Vuurwerk sterretje: helderheid en kleur

[jkien]

Kindervuurwerk op de laatste dag van het jaar. Omdat ik benieuwd was of de helderheid van een brandend 'sterretje' ongeveer gelijk is aan die van een gloeidraad (in een 60 W lamp) of die van de zon heb ik die objecten bekeken door een eclipsbril. Het brandende sterretje was het donkerst, en de zon het helderst. Dat klopt met de temperaturen volgens google: sterretje 1000 K, gloeidraad 3000 K, zon 6300 K.

Vervolgens naar de kleur gekeken, weer door de eclipsbril. Het brandende sterretje en zijn vonken zijn lichtoranje, vergeleken met de gloeidraad van de lamp. Volgens het onderstaande diagram uit wikipedia zou de kleur van een sterretje van 1000 K eigenlijk rood moeten zijn.
 

 
Met een zakspectroscoop is er een heldere gele emissielijn te zien bovenop het warmtestralingsspectrum, vermoedelijk van een natriumzout. Misschien verschuift die gele lijn de effectieve kleur van rood naar lichtoranje.
 

sterretje_spectrum.jpg (34.38 KiB) 1345 keer bekeken

 
 

[jkien]

Met de zakspectroscoop nu eens het spectrum bekeken van ander kindervuurwerk, een witte en een rode bengaalse lucifer. De witte brandt zoals een vonkend sterretje, en vertoont hetzelfde spectrum:

bengaalselucifer_wit1.jpg (65.99 KiB) 1346 keer bekeken

De rode bengaalse lucifer geeft het volgende spectrum:

bengaalselucifer_spectrum1.jpg (37.24 KiB) 1346 keer bekeken

 

Vuurwerk kan rood gekleurd worden door calcium en strontium.(1) Valt uit het spectrum af te leiden welke stof aan de rode bengaalse lucifer zijn vlamkleur geeft? Ter vergelijking hieronder de echte emissiespectra van calcium en strontium. Hoewel de vlam rood is lijkt de groene spectraallijn van de lucifer het meest geschikt voor de identificatie, die wijst erop dat het calcium is. Maar voor de rest is de gelijkenis van de spectra niet erg overtuigend.

Alkali.jpg (60.49 KiB) 1346 keer bekeken

(bron: wikimedia commons)
 
Tenslotte met een tralie (300 lijnen per mm) gekeken naar het spectrum van de wegvliegende vonken van de witte bengaalse lucifer. De foto laat zien dat de vonken geen gele spectraallijn vertonen, blijkbaar nemen de vonken dat natriumzout (of wat het ook is)  niet mee.

gele.lijn.bij.witte.lucifer.png (303.48 KiB) 1349 keer bekeken

Foto door tralie. Links het directe beeld (=nulde orde spectrum), rechts het eerste orde spectrum.
 
 

[Michel Uphoff]

Ziet er inderdaad niet zo overtuigend uit.
Je hebt geen schaal voor de frequenties of golflengtes (bij benadering desnoods)?

[jkien]

De golflengteschaal is variabel omdat de camera (telefoon) niet stevig vast zit op de spectroscoop, en omdat de zoomstand van de camera tot nog toe willekeurig is. Misschien is ijking van de golflengteschaal mogelijk met de onderstaande combinatiefoto die ik gemaakt heb met een spaarlamp en een gloeilamp. De bovenste helft is het spectrum van de combinatie van spaarlamp- en gloeilamplicht. De onderste helft is alleen de spaarlamp, zodat er meer spectraallijnen zichtbaar zijn. De golflengtes eronder zijn fluorescentieverlichtingsgolflengtes volgens internet. (1,2)
 

combi1.jpg (61.66 KiB) 1347 keer bekeken

 
Het is aardig om bij dit spectrum te bedenken dat de witte kleur van fluorescentielampen te danken is aan de zeldzame aarden europium (631, 611 en 587 nm) en terbium (487 nm), naast kwik (546, 436, 405 nm). Zeldzaam zijn europium en terbium dus juist niet, iedereen heeft ze overal in deze zichtbare vorm in huis en op het werk. Per fluorescentielamp is de hoeveelheid niet heel groot, circa 0.05 gram europium en 0.05 gram terbium.(3)

De ijkschaal loopt links eigenlijk door tot 0 nm, waar de spleet zichtbaar is zonder kleurschifting.

[jkien]

Met de primitieve ijking uit het vorige bericht wordt de schatting van de golflengtes van de rode bengaalse lucifer als volgt:
 

bengaalselucifer_spectrum.jpg (49.37 KiB) 1350 keer bekeken

Deze ijking lijkt de gelijkenis met spectra van bekende stoffen zoals calcium niet te verbeteren.

[jkien]

Ouderwetse bengaalse lucifers zijn nauwelijks meer verkrijgbaar. Wel de wat grotere bengaalse fakkels, ook met andere kleuren dan rood. Foto's van het spectrum dat ik met de zakspectroscoop zag heb ik hieronder weergegeven. Het spectrum van de rode fakkel is vrijwel gelijk aan dat van de rode lucifer, het spectrum lijkt op dat van de strontiumvlam in deze video. Het spectrum van de groene en de blauwe fakkel correspondeert met dat van de bariumvlam en de kopervlam in deze video's: 1, 2. Ergens had ik gehoopt dat groen en blauw bengaals vuur pure kleuren zou zijn, gedomineerd door een enkele sterke spectraallijn, zoals bij natrium. Zo simpel heeft het helaas niet mogen zijn, het zijn tamelijk breedbandige spectra.

Volgens wikipedia komen de vuurwerkkleuren van de volgende zouten:
Rood Strontium, Lithium SrCl2, LiCl
Oranje Calcium CaCl2
Groen Barium BaCl2
Blauw Koper CuCl2

De vuurwerkkleur is ongeveer gelijk aan de kleur die het metaalzout aan een vlam geeft, maar niet helemaal. De kopervlam is groen, niet blauw zoals het vuurwerk.