Известно, что горение-это окислительно-восстановительная реакция, в которой одни (горючие) вещества окисляются, то есть соединяются с кислородом, а другие (окислители) — восстанавливаются. В форме горения могут протекать только высоко экзотермичные реакции, те, что сопровождаются выделением большого количества тепла. В большинстве случаев (и фейерверки — одни из них) горение сопровождается пламенем. О самом горении судят прежде всего по подвижной зоне реакции. Это зона высокой температуры — от 1 000 до 3 000 градусов, которая отделяет еще не прореагировавшие вещества от продуктов реакции. Пиротехнические составы сгорают отнюдь не мгновенно, а слоями, в которых подготовка к горению идет постепенно, путем теплопередачи из зоны пламени: местное повышение температуры в каждом слое вызывает его загорание.
Сам процесс горения и его теория чрезвычайно сложны. Множество факторов — выбор компонентов состава, их количественное соотношение, температура воздуха и другие — влияет на эффект горения фейерверка. Однако в первую очередь он зависит от пиротехнического состава.
В состав пиротехнической смеси входят источник кислорода (окислитель) и горючее вещество (восстановитель). Они представляют собой обычно отдельные твердые химические реагенты, которые должны быть механически смешаны. При нагревании происходит реакция с обменом электронами, или, иначе, окислительно-восстановительная реакция.
В ходе ее атомы горючего теряют электроны, которые переходят к атомам окислителя. Атомы горючего связываются с освобождающимися окислителем атомами кислорода, образуя стабильные продукты реакции. Поскольку новые химические связи характеризуются более высокой стабильностью, в ходе реакции выделяется энергия в форме тепла; аналогичный процесс имеет место при горении. Однако в этом случае кислород поступает из воздуха. Пиротехническая же смесь содержит кислород в себе самой, поэтому выделение тепла строго ограничено.
Пока пиротехническая смесь остается холодной и сухой, она, как правило, очень стабильна. Твердая смесь реагирует очень медленно по поверхности, причем скорость реакции определяется диффузией. При воспламенении смесь начинает переходить в жидкое и затем, в газообразное состояние в пиротехническом пламени, в результате чего горючее и окислитель перемешиваются. Такое смешение двух указанных компонентов ускоряет реакцию и в свою очередь еще сильнее усиливает процесс выделения энергии.
