De kemiska processerna när en raket far iväg och sedan brister ut i dån och vackra färger är inte helt och hållet klarlagda. Däremot vet man, tack vare flera tusen års experimenterande, vad som fungerar.
Men frågan om varför fyrverkerier gnistrar och lyser i många färger - om än inte lika kraftigt i alla - fick inte svar förrän framåt mitten av 1900-talet. Kvantfysiken var nyckeln till förståelsen.
Att olika ämnen ger olika färger i fyrverkerier är tusenårig kunskap. Men man måste gå ända in i atomernas värld för att förstå varför.
Vi får börja med atomerna i de ämnen som ger upphov till fyrverkeriernas ljuseffekter. Och dessutom titta på dem innan laddningen har tänt.
De atomerna befinner sig i det lägsta energitillstånd de kan enligt naturens lagar. De har ingen energi att göra sig av med. Elektronerna susar runt i sin naturliga banor kring atomkärnorna.
Men när fyrverkerierna tänder uppe under natthimlen, händer det saker. Innan vi ser något och långt innan vi hör något, sker sådant som stör atomerna.
Kraftig värme
De kemiska reaktionerna i raketens laddning utvecklar kraftig värme. Värme är energi och den drabbar atomerna i raketens lysämnen. Atomerna får ta emot energi som gör att de hamnar i onaturliga tillstånd.
Energin tar de upp genom att elektronerna knuffas ut i banor längre ut från atomkärnorna. Naturen medger dock inte att elektroner snurrar runt i vilka banor som helst. De måste tillbaka i sina ursprungliga lopp. Men då måste de också göra sig av med den extra energi de har fått.
Allt det som hittills har hänt med fyrverkeriet har vi inte kunnat se. Men när elektronerna trillar in i sina normala banor syns det. Då blixtrar, glöder och glimmar det.
För när elektronerna återgår till sina naturliga positioner sänder de ut den energi de fick från värmen i fyrverkeriladdningen som ljus. Atomerna är tillbaka i sina grundtillstånd.
Förklaringen till färgerna ligger i atomernas värld
Nästa fråga blir naturligtvis, varför färgerna blir just de de blir. Varför blir det blått av koppar och gult av natriumsalter?
Åter måste man kika in i atomernas värld för att få förklaringen.
När elektronerna tar hand om den energi som slår emot atomerna i lysämnena, då hoppar de inte ut i vilka banor som helst. Naturen har lagar både för vilka banor elektronerna ska befinna sig i och till vilka de kan hoppa om atomerna skulle tillföras energi. Elektroner kan dessutom bara knuffas ut i en annan bana om den energi de mottar stämmer exakt med den som behövs för hoppet.
De tillåtna elektronbanorna och de naturliga tillstånden varierar mellan olika grundämnen. Sålunda varierar också de energimängder som behövs för att knuffa ut elektronerna i andra banor från ämne till ämne.
Och med det är vi framme vid förklaringen till de olika färgerna.
För när elektronerna har bytt banor har de också tagit hand om olika mycket energi beroende på vilka hopp de gjort. När de sedan återvänder till sina naturliga omlopp, har de också olika mycket energi att stråla ut.
Olika mycket energi betyder också olika färg på ljuset. Blått ljus är energirikare än rött. Den elektron som tar ett långt skutt in till sin naturliga bana sänder ut blåare ljus än den som tar ett kort skutt, eftersom den senare tog upp mindre energi från början.
Och för att knyta ihop det hela. Elektronhoppen är olika från grundämne till grundämne. Sålunda sänder olika ämnen också ut ljus med olika färg, om de får de rätta tillskotten av energi utifrån (se faktaruta).
Blått svårast att åstadkomma
Blått är den färg som är svårast att åstadkomma i ett fyrverkeri.
- Man använder koppar för att få fram blå färg. Men lyskraften är ganska låg, förklarar Anders Hållinder på Göteborgs Fyrverkerifabrik, ett av Sveriges mera kända företag i fyrverkeribranschen.
- Förklaringen är att koppar är känsligt för värme. Färgen går mot vitt, ju högre temperaturen blir. Och redan i en normal fyrverkeripjäs kan det vara för varmt. Många andra färger förstärks om man tillsätter reaktionsämnen som höjer temperaturen. Effekten på koppar skulle dock bara bli den motsatta.
I alla tider har blått varit en stötesten och det har laborerats fram och tillbaka för att hitta lösningar.
- Över huvud taget är fyrverkerier något av kokkonst, säger Martin Hildeberg, den andra parten i Göteborgs Fyrverkerifabriks ägarduo.
- Man vet vilka kemiska substanser som ger önskat resultat men man kan inte rakt av räkna ut alla blandningsförhållanden. Till de matematiskt-kemiska formlernas recept måste man lägga erfarenhetens och hantverkets kryddor.
Kemiska formler utan kommentarer är för övrigt något som dessa båda proffs varnar för.
- Sådana finns att få tag på lite varstans. De kanske är korrekta vad gäller ingående ämnen och effekter men oftast finns inga upplysningar om stötkänslighet eller andra vanskligheter.
- Den som blandar efter sådan här recept kan råka verkligt illa ut.
Inte ens Göteborgs Fyrverkerifabrik sysslar med egna blandningar.
- Vi tar heller inte fram recept själva. Det kemiska sköter andra. Vi tipsar kanske någon gång om hur en viss effekt skulle kunna uppnås.
Datorstyrt eller inte
Skjuta fyrverkerier är duon Hållinder-Hildebergs specialitet - och denna nyårsafton klockan 17 fyrar de av GP:s eget fyrverkeri.
- Vi har vunnit ett antal tävlingar, både i Sverige och utomlands, berättar Martin Hildeberg.
Samtidigt visar han ett dataprogram med vars hjälp man kan synkronisera ett fyrverkeri med musik och sedan styra den verkliga uppskjutningen så att den sker exakt i takt med musiken.
Men alla fyrverkerier skjuts inte med dator.
- I många stora fyrverkerier tänder man grupper av pjäser elektriskt. Det vill säga elektriska tändare sätter fart på stubiner till det som ska skjutas iväg.
- Därmed blir det ett visst utrymme för slumpen, vilket kan förhöja effekten.
Apropå effekt så medger båda att det är något extra när det smäller ordentligt.
- Knallar som riktigt känns i magen ger den där hisnande känslan av kraft som bidrar till att göra fyrverkerier till fin underhållning.
Svartkrut oftast drivmedlet
Fin underhållning, ja - men resterna, röken och partiklarna? Hur fina eller fula är de?
Ämnena i fyrverkerier är inte sådana att miljöskyddets larmklockor ringer högt. Drivladdningarna, de som får upp pjäserna i höjden, är oftast svartkrut, likaså de laddningar som sätter fart på effekterna. Svartkrut består av kol, svavel och salpeter - det vill säga kaliumnitrat. Vidare kan själva ljuseffekterna ha förstärkts av klorhaltiga ämnen, till exempel polyvinylklorid.
Restprodukterna blir till största delen koldioxid, vattenånga, svaveloxider, lite saltsyra och stoft av metalloxider.
Några av avfallsämnena kan få miljömedvetna att höja på ögonbrynen, främst saltsyran och svaveloxiderna.
- Men, invänder Martin Hildeberg, det handlar om försumbara mängder. Vi har skjutit flera fyrverkerier på Stockholms vattenfestival och miljöförvaltningen där har tagit prover på luften och funnit spår av fyrverkerier men inte så stora att de haft någon betydelse.
- Kritiker har då och då fått för sig, att strontium, som ingår i vissa pjäser och åstadkommer röd färg, skulle vara radioaktivt och synnerligen farligt.
- Men pyroteknikens strontium är inte alls samma isotop av strontium som bildas vid kärnreaktioner. Det förra förekommer i naturen. Det är stabilt och strålar inte, vilket däremot den variant gör som bildas i kärnreaktioner.
Men det är skillnad på fyrverkerier och fyrverkerier. Somliga är miljövänliga, andra inte.
Stora evenemangsfyrverkerier är ofta renare än de som säljs till vanliga konsumenter. Något som ibland beror på beställarens miljömedvetenhet. Det framgår av luftmätningar som Stockholms miljöförvaltning gjorde vid millennieskiftets nyårsfyrverkerier.
- Det som privatpersoner skickar upp kan innehålla både bly och kvicksilver, säger Lennart Dock på Kemikalieinspektionen.
- Gemensamma regler för EU är dock under utarbetande och när de har trätt i kraft ska fyrverkeriröken vara märkbart renare än i dag.
