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Grundlagen
Erklärung des Grundprinzips jeder pyrotechnischen Mischung

Oxidation

Die Oxidation ist die Reaktion, bei der ein Stoff mit Sauerstoff reagiert. Dies könnte z.B. die Verbrennung von Kohle an Luft sein:
C + O₂ --> CO₂
Bei den gängigsten dieser Reaktionen in der Pyrotechnik wird Energie frei, was sich in Form von Licht und Wärme äußert. Bei vielen Brennstoffen handelt es sich um organische Verbindungen, z.B. Zucker (C₁₂H₂₂O₁₁) oder verschiedene Harze. Ebenfalls häufig zum Einsatz kommen unedle (d.h. reaktionsfreudige) Metalle (z.B. Magnesium Mg, Aluminium Al, Eisen Fe, Titan Ti), die mit besonders hohen Temperaturen verbrennen.

Reduktion

Die Reduktion bezeichnet den entgegengesetzten Vorgang, d.h. wenn eine Verbindung Sauerstoff abgibt. Dies könnte z.B. die Zersetzung von Kaliumnitrat sein (hier vereinfacht):
KNO₃ --> KNO₂ + O
Die meisten Reduktionsreaktionen in der Pyrotechnik brauchen Energie um abzulaufen, die meist in Form von Wärme zugeführt wird. Bei diesen Verbindungen handelt es sich meist um anorganische Salze, die einen hohen Sauerstoffgehalt aufweisen. Dies können beispielweise Chlorate (XClO₃), Perchlorate (XClO₄) oder Nitrate (XNO₃) sein.

Redox-Reaktion:

Alle pyrotechnischen Mischungen basieren auf dem Prinzip der Redox-Reaktionen. Eine solche Redox-Reaktion erhält man durch Kombination einer Reduktion und einer Oxidation. Dabei gibt der eine Reaktionspartner Sauerstoff ab; dieser Sauerstoff oxidiert dann den Brennstoff (Bsp. C). Der Brennstoff heißt dabei Reduktionsmittel, da er den durch die Reduktion des ersten Partners frei gewordenen Sauerstoff aufnimmt; er selbst wird oxidiert. Entsprechend wird der erstere Stoff (Bsp. KNO₃) Oxidationsmittel genannt, da durch seinen Sauerstoff der andere Partner oxidiert wird; er selbst wird dabei reduziert.
Für pyrotechnische Mischungen gilt dabei, dass die bei der Oxidation freiwerdende Energie größer ist als die für die Reduktion aufzuwendende. Daher ist stets ausreichend Energie zur Reduktion verfügbar und der Überschuss wird in Form von Licht und Wärme an die Umgebung abgegeben.

Diese Mischungen werden nun durch verschiedene Zusätze verfeinert und bekommen dadurch ihren speziellen Effekt, anstatt einfach nur unter großer Energieabgabe schnell zu verbrennen. Der Effekt hängt allerdings nicht nur von den eingesetzten Stoffen, sondern auch von ihren Eigenschaften wie Korngröße ab: umso feiner die Stoffe sind, umso schneller verbrennt die Mischung.

Schwefel:

Die Grundlagenmischung stellt bereits die wichtigsten Komponenten des Schwarzpulvers dar: Das Reduktionsmittel (Brennstoff) Kohlenstoff in Form von Kohle und das Oxidationsmittel KNO₃. Dazu kommt jedoch noch Schwefel, S. Schwefel erfüllt zwei wichtige Zwecke in der Pyrotechnik:
Er senkt die Zündtemperatur und macht dadurch die Mischungen leichter entzündbar. Zudem erhöht Schwefel die Gasproduktion bei der Verbrennung, was insbesondere bei Schwarzpulver von großer Bedeutung ist.
Allerdings erhöht Schwefel auch die allgemeine Empfindlichkeit von Mischungen. Insbesondere in Verbindung mit Chloraten kommt es dabei zu höchstempfindlichen Mischungen, die sich bereits durch einen Hammmerschlag leicht entzünden lassen und dabei einen exterm lauten Knall hervorbringen. Zur Demonstration können eine kleine Spatelspitze Chlorat und Schwefel jeweils angefeuchtet und dann vorsichtig vermischt werden. In ein Papier eingewickelt lässt man die Mischung auf einer schlagfesten Unterlage trocknen, die dann durch Hammerschlag zur Explosion gebracht werden kann. Ohrenschutz tragen!

Farbgeber:

Die Farbgeber machen aus der Pyrotechnik erst das heute bekannte Feuerwerk. Bei ihnen handelt es sich um verschiedene Metalle, die sich dadurch auszeichnen, dass ihre Atome in der Hitze beginnen Licht einer bestimmten Wellenlänge und damit Farbe auszusenden. Diese Metallatome werden meist in Form von Salzen zugegeben, welche oft zugleich das Oxidationsmittel darstellen. Die gängigen Metalle sind:

Barium	Grün
Strontium	Rot
Natrium	Gelb-Orange
Calcium	Rot-Orange
Kupfer	Blau

Durch Kombination können nach dem Prinzip der additiven Farbmischung Mischfarben wie z.B. Lila (= Rot + Blau) erhalten werden. Genaueres dazu finden Sie im Artikel: "Flammfärbung".

Chlordonatoren:

Durch einfache Zugabe der flammfärbenden Salze erhält man meist nur sehr schwache Färbungen. Zu Verstärkung werden sogenannte Chlordonatoren eingesetzt. Dabei handelt es sich meist um organische Verbindungen mit einem hohen Chloranteil, z.B. PVC oder Parlon. In der Hitze zerfallen diese und geben Chlor und Chlorwasserstoff ab, die mit den Metallionen Chloride bilden. Diese Chloride weisen besonders günstige Färbeeigenschaften auf (siehe Artikel: "Flammfärbung").

Metalle:

Metalle dienen als Brennstoffe um unterschiedlichste Effekte hervorzurufen.
Feine Metallpulver setzen bei ihrer Oxidation sehr große Energiemengen frei und werden daher in sogenannten Flash-Mischungen verwendet. Gröbere Metallpulver dienen der Erzeugung von Funken: Aluminium und Titan erzeugen hellweise Funken, Eisen erzeugt orange Funken. Darüber hinaus spielen sie eine wichtige Rolle in einer Vielzahl weiterer Effekte, die auf Grund ihrer Komplexität extra erklärt sind (siehe Artikel: "Glitter" und "Blinksterne"). Viele Metalle reagieren mit Wasser und müssen zum Einsatz in manchen Mischungen daher phlegmatisiert werden (siehe Artikel: "Phlegmatisieren").
Beim Einkauf sind Metallpulver oft bereits phlegmatisiert. Da dies die Reaktivität senkt und u.U. unerwünscht ist, muss evtl. das Fett mit Benzin o.ä. ausgewaschen werden.

Bindemittel:

Schließlich kommen Bindemittel zum Einsatz. Diese dienen dazu, Mischungen in Form bringen zu können, z.B. um daraus Sterne herzustellen. Die bekanntesten Bindemittel sind Dextrin, Reisstärke, Red Gum, Schellack, Gummi arabicum, Parlon und NC-Lack (siehe Artikel: "Bindemittel"). Sie stellen meist auch einen Brennstoff dar oder übernemmen dessen Rolle oft auch komplett.

Katalysatoren:

Die Abbrandgeschwindigkeit pyrotechnischer Mischungen hängt nicht nur von der Partikelgröße der enthaltenen Stoffe ab, sondern lässt sich auch durch den Einsatz sogenannter Katalysatoren beeinflussen. Ein Katalysator ist in der Chemie allgemein ein Stoff, der den Ablauf einer Reaktion beschleunigt ohne dabei selbst verbraucht zu werden. In der Pyrotechnik sind solche Katalysatoren häufig Metalloxide. So beschleunigt z.B. rotes Eisenoxid oder noch besser braunes Eisenoxid den Abbrand von KNO₃/Sorbit-Mischungen enorm.

Stabilisatoren:

Die Aufgabe von Stabilisatoren ist genau das Gegenteil der von Katalysatoren: Stabilisatoren sollen unerwünschte Reaktionen unterdrücken. Das sind insbesondere Reaktionen, die während der Lagerung, meist in Verbindung mit Wasser (aus der Luftfeuchtigkeit, oder vom Verarbeiten der Mischung) ablaufen. Insbesondere Metalle werden schnell angegriffen: So dient z.B. Borsäure, eine sehr schwache Säure, dazu den pH-Wert im leicht sauren Bereich zu stabilisieren, denn im Alkalischen wird Aluminium sehr schnell, und unter der Gefahr von Selbstentzündung, angegriffen.
Magnesium dagegen darf nicht mit Säure in Kontakt kommen: Magnesiumhaltige Mischungen werden durch schwache Basen, Leinöl, das einen schützenden Überzug auf der Oberfläche bildet, oder durch giftiges Kaliumdichromat stabilisiert (siehe Artikel: "Phlegmatisieren").
Weiterhin werden Metallpulver oft mit Fetten (z.B. Stearinsäure) beschichtet (was ebenfalls "Phlegmatisieren" genannt wird), um die Reaktivität kontrolliert zu senken.

Allgemein gehören viele Stoffe nicht nur einer der Kategorien an sondern oft mehreren, z.B. Bariumnitrat, das sowohl Oxidationsmittel als auch als grünes Flammfärbungsmittel dient. Oder Parlon, das sowohl als Bindemittel als auch als Chlordonator fungiert.
Darüberhinaus gibt es noch viele seltener und nur vereinzelt genutzte weitere Zusatzstoffe, die teilweise spezielle Effekte erzielen.