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       你見過藍色的煙花嗎?
      字體: 發表日期:2017-02-02 15:59 評論:0 點擊:1097
      本文版權屬于果殼網([color=rgb(70,182,182)][size=14px]guokr.com[/size][/color]) [color=rgb(70,182,182)][size=14px]窗敲雨[/size][/color] [color=rgb(184,184,184)][size=14px]發表于 2017-01-26 09:59[/size][/color][color=rgb(51,51,51)][size=16px][size=16px][p=30, null, left][size=16px]從元旦到春節,喜慶的節日總少不了煙花裝點。回憶一下,你曾在煙花中看到過哪些色彩和效果?紅色、綠色、黃色以及銀白色的閃光,這大概是其中最常見的幾種。那么,藍色呢?似乎沒什么印象?[/size][/p][p=30, null, left][size=16px]在煙花中,藍色確實是種特別的存在。至少在那些可供個人燃放的小型禮花彈中,幾乎找不到它的身影。藍色為什么沒有成為煙花中的流行色?了解煙花背后的化學,我們就能從中找到答案。[/size][/p][align=left][size=14px][img=0,335]http://3.im.guokr.com/cQCwq0jTOdKMj1iBU32dY0lwgoo0XHrjLZCL0y7LSQpOAwAANgIAAEpQ.jpg?imageView2/1/w/640/h/428[/img]圖片來源:[color=rgb(70,182,182)][size=14px]123rf.com.cn[/size]正版圖片庫[/size][/color][/align]基本配方:氧化劑+“燃料”[p=30, null, left][size=16px]從化學的角度來看,煙花爆竹的基礎是一場快速釋放能量的氧化還原反應。無論是炸開的效果、聲響,還是激發五彩斑斕的光芒,都要依靠化學反應釋放的能量。[/size][/p][p=30, null, left][size=16px]在這個反應中,需要兩種基本角色:氧化劑,以及用來燒掉的“燃料”。在我們所熟知的傳統配方黑火藥中,就是硝酸鉀充當了氧化劑,木炭和硫作為“燃料”。[/size][/p][p=30, null, left][size=16px]用黑火藥就足以做出傳統的爆竹,而現代的彩色煙花對火藥配方還有更多要求。通過改變氧化劑和“燃料”的種類,可以調整所達到的火焰溫度,最終產生不同的效果。比如說,如果把燃燒的東西從蟲膠之類的有機物改成金屬鎂,就能提高火焰溫度,帶來更耀眼的光。[/size][/p][p=30, null, left][size=16px]爆竹的結構比較簡單,它們只需要在小紙筒中裝上火藥,在點燃引信后原地爆開。而煙花的結構和功能都要復雜得多——它們要先升到空中,在合適的高度爆開,再展示出色彩斑斕的效果。[/size][/p][p=30, null, left][size=16px]滿足這些條件的東西一般被稱為“高空禮花彈”,它的內部具有多層結構:下方裝著一些用于推進升空的火藥,并有一根延時引信通向中心。延時引信控制了禮花彈爆開的時機,當它引燃中間部分的爆炸藥,就能讓禮花彈整個爆開,讓產生色彩、閃光的“效果顆粒”在空中綻放。[/size][/p][align=left][size=14px][img=0,316]http://1.im.guokr.com/eGZ3OEaa3Noce6DwwTLADOjjHyE3XGbMu5Ps9P4W-3tOAgAAPAEAAEpQ.jpg[/img] 禮花彈的結構。下方的火藥用于推進升空,延時引信引燃中間部分的火藥,讓煙花在合適的高度炸開,散開負責產生效果的小顆粒。截圖來自:[color=rgb(70,182,182)][size=14px]Reactions[/size][/size][/color][/align]高難度的藍色[p=30, null, left][size=16px]煙花的色彩來自不同類型的金屬化合物,它們在高溫中被激發,并釋放出特定波長的光——對,簡單理解就是焰色反應。鍶鹽可以為焰火染上紅色,鈣鹽可以提供橘色,鋇鹽是亮綠色,而銅則是藍色……等等,藍色?銅的焰色反應不是藍綠色嗎?[/size][/p][p=30, null, left][size=16px]我想大家可能也會產生這樣的疑問。我們在中學課本上學到的焰色反應很簡單,只要拿來某種金屬鹽類在火上燒一燒,就會產生一種固定的顏色。但事實上,這是個更復雜的問題,火焰溫度和陰離子(主要是氯)同樣會產生影響。[/size][/p][align=left][size=14px][img=0,224]http://1.im.guokr.com/emRPbOv8bEclxOWuk3ZCGo6j1NqXB85NmmESo6ZCCkoAAwAAHwEAAFBO.png?imageView2/1/w/640/h/239[/img]煙花色彩對應的“配料”,點擊圖片可查看大圖。圖片來自:Compound Interest[/size][/align][p=30, null, left][size=16px]當金屬鹽類遇到高溫火焰時,它們首先會發生一些化學變化,產生游離的“發光體”(emitters),這些發光體在高溫下被激發,然后其中的電子再躍遷回到基態,這時候就會發出特定波長的光。鈉的標志性黃光來自原子光譜,而其他很多“發光體”卻是一些在火焰中形成的簡單分子。煙花的藍色就是來自CuCl這種“發光體”的光譜。要想形成這種藍光效果,需要有銅化合物和富含****煙花火焰(氯可以來自高氯酸鹽之類的物質)。同時,火焰溫度也必須恰到好處,才能讓分子“發光體”形成并且保持穩定。對于藍色的“發光體”,這一要求尤其嚴格,過高的火焰溫度很容易將其破壞。因此,藍色可以說是煙花中最難呈現的一種色彩。[/size][/p][p=30, null, left][size=16px]那么紫色呢?你或許會想到鉀,但煙花生產者者可不會用它制造紫色,而是會把發出藍光與紅光的素材混合。回想一下焰色反應實驗,我們就能找到這樣做的原因:鉀鹽的焰色反應實在不夠明顯,還很容易被掩蓋,我們總不能在煙火表演的時候也一人發塊藍色鈷玻璃吧……[/size][/p][p=30, null, left][size=16px]鎂、鋁、鈦之類的金屬并不提供彩色的火焰,不過它們可以制造銀白色的閃光效果。如果用上鐵或者鐵合金,還能得到橙黃色的火花。[/size][/p][align=left][size=14px][img=0,333]http://1.im.guokr.com/XcQZNvhrHb08cLZUTqnKPM_liAtTs2exUGmgGMrKgZBQAwAANQIAAEpQ.jpg?imageView2/1/w/640/h/426[/img]這樣的火花就是通過燃燒金屬得到的。圖片來源:[color=rgb(70,182,182)][size=14px]123rf.com.cn[/size]正版圖片庫[/size][/color][/align]污染:煙花的陰暗面[p=30, null, left][size=16px]煙花的璀璨轉瞬即逝,仿佛一眨眼就消失在風中——但是,它們不可能真的完全消失。繁華過后,煙花留下了數以億計的微小顆粒,和一團復雜的化學混合物,這些遺留物也造成了不可忽視的污染問題。[/size][/p][p=30, null, left][size=16px]細顆粒物就是煙花燃放影響空氣的一個重要方面。美國有研究發現,[color=rgb(70,182,182)][size=16px]獨立日焰火可以讓附近監測站的PM2.5濃度上升370%之多[/size][/color]。而在中國,春節時的煙花爆竹燃放更是會導致大氣污染物濃度急劇上升,[color=rgb(70,182,182)][size=16px]甚至影響到幾十千米以外的地區[/size][/color]。二氧化硫、氮氧化物等氣體污染物同樣會隨著燃放而產生。尤其在本身就霧霾頻發的地方,再去集中燃放煙花就更加糟糕了。[/size][/p][p=30, null, left][size=16px]那些為煙花增加效果的金屬鹽類也一樣會成為污染物,有害的金屬化合物顆粒會隨著煙花的爆炸而擴散。在一些煙花中充當氧化劑的高氯酸鹽也是環境科學家們擔憂的對象,[color=rgb(70,182,182)][size=16px]它們可能會污染附近的水體[/size][/color]。[/size][/p][p=30, null, left][size=16px]現在,也有研究者在研制對環境影響較小的煙花,例如[color=rgb(70,182,182)][size=16px]用更安全的物質替換掉配方中的高氯酸鹽[/size][/color]。不過,這距離消除煙花的“陰暗面”還相差很遠。[/size][/p][p=30, null, left][size=16px]正因為如此,我總對煙花懷有一種復雜的情緒。小區里此起彼伏的鞭炮聲或許惹人厭,但盛大的焰火表演卻總是難免觸動心弦。燦爛的節日焰火能否變得更加安全無害?這個問題就要交給化學家們來解答了。(編輯:Mo)[/size][/p][align=left][backcolor=rgb(246,246,246)][size=16px]溫馨提示:除了空氣污染,人身安全也是燃放煙花爆竹格外需要注意的問題。請不要燃放超標煙花爆竹,保持安全距離,并戴好護目鏡。更多閱讀:[color=rgb(70,182,182)][size=16px]眼科醫生忠告:春節放炮,別讓眼睛受傷[/size][/color]。[/size][/backcolor][/align]參考資料:
      1. [color=rgb(70,182,182)][size=12px]Compound Interest-The Chemistry of Fireworks[/size][/color]
      2. [color=rgb(70,182,182)][size=12px]Compound Interest- The Chemistry of Sparklers[/size][/color]
      3. [color=rgb(70,182,182)][size=12px]The Dark Side of Fireworks – The Chemistry of their Environmental Effects[/size][/color]
      4. FIREWORKS: The Art Science and Technique, by Takeo Shimiz
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