Feuerwerk: Die Geschichte von Schall und Rauch

Für viele Menschen auf der ganzen Welt werden die ersten Momente des neuen Jahres vom Feuerwerk eingeläutet. Von lauten Knallern bis zu langen Pfiffen, von leuchtenden Rottönen bis zu blassen Blautönen – es gibt inzwischen tausende Varianten und einen ganzen Zweig der Chemie, der sich mit diesen Farbexplosionen beschäftigt.

Doch woher stammt das Feuerwerk eigentlich, wie funktioniert chemisch ein Feuerwerkskörper und was erzeugt die bunten Farben?

Sterne, die vom Himmel fallen

Das Feuerwerk ist eine Erfindung der alten Chinesen, wobei Einzelheiten zum Ursprung inzwischen verloren gegangen sind. Vermutlich wurde es um 800 n. Chr. entwickelt, um böse Geister mit lauten Geräuschen zu vertreiben, später um die Kaiser mit „glorreichem Lärm“ zu huldigen.

Bunt leuchteten die Feuerwerkskörper damals jedoch nicht. Zunächst wurden getrocknete Bambushalme ins Feuer geworfen, wodurch der laute Knall erzeugt wurde. Später stopfte man in die Röhren zusätzlich Schwarzpulver – eine weitere chinesische Erfindung –, wodurch der Knall noch lauter wurde.

Schießpulver und Feuerwerkskörper könnten unabhängig voneinander auch in Europa erfunden worden sein. Die Mehrheit der Wissenschaftler vermutet jedoch, dass die Mongolen im 13. Jahrhundert das explosionsfreudige Gemisch nach Mitteleuropa brachten. Der älteste Nachweis von Feuerwerk in Europa stammt von dem englischen Mönch Roger Bacon aus dem Jahr 1267. In seinem Buch „Opus maius“ schreibt er von Feuerwerkskörpern, die so hell sind wie Blitze und so laut wie Donnergrollen.

Im 15. Jahrhundert begannen italienische und spanische Städte, Feuerwerkskörper für Feiern zu verwenden. Auch im heutigen Deutschland zogen Männer in farbenprächtigen Kostümen durch die Stadt – ebenfalls begleitet von Feuerwerk.

Das größte der frühen europäischen Feuerwerke war jedoch sicherlich die sogenannte Girandola im späten 15. Jahrhundert. Hier wurde von der Engelsburg in Rom anlässlich der Wahl eines neuen Papstes ein Feuerwerk entzündet.

Das Gemälde „Feuerwerk auf der Engelsburg in Rom“ von Jakob Philipp Hackert (1737–1807). Foto: Gemeinfrei

„Auf ein Kanonensignal hin schossen die Künstler Feuerbälle in die Luft, die wie Sterne aussahen und schließlich zerplatzten“, erklärte der Historiker Simon Werrett vom University College London.

Die meisten Feuerwerke in dieser Zeit waren höfische Spektakel, die zur Feier der Fürsten und ihrer Taten veranstaltet wurden. Das Publikum staunte über diese Ereignisse, deren Herstellung ein kleines Vermögen kosten konnte. Erst im 20. Jahrhundert wurde das Feuerwerk zu einem Schauspiel aus vielen bunten Farben.

Unveränderte Rezeptur

Heute gibt es hunderte chemische Rezepte für Feuerwerkskörper, wodurch Farben und Spezialeffekte entstehen. Eines ist jedoch seit Jahrhunderten unverändert geblieben: die Grundzutat Schwarzpulver.

Das Gemisch aus Kaliumnitrat (Salpeter), Holzkohle und Schwefel ist notwendig, um den Feuerwerkskörper in die Luft zu schießen, zu zünden und die Farben und Muster in den Himmel zu zeichnen. Der Chemiker Paul E. Smith von der Purdue University, USA, erklärt die Funktionsweise einer Feuerwerksrakete wie folgt:

„Nach dem Anbrennen der Zündschnur schmilzt zunächst der Schwefel bei 112,8 Grad Celsius. Der Schwefel fließt über das Kaliumnitrat und die Holzkohle, die dann brennen. Bei dieser Verbrennungsreaktion entsteht schnell eine große Menge an Energie und Gas – mit anderen Worten: eine Explosion. Wenn es eine kleine Öffnung gibt, durch die das Gas entweichen kann, schleudert die Reaktion den Feuerwerkskörper in die Luft. In einem sehr engen Raum sprengt sie die Bestandteile des Feuerwerks auseinander und entzündet alles in der Nähe.“

Schwarzpulver besteht aus Salpeter, Holzkohle und Schwefel. Foto: RHJ/iStock

Die Öffnung zum Entweichen des Gases verursacht gleichzeitig den charakteristischen Pfeifton der Raketen. Die Geschwindigkeit des Gases und die Größe der Öffnung bestimmen dabei die Tonhöhe und den Klang des Geräusches. Einen Knall zu erzeugen, sei dagegen viel einfacher.

„Es genügt, eine energiereiche Formel in einen begrenzten Raum einzubringen, aus dem das Gas nirgendwo entweichen kann. Wenn es gezündet wird, baut sich der Druck auf und der Feuerwerkskörper explodiert, was einen schlagartigen Knall erzeugt“, so Smith.

Das Feuerwerk und seine Farben

Damit ein Feuerwerkskörper nicht nur laut ist, sondern auch leuchtet, müssen der explosiven Mischung weitere chemische Elemente zugegeben werden. Das Prinzip der Lichterzeugung bleibt jedoch bei allen Farben gleich.

So muss das Material grundsätzlich erhitzt werden, um die Energie in dessen Elektronen freizusetzen. Erst wenn genügend Elektronen anregt wurden, geben sie ihre überschüssige Energie als Licht in einer bestimmten Wellenlänge ab. Diese Elemente müssen enthalten sein, um bestimmte Farben zu erzeugen:

• Rot: Strontium oder Lithium
• Orange: Calcium
• Gelb: Natrium
• Grün: Barium, Tellur, Thallium oder Zink
• Blau: Kupfer, Arsen, Blei oder Selen
• Violett: Kalium, Cäsium oder eine Mischung aus Strontium und Kupfer
• Silber: Magnesium, Aluminium oder Titan
• Gold: Eisen oder Holzkohle

Nicht alle Farben von Feuerwerkskörpern lassen sich gleich leicht herstellen. „Blau ist die am schwierigsten zu produzierende Farbe. Das liegt daran, dass der Abendhimmel blau ist, was bedeutet, dass die meisten Blautöne nicht so gut zur Geltung kommen“, erklärte Chemiker Smith abschließend.