magie khi cháy sẽ tạo ra ánh sáng trắng chói và hiệu ứng lấp lánh mạnh mẽ.

Sau khi pháo hoa kết thúc, phản ứng hóa học để lại khói, bụi mịn, cặn kim loại và một số khí như sulfur dioxide hoặc oxit kim loại. Những sản phẩm phụ này có thể gây kích ứng mắt, đường hô hấp và ảnh hưởng đến môi trường nếu tiếp xúc nhiều.

Các loại hóa chất thường được dùng trong chế tạo pháo hoa

Khi đốt pháo hoa, hầu như chúng ta chỉ quan tâm đến những tia sáng rực rỡ mà ít ai quan tâm đến những phản ứng hóa học đằng sau đó. Thực tế, pháo hoa là tổ hợp của nhiều nhóm hóa chất khác nhau. Mỗi nhóm đảm nhiệm một chức năng riêng như cung cấp oxy, tạo màu, tạo ánh sáng hoặc duy trì phản ứng cháy. Trong đó bao gồm:

Nhóm chất oxy hóa mạnh

Đây là nhóm quan trọng nhất trong pháo hoa, giữ vai trò cốt lõi quyết định pháo hoa có cháy được hay không. Chúng bao gồm:

1. Kali nitrat (KNO3): Là chất oxy hóa truyền thống từng được sử dụng rộng rãi trong pháo hoa cổ điển, có ưu điểm là tương đối ổn định và dễ xử lý. Tuy nhiên, năng lượng giải phóng không cao và hiệu quả kém hơn so với các chất oxy hóa mới nên hiện nay vai trò của kali nitrat trong pháo hoa hiện đại đã giảm đáng kể, chủ yếu xuất hiện trong các loại pháo hoa truyền thống hoặc quy mô nhỏ.

2. Kali perchlorat (KClO4): Là chất oxy hóa phổ biến trong pháo hoa hiện đại nhờ độ ổn định cao và khả năng giải phóng năng lượng mạnh, giúp phản ứng cháy ổn định và hiệu quả hơn. Đồng thời, chất này ít nhạy cảm với ma sát và tạp chất hơn.

3. Strontium nitrate và bari nitrat là những chất oxy hóa đặc biệt vì chúng đóng vai trò kép. Ngoài việc cung cấp oxy cho phản ứng cháy, chúng còn góp phần tạo màu cho pháo hoa. Trong đó, strontium nitrate tạo màu đỏ, và bari nitrat tạo màu xanh lá. Dù hiệu quả về mặt thị giác, các hợp chất này lại liên quan đến kim loại nặng, đặc biệt là bari, có thể gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe khi khói và bụi phát tán trong không khí.

Điểm chung của nhóm chất này là khả năng làm phản ứng cháy diễn ra nhanh, mạnh và khó dập tắt. Vai trò chính của chúng là cung cấp oxy cho phản ứng cháy, giúp pháo hoa phát sáng mạnh ngay cả trong điều kiện thiếu không khí, đặc biệt khi pháo được bắn lên cao.

Ban đầu, các chất oxy hóa thường không tự cháy, chỉ khi kết hợp với nhiên liệu và gặp nhiệt độ kích hoạt mới thúc đẩy phản ứng diễn ra rất nhanh, sinh ra nhiệt, ánh sáng và khí. Chính khả năng giải phóng oxy nhanh và mạnh khiến nhóm này được xếp vào loại hóa chất nguy hiểm, vì nếu mất kiểm soát phản ứng này có thể chuyển trạng thái sang cháy dữ dội hoặc nổ ngoài ý muốn.

Pháo hoa sử dụng nhiều nhóm hóa chất khác nhau để có thể cháy, tạo ra ánh sáng lấp lánh và màu sắc đẹp mắt. Ảnh: Viet Phi / Saigoneer.

Nhóm chất tạo ánh sáng

Nhóm này tạo ra các hiệu ứng chớp lóe với ánh sáng mạnh mẽ và lấp lánh đặc trưng của pháo hoa. Khi tham gia phản ứng cháy, các kim loại được sử dụng bị đốt nóng đến nhiệt độ rất cao, phát ra ánh sáng trắng hoặc ánh sáng cường độ lớn, làm tăng độ rực rỡ và khả năng quan sát khi pháo được bắn lên bầu trời tối trên cao.

1. Bột nhôm (Al): là kim loại được sử dụng phổ biến nhất trong pháo hoa hiện đại. Khi cháy, bột nhôm tạo ra ánh sáng trắng chói, hiệu ứng chớp mạnh và tia sáng kéo dài. Nhờ khả năng giải phóng năng lượng lớn, nhôm giúp pháo hoa trở nên nổi bật ngay cả ở khoảng cách xa.

2. Magiê (Mg): là thành phần tạo ra ánh sáng trắng cực mạnh với nhiệt độ cháy rất cao, từng được sử dụng nhiều trong pháo hoa và pháo sáng. Do tốc độ cháy nhanh và khó kiểm soát, magiê hiện nay ít được dùng trong pháo hoa dân dụng và thường được thay thế bằng nhôm hoặc các hợp kim an toàn hơn. Khói sinh ra từ magiê cháy cũng có thể gây kích ứng đường hô hấp nếu hít phải với nồng độ cao.

3. Hợp kim nhôm - magiê: Để cân bằng giữa độ sáng và mức độ an toàn, nhiều loại pháo hoa sử dụng loại vật liệu này cho ánh sáng mạnh nhưng ổn định hơn so với magiê nguyên chất, đồng thời giảm nguy cơ phản ứng quá mức.

Nhóm chất tạo màu

Các hóa chất trong nhóm này là yếu tố quyết định trực tiếp đến tính thẩm mỹ của pháo hoa. Màu sắc rực rỡ mà người xem quan sát được thực chất là ánh sáng phát ra từ các nguyên tử kim loại khi bị đốt nóng đến nhiệt độ cao. Mỗi kim loại hoặc muối kim loại sẽ phát ra ánh sáng với bước sóng đặc trưng, tạo nên các màu sắc khác nhau trên bầu trời.

• Hợp chất stronti: tạo màu đỏ đặc trưng trong pháo hoa. Đây là nhóm chất được sử dụng rất phổ biến vì cho màu sắc tươi và dễ nhận biết.
• Hợp chất bari: tạo ra màu xanh lá cây trong pháo hoa.
• Các hợp chất đồng: tạo ra màu xanh lam, một trong những màu khó ổn định nhất trong pháo hoa. Để giữ được màu xanh rõ nét, phản ứng cháy phải được kiểm soát chính xác về nhiệt độ.
• Hợp chất canxi: được dùng để tạo màu cam hoặc hỗ trợ ổn định màu sắc.
• Hợp chất natri: Natri tạo ra ánh sáng màu vàng rất mạnh. Do cường độ phát sáng cao, natri thường chỉ được sử dụng với hàm lượng nhỏ hoặc xuất hiện như tạp chất, bởi nếu quá nhiều có thể lấn át các màu khác và làm giảm hiệu ứng thẩm mỹ của pháo hoa.

Nhóm chất hỗ trợ cháy

Cuối cùng là nhóm chất gồm than củi và lưu huỳnh, chúng không tạo màu, không oxy hóa, mà đóng vai trò cung cấp năng lượng và hỗ trợ phản ứng cháy diễn ra ổn định. Trong đó:

• Than củi (carbon): Là nhiên liệu nền trong nhiều công thức pháo hoa truyền thống. Than củi cháy tương đối chậm, giúp duy trì phản ứng trong thời gian đủ dài để các hiệu ứng ánh sáng và màu sắc được thể hiện rõ ràng. Ngoài ra, than củi còn góp phần tạo hiệu ứng cháy lách tách và sinh khói.
• Lưu huỳnh: Có nhiệt độ bắt lửa thấp, giúp hỗn hợp pháo hoa dễ cháy và cháy đồng đều ngay khi được kích hoạt. Lưu huỳnh thúc đẩy phản ứng diễn ra nhanh hơn, đặc biệt trong các công thức thuốc súng đen. Tuy nhiên, khi cháy, lưu huỳnh tạo ra khí sulfur dioxide có mùi hắc, dễ gây kích ứng mắt và phổi. Vì vậy, trong pháo hoa hiện đại, hàm lượng lưu huỳnh thường được kiểm soát nghiêm ngặt hoặc giảm thiểu.

Tác động của pháo hoa đến sức khỏe và môi trường

Thông thường, mỗi giàn pháo hoa có thể bắn khoảng 5-7 phút. Tuy nhiên, dù mang lại giá trị giải trí và cảm xúc trong các dịp lễ hội, thứ ánh sáng lấp lánh ngắn ngủi ấy lại gây ra nhiều tác động to lớn với sức khỏe và môi trường.

Xác pháo vứt bừa bãi trên đường phố sau khi sử dụng. Ảnh: Cbechinie.

Tác động đến sức khỏe con người

Khói pháo hoa là hỗn hợp phức tạp gồm bụi mịn PM2.5, các oxit kim loại và khí độc. Khi hít phải, đặc biệt trong thời gian ngắn nhưng với nồng độ cao, khói pháo hoa có thể gây ra nhiều triệu chứng khó chịu.

Trước hết, các oxit lưu huỳnh như sulfur dioxide (SO2) là loại khí độc sinh ra từ lưu huỳnh có khả năng kích ứng mạnh niêm mạc mũi, mắt và đường hô hấp. Người tiếp xúc gần có thể gặp tình trạng cay mắt, ho, khó thở hoặc đau đầu. Với người có tiền sử hen suyễn, viêm phế quản hoặc bệnh phổi tắc nghẽn, pháo hoa có thể làm các triệu chứng trở nên trầm trọng hơn.

Bên cạnh đó, bụi mịn và cặn kim loại từ nhôm, đồng, bari hoặc stronti có thể xâm nhập sâu vào phổi. Việc tiếp xúc lặp lại, dù ở nồng độ thấp, vẫn tiềm ẩn nguy cơ ảnh hưởng lâu dài đến hệ hô hấp và tim mạch. Trẻ em, người cao tuổi và phụ nữ mang thai là những đối tượng nhạy cảm nhất với ô nhiễm không khí từ pháo hoa.

Ngoài tác động trực tiếp qua đường hô hấp, cặn pháo rơi xuống bề mặt da hoặc nguồn nước sinh hoạt cũng có thể gây kích ứng da và mắt nếu khu vực tiếp xúc không được làm sạch kịp thời.

Tác động đến môi trường

Sau mỗi đợt bắn pháo hoa, một lượng lớn cặn hóa chất và kim loại nặng lắng đọng xuống đất, mặt nước và không khí xung quanh. Các hợp chất bari, đồng và stronti không dễ phân hủy, có thể tích tụ trong đất và trầm tích theo thời gian, gây ảnh hưởng tiêu cực đến hệ sinh thái.

Ô nhiễm không khí là tác động dễ nhận thấy nhất. Nồng độ bụi mịn và khí độc tăng cao trong thời gian ngắn sau khi bắn pháo hoa, làm suy giảm chất lượng không khí cục bộ, đặc biệt tại các khu vực đô thị đông dân cư.

Đối với môi trường nước, cặn pháo hoa có thể theo mưa hoặc dòng chảy bề mặt đi vào ao hồ, sông suối. Kim loại nặng tích tụ trong nước có nguy cơ ảnh hưởng đến sinh vật thủy sinh và chuỗi thức ăn tự nhiên.

Ngoài ra, rác thải rắn từ vỏ pháo, giấy bọc và xác pháo chưa cháy hết cũng góp phần gia tăng áp lực xử lý chất thải sau các dịp lễ hội lớn. Nếu không được thu gom kịp thời, chúng có thể gây mất mỹ quan và ô nhiễm môi trường xung quanh.

Lưu ý an toàn khi tiếp xúc với pháo hoa

• Chỉ sử dụng pháo hoa hợp pháp, có nguồn gốc, hóa đơn rõ ràng và được cơ quan chức năng cho phép.
• Tránh tiếp xúc trực tiếp với khói pháo, đặc biệt ở không gian kín.
• Không tự ý tháo rời, sửa đổi hay tiếp xúc với thành phần bên trong pháo hoa.

Kết luận

Pháo hoa mang lại niềm vui và không khí lễ hội, nhưng cũng ẩn chứa nhiều hóa chất nguy hiểm nếu không được kiểm soát chặt chẽ. Hãy là người tiêu dùng thông minh, lựa chọn pháo hoa an toàn và tuân thủ đúng quy định để những khoảnh khắc ăn mừng luôn trọn vẹn.