您当前的位置 :科普天津 > 科学乐活 > 答疑解惑 正文
将图片的说明文字显示在图片之上且背景半透明效果
将图片的说明文字显示在图片之上且背景半透明效果
将图片的说明文字显示在图片之上且背景半透明效果
将图片的说明文字显示在图片之上且背景半透明效果
你见过蓝色的烟花吗?
发布时间: 2017-12-27 16:49  来源: 科学人
 

  从元旦到春节,喜庆的节日总少不了烟花装点。虽然今年已经不让在外环线内燃放烟火,不妨回忆一下,你曾在烟花中看到过哪些色彩和效果?红色、绿色、黄色以及银白色的闪光,这大概是其中最常见的几种。那么,蓝色呢?似乎没什么印象?

  在烟花中,蓝色确实是种特别的存在。至少在那些可供个人燃放的小型礼花弹中,几乎找不到它的身影。蓝色为什么没有成为烟花中的流行色?了解烟花背后的化学,我们就能从中找到答案。

  图片来源:123rf.com.cn正版图片库

  

基本配方:氧化剂+“燃料”

  从化学的角度来看,烟花爆竹的基础是一场快速释放能量的氧化还原反应。无论是炸开的效果、声响,还是激发五彩斑斓的光芒,都要依靠化学反应释放的能量。

  在这个反应中,需要两种基本角色:氧化剂,以及用来烧掉的“燃料”。在我们所熟知的传统配方黑火药中,就是硝酸钾充当了氧化剂,木炭和硫作为“燃料”。

  用黑火药就足以做出传统的爆竹,而现代的彩色烟花对火药配方还有更多要求。通过改变氧化剂和“燃料”的种类,可以调整所达到的火焰温度,最终产生不同的效果。比如说,如果把燃烧的东西从虫胶之类的有机物改成金属镁,就能提高火焰温度,带来更耀眼的光。

  爆竹的结构比较简单,它们只需要在小纸筒中装上火药,在点燃引信后原地爆开。而烟花的结构和功能都要复杂得多——它们要先升到空中,在合适的高度爆开,再展示出色彩斑斓的效果。

  满足这些条件的东西一般被称为“高空礼花弹”,它的内部具有多层结构:下方装着一些用于推进升空的火药,并有一根延时引信通向中心。延时引信控制了礼花弹爆开的时机,当它引燃中间部分的爆炸药,就能让礼花弹整个爆开,让产生色彩、闪光的“效果颗粒”在空中绽放。

  礼花弹的结构。下方的火药用于推进升空,延时引信引燃中间部分的火药,让烟花在合适的高度炸开,散开负责产生效果的小颗粒。截图来自:Reactions

  

高难度的蓝色

  烟花的色彩来自不同类型的金属化合物,它们在高温中被激发,并释放出特定波长的光——对,简单理解就是焰色反应。锶盐可以为焰火染上红色,钙盐可以提供橘色,钡盐是亮绿色,而铜则是蓝色……等等,蓝色?铜的焰色反应不是蓝绿色吗?

  我想大家可能也会产生这样的疑问。我们在中学课本上学到的焰色反应很简单,只要拿来某种金属盐类在火上烧一烧,就会产生一种固定的颜色。但事实上,这是个更复杂的问题,火焰温度和阴离子(主要是氯)同样会产生影响。

 烟花色彩对应的“配料”,点击图片可查看大图。图片来自:Compound Interest

  当金属盐类遇到高温火焰时,它们首先会发生一些化学变化,产生游离的“发光体”(emitters),这些发光体在高温下被激发,然后其中的电子再跃迁回到基态,这时候就会发出特定波长的光。钠的标志性黄光来自原子光谱,而其他很多“发光体”却是一些在火焰中形成的简单分子。烟花的蓝色就是来自CuCl这种“发光体”的光谱。要想形成这种蓝光效果,需要有铜化合物和富含氯的烟花火焰(氯可以来自高氯酸盐之类的物质)。同时,火焰温度也必须恰到好处,才能让分子“发光体”形成并且保持稳定。对于蓝色的“发光体”,这一要求尤其严格,过高的火焰温度很容易将其破坏。因此,蓝色可以说是烟花中最难呈现的一种色彩。

  那么紫色呢?你或许会想到钾,但烟花生产者者可不会用它制造紫色,而是会把发出蓝光与红光的素材混合。回想一下焰色反应实验,我们就能找到这样做的原因:钾盐的焰色反应实在不够明显,还很容易被掩盖,我们总不能在烟火表演的时候也一人发块蓝色钴玻璃吧……

  镁、铝、钛之类的金属并不提供彩色的火焰,不过它们可以制造银白色的闪光效果。如果用上铁或者铁合金,还能得到橙黄色的火花。

  这样的火花就是通过燃烧金属得到的。图片来源:123rf.com.cn正版图片库

  

污染:烟花的阴暗面

  烟花的璀璨转瞬即逝,仿佛一眨眼就消失在风中——但是,它们不可能真的完全消失。繁华过后,烟花留下了数以亿计的微小颗粒,和一团复杂的化学混合物,这些遗留物也造成了不可忽视的污染问题。

  细颗粒物就是烟花燃放影响空气的一个重要方面。美国有研究发现,独立日焰火可以让附近监测站的PM2.5浓度上升370%之多。而在中国,春节时的烟花爆竹燃放更是会导致大气污染物浓度急剧上升,甚至影响到几十千米以外的地区。二氧化硫、氮氧化物等气体污染物同样会随着燃放而产生。尤其在本身就雾霾频发的地方,再去集中燃放烟花就更加糟糕了。

  那些为烟花增加效果的金属盐类也一样会成为污染物,有害的金属化合物颗粒会随着烟花的爆炸而扩散。在一些烟花中充当氧化剂的高氯酸盐也是环境科学家们担忧的对象,它们可能会污染附近的水体。

  现在,也有研究者在研制对环境影响较小的烟花,例如用更安全的物质替换掉配方中的高氯酸盐。不过,这距离消除烟花的“阴暗面”还相差很远。

  正因为如此,我总对烟花怀有一种复杂的情绪。小区里此起彼伏的鞭炮声或许惹人厌,但盛大的焰火表演却总是难免触动心弦。灿烂的节日焰火能否变得更加安全无害?这个问题就要交给化学家们来解答了。

  温馨提示:除了空气污染,人身安全也是燃放烟花爆竹格外需要注意的问题。今年也不让在外环线内燃放烟火了,大家可以寻找其他方式享受节日的喜庆!

  作者:窗敲雨

 
   
责任编辑: 高雅  
 
 
 
· 窗户也能吸收太阳能:科学家研...
· 骨头上长“刺”了,到底要不要...
· 为什么小时候打针打在屁股上,...
涨知识!十九大报告中,总...
喝酒能致癌,这回...
“神奇”的枯树枝...
电动牙刷比传统牙...
牛油果有减肥、美...
 

版权所有:天津市科普发展中心

备案号:津ICP备11003558号-1