يعتمد عمل الشمعة الشرارية على أربعة عناصر أساسية. وبفضل التفاعل فيما بينها، ترتفع درجة الحرارة داخل هذه العصا المعدنية الرفيعة إلى أكثر من 1000 درجة مئوية، وهو ما يؤدي إلى ظهور تلك الشرارات اللامعة التي تميّزها وذلك بحسب موقع Naука Mail.
تُعد الشمعة الشرارية اليوم من أبسط رموز الاحتفالات، خصوصا في رأس السنة والمناسبات السعيدة: يتم إشعالها، تحريكها قليلا، الاستمتاع بمشهد الشرارات، ثم تنطفئ سريعا.
لكن خلف هذا المشهد البسيط، يحدث داخل السلك المعدني تفاعل فيزيائي كيميائي معقد في كل مرة تُشعل فيها الشمعة الشرارية.
العناصر الأربعة الأساسية في الشمعة الشرارية
على الرغم من أن هذه المواد عادية كلٌّ على حدة، فإن اجتماعها ينتج تفاعلا كيميائيا واضحا:
نترات الباريوم: تعمل كمادة مؤكسدة، وتوفّر الأكسجين اللازم لعملية الاحتراق.
مسحوق معدني (غالبا الألمنيوم أو المغنيسيوم): يحترق بشدة مطلقا كميات كبيرة من الطاقة الحرارية.
برادة الحديد أو الفولاذ: تتحول أثناء الاحتراق إلى شرارات متوهجة.
مادة لاصقة (الدكسترين أو النشا): تثبّت الخليط الكيميائي على السلك المعدني.
ولا يزال العلماء يعملون على تطوير هذه التركيبة وتحسينها، مع تسجيل براءات اختراع جديدة باستمرار.
كيف تتكوّن شرارات الشمعة الشرارية؟
لفهم كيفية تشكّل الشرارات، يجب تتبع مراحل التفاعل:
عند إشعال الشمعة الشرارية، تبدأ نترات الباريوم في التحلل، مطلقةً الأكسجين.
يتفاعل هذا الأكسجين مباشرة مع المسحوق المعدني، مسببا تفاعلا طاردا للحرارة ينتج عنه إطلاق طاقة كبيرة.
ونتيجة لذلك:
ترتفع درجة الحرارة داخل الخليط إلى نحو 1000 درجة مئوية.
تنصهر الجزيئات المعدنية جزئيا.
يتبخر جزء منها ويتأكسد، مما يؤدي إلى ظهور طبقة داكنة على السلك المعدني.
تبدأ الجزيئات الساخنة في التوهج وإصدار الضوء المرئي.
لماذا تصدر شرارات الشمعة الشرارية ضوءا؟
يُفسَّر هذا التوهج وفق قانون إشعاع الجسم الأسود، والذي ينص على أن أي مادة تُسخَّن إلى درجة حرارة مرتفعة تبدأ بإصدار ضوء مرئي.
وبحسب دراسات أجراها باحثون من الجامعة التقنية في كلاوستال ومعهد فراونهوفر في ألمانيا، فإن لون الشرارة يعتمد على درجة حرارتها فقط، وليس على تركيبها الكيميائي:
عند 500–600 درجة مئوية: توهج أحمر خافت.
عند 800–1000 درجة مئوية: توهج أحمر ساطع.
عند درجات حرارة أعلى من 1000 درجة مئوية: لون أصفر أو شبه أبيض.
لماذا تتطاير شرارات الشمعة الشرارية في كل الاتجاهات؟
يرجع ذلك إلى الغازات الساخنة الناتجة عن تحلل نترات الباريوم.
فعندما تتمدد هذه الغازات بسرعة، تقوم بدفع الجزيئات المعدنية المتوهجة إلى الخارج لمسافة قد تصل إلى 10–20 سنتيمترا.
وفي بعض الحالات، يحدث ما يُعرف بـالانفجار الدقيق، حيث:
تبرد القشرة الخارجية لجزيء الحديد بسرعة أكبر من الجزء الداخلي.
يرتفع الضغط داخل الجزيء.
تنفجر القشرة، فتتطاير شظايا معدنية دقيقة في جميع الاتجاهات.
هل الشمعة الشرارية آمنة؟
على عكس المفرقعات النارية، تحترق الشمعة الشرارية ببطء وبشكل متحكم فيه، لأن الخليط الكيميائي مطبّق في طبقة رقيقة على السلك المعدني.
أما في المفرقعات، فيحدث التفاعل بشكل شبه فوري.
ومع ذلك، لا تُعد الشمعة الشرارية آمنة تماما، إذ إن:
درجة حرارة الشرارات تتجاوز 1000 درجة مئوية.
يُنصح بالإمساك بها من طرفها السفلي فقط.
يجب إبعادها عن الوجه، والشعر، والملابس لتجنّب خطر الحروق.
