Wow! Begini Cara Kimia Mewarnai Langit Saat Malam Tahun Baru

Kembang api adalah jenis bahan peledak dengan tingkat ledakan rendah yang biasanya digunakan untuk menghibur dan merupakan elemen dari area piroteknik. Piroteknik sendiri merujuk kepada sebuah disiplin yang melibatkan penggunaan bahan peledak, terutama untuk tujuan pencahayaan. Secara umum, kembang api menciptakan empat jenis efek, yaitu suara, cahaya, asap, dan kemampuan terbang. Kembang api dirancang untuk meledak dengan cara tertentu dan menghasilkan cahaya yang beragam warnanya, seperti merah, jingga, kuning, hijau, biru, atau ungu.

Kembang api mendapatkan warnanya dari senyawa logam (juga dikenal sebagai garam logam) yang dikemas di dalamnya. Anda mungkin tahu bahwa jika Anda membakar logam dalam nyala api panas (seperti pembakar Bunsen di laboratorium sekolah), mereka bersinar dengan warna yang sangat intens itulah yang terjadi di kembang api. Senyawa logam yang berbeda memberikan warna yang berbeda. Senyawa natrium menghasilkan kuning dan oranye, misalnya, garam tembaga dan barium memberi warna hijau atau biru, dan kalsium atau strontium berwarna merah.

        Dalam suatu pertunjukan besar, jenis kembang api yang sering dipakai adalah model shell. Komponen utama dari kembang api bertipe shell ini adalah bahan bakar dan stars yang terdiri dari oksidator, binder, dan pewarna yang akan memunculkan cahaya dengan warna yang spesifik. Stars adalah elemen kembang api yang menghadirkan pesona saat terjadi ledakan. Umumnya, struktur internal kembang api dapat dilihat pada berikut

Sumber: https://pin.it/D5cqg3IdN

Efek dari pola kembang api yang dihasilkan sangat bergantung pada penempatan stars di dalam shell. Sebagaimana terlihat pada tersebut, jika kita ingin menciptakan efek pancaran berbentuk lingkaran, maka stars harus disusun dalam pola melingkar. Sebaliknya, jika ingin menghasilkan efek pancaran dengan bentuk yang berbeda, posisi stars harus disesuaikan dengan bentuk yang diinginkan.

Kembang api dibuat dari berbagai bahan kimia. Warna-warna yang dihasilkan merupakan kombinasi yang rumit dari berbagai bahan kimia. Unsur yang sering digunakan untuk pembuatan kembang api antara lain adalah magnesium, natrium, fransium, litium, boron, kalium, kalsium dan berbagai oksidator. Misalnya, ini adalah contoh dari salah satu reaksi kimia yang mungkin terjadi ketika muatan mesin utama terbakar:

2KNO3 (potassium nitrat) + S (sulfur) + 3C (karbon dalam bentuk arang) → K2S (potasium sulfid) + N2 (gas nitrogen) + 3CO2 (karbon dioksida).

Sumber: https://www.explainthatstuff.com/howfireworkswork.html

Kembang api bisa sangat rumit dan berbagai jenisnya (roket, roda Catherine, dan sebagainya) bekerja dengan cara yang berbeda. Namun, secara sederhana, kembang api udara (yang dirancang untuk ditembakkan ke langit) memiliki lima bagian utama. Dimulai dari bawah ke atas:

1. Tongkat ("ekor"): Hal pertama yang Anda perhatikan adalah tongkat kayu atau plastik panjang yang menonjol dari bagian bawah yang memastikan kembang api melesat dalam garis lurus. Itu penting karena dua alasan. Pertama, agar kembang api melaju ke tempat yang Anda tuju dan tidak terbang ke arah yang acak, yang menyebabkan kebakaran, kerusakan properti, atau cedera. Kedua, karena membantu penyelenggara pameran untuk memposisikan efek kembang api dengan akurat dan presisi. Beberapa kembang api sekarang memiliki tongkat plastik berengsel sehingga dapat dijual dalam kotak yang lebih kecil dan lebih ringkas.
2. Sumbu pencetus (Fuse): Ini adalah bagian yang memulai pembakaran bagian utama kembang api (muatan) dan menyalakan sekering lain yang lebih kecil yang membuat bagian kembang api yang menarik dan berwarna-warni (efek) meledak beberapa saat kemudian. Dalam kembang api rumahan dasar, sekering utama terdiri dari selembar kertas atau kain yang Anda nyalakan dengan korek api atau pemantik rokok. Dalam pertunjukan kembang api umum yang kompleks, sekering dinyalakan oleh kontak listrik yang dikenal sebagai kepala sekering jembatan kawat. Ketika teknisi kembang api menekan tombol, arus listrik mengalir sepanjang kabel ke kepala sekering, membuatnya terbakar sebentar sehingga menyalakan sekering utama. Tidak seperti penyalaan manual, penyalaan listrik dapat dilakukan pada jarak yang cukup jauh, sehingga jauh lebih aman.
3. Muatan ("motor"): Muatan adalah bahan peledak yang relatif kasar yang dirancang untuk meledakkan kembang api ke langit, terkadang pada jarak beberapa ratus meter (1000 kaki atau lebih) dengan kecepatan hingga beberapa ratus km/mil per jam (secepat jet tempur). Biasanya terbuat dari bubuk mesiu yang sangat padat dan kasar (juga dikenal sebagai bubuk hitam). Secara tradisional, bubuk mesiu yang digunakan dalam kembang api terbuat dari 75 persen kalium nitrat (juga disebut sendawa) yang dicampur dengan 15 persen arang dan 10 persen sulfur, kembang api modern terkadang menggunakan campuran lain (seperti bubuk tanpa sulfur dengan kalium nitrat tambahan) atau bahan kimia lain sebagai gantinya. Perhatikan bahwa muatan hanya mengirim kembang api tinggi ke udara dan jauh dari penonton, itu tidak menghasilkan ledakan spektakuler.
4. Efek: Ini adalah bagian dari kembang api yang menghasilkan tampilan yang menakjubkan setelah kembang api berada di udara dengan aman. Satu kembang api akan memiliki satu efek atau beberapa efek, dikemas dalam kompartemen terpisah, menyala secara berurutan, dinyalakan oleh sumbu penunda waktu yang relatif lambat yang bekerja ke atas dan dinyalakan oleh sumbu utama. (Kembang api yang digambarkan di sini memiliki tiga efek.) Meskipun pada dasarnya hanya bahan peledak, efeknya sangat berbeda dari bahan peledak utama. Masing-masing terbuat dari bahan peledak yang lebih longgar dan lebih halus yang sering kali dibentuk menjadi "bintang" terpisah, yang membentuk ledakan kecil, individual, dan berwarna-warni dari kembang api yang lebih besar. Bergantung pada bagaimana setiap efek dibuat dan dikemas, efek tersebut dapat menciptakan satu ledakan bintang dengan sangat cepat atau melepaskan sejumlah besar kembang api mini ke berbagai arah, yang menyebabkan serangkaian ledakan yang lebih kecil dalam urutan yang menakjubkan dan telah ditentukan sebelumnya.
5. Kepala: Ini adalah nama umum untuk bagian atas kembang api yang berisi efek atau efek-efek (secara kolektif dikenal sebagai muatan—mirip muatan dalam roket luar angkasa). Terkadang kepala memiliki "kerucut hidung" yang runcing untuk membuat kembang api lebih cepat dan lebih aerodinamis serta meningkatkan peluangnya untuk meluncur dalam garis lurus, meskipun banyak kembang api yang hanya memiliki ujung tumpul

        Warna-warna dalam kembang api dihasilkan oleh senyawa logam (juga dikenal sebagai garam logam) yang dikemas di dalamnya. Ketika senyawa tersebut terbakar dalam suhu tinggi, seperti halnya logam yang dibakar pada nyala api Bunsen di laboratorium, energi panas menyebabkan elektron dalam atom logam tereksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi. Ketika elektron tersebut kembali ke keadaan dasarnya, energi dilepaskan dalam bentuk foton dengan panjang gelombang tertentu. Fenomena ini dijelaskan oleh teori emisi atom (atomic emission theory), yaitu teori yang menyatakan bahwa setiap unsur memancarkan cahaya dengan panjang gelombang khas berdasarkan perbedaan tingkat energinya. Karena itulah setiap senyawa logam menghasilkan warna cahaya yang berbeda dan tampak sangat intens. Setiap senyawa logam menghasilkan warna berbeda, misalnya senyawa natrium menghasilkan warna kuning dan jingga, garam tembaga dan barium memberikan warna hijau atau biru, sedangkan kalsium dan stronsium menghasilkan warna merah (Brain, 2023).

Sumber: https://cdn.kastatic.org/ka- perseusimages/b8cb777559d81c6a6640187549bcd3907ebf0573.png

Warna pada kembang api berasal dari unsur-unsur logam tertentu yang membentuk senyawa piroteknik. Saat kembang api meledak, suhu yang sangat tinggi membuat elektron dalam atom logam bergerak ke tingkat energi yang lebih tinggi. Ketika elektron tersebut kembali ke keadaan semula, mereka memancarkan cahaya dengan warna tertentu. Setiap unsur menghasilkan warna yang berbeda karena memiliki panjang gelombang cahaya yang khas. Misalnya, warna merah berasal dari unsur strontium, biasanya dalam bentuk strontium nitrat, yang memancarkan cahaya merah terang. Warna kuning dihasilkan oleh natrium dalam bentuk natrium klorida atau natrium nitrat, yang memiliki pancaran kuning yang sangat kuat. Warna hijau berasal dari barium, seperti barium klorida, sedangkan warna biru dihasilkan oleh tembaga, khususnya copper chloride, yang memancarkan cahaya biru pada suhu tertentu. Untuk warna ungu, biasanya digunakan campuran unsur kalium dan litium, karena cahaya keunguan dari kalium dan cahaya merah muda dari litium akan berpadu menjadi ungu. Perbedaan warna ini terjadi karena setiap unsur memiliki energi cahaya yang berbeda ketika dipanaskan.

Bahan kimia padat yang dimasukkan ke dalam wadah karton tidak sekadar menyusun ulang diri mereka menjadi bahan kimia lain: sebagian dari energi kimia yang terkurung di dalamnya diubah menjadi empat jenis energi lainnya, yaitu panas, cahaya, suara, dan energi kinetik gerakan. Berdasarkan hukum dasar fisika yang dikenal dengan hukum kekekalan energi (salah satu hukum ilmiah paling penting dan mendasar yang mengatur cara kerja alam semesta), total energi kimia yang ada dalam kembang api sebelum menyala haruslah sama dengan total energi yang tersisa setelah ledakan, ditambah dengan energi yang dilepaskan dalam bentuk cahaya, panas, suara, dan gerakan.

Kembang api merupakan aplikasi nyata dari prinsip-prinsip kimia, khususnya reaksi oksidasi-reduksi, yang menghasilkan energi dalam bentuk cahaya, suara, dan gerakan. Warna- warna yang muncul merupakan hasil eksitasi elektron dari senyawa logam tertentu yang dikemas dalam struktur piroteknik, seperti strontium untuk warna merah atau tembaga untuk warna biru. Efek visual dan pola ledakan ditentukan oleh konfigurasi geometris stars di dalam shell serta desain berlapis pada kerangka utama. Dengan demikian, pertunjukan kembang api tidak hanya menjadi bentuk rekreasi, tetapi juga merupakan hasil rekayasa kimia yang kompleks dan presisi.

DAFTAR PUSTAKA

        Brain, M. (2023). How fireworks work. Explain That Stuff.

        Brain, M., & Henderson, A. (2023). How fireworks work. HowStuffWorks. Hopkins, R (2015). The science behind fireworks. SciBytes. Nature.

        Khan Academy. (n.d.). Atomic emission spectrum / electron transitions.

        Russell, M. S. (2009). The chemistry of fireworks. The Royal Society of Chemistry.

Syuhada, A. F., Sugiharti, G., & Syafriani, D. (2022). Reaksi oksidasi reduksi dalam kembang api. CV. Eureka