煙花背后有哪些神奇的“化學(xué)魔法”？

相信大家對煙花都不會感到陌生。新年的最初時(shí)刻，通常都是伴隨著煙花聲、炮竹聲，還有五彩繽紛的燈光秀，辭舊迎新。從響亮的爆炸聲到長長的哨聲，從鮮紅色到淡黃色，煙花有數(shù)千種變化，你知道這些有趣的爆炸背后蘊(yùn)藏著怎樣的化學(xué)原理嗎？

煙花有數(shù)百種化學(xué)公式，這些公式是基于產(chǎn)生典型爆炸的古老化學(xué)品混合物。現(xiàn)代煙花更是添加了各種“化學(xué)魔法”來呈現(xiàn)精彩絕倫的表演。

一切從黑色粉末開始

任何煙花的第一種成分是古老的爆炸性黑火藥。它在一千多年前被中國煉金術(shù)士發(fā)現(xiàn)，此后幾個(gè)世紀(jì)以來相關(guān)的配方幾乎沒有改變。要制作黑色粉末，需要做的就是混合75%的硝酸鉀、15%的木炭和10%的硫磺。而制作基本的煙花或爆竹，只需將這種粉末放入由厚紙板或紙制成的容器中。

黑色粉末用于空中發(fā)射煙花，并點(diǎn)燃和推動(dòng)效果（如顏色）在天空中形成圖案。那么它是怎樣工作的？

一旦用保險(xiǎn)絲或火花點(diǎn)燃，硫首先在112.8 攝氏度熔化。硫磺流過硝酸鉀和木炭，然后燃燒。這種燃燒反應(yīng)會迅速產(chǎn)生大量的能量和氣體——換句話說，就是爆炸。如果有一個(gè)小孔可以讓氣體逸出，反應(yīng)就會將煙花發(fā)射到空氣中。在一個(gè)非常狹窄的空間里，它會將煙花的成分炸開，點(diǎn)燃附近的一切。

除了改變黑色粉末的封閉程度，改變粉末顆粒的大小也可以改變它燃燒的速度，比如篝火，當(dāng)你添加一個(gè)大樹枝時(shí)，火焰燃燒的時(shí)間越來越長。如果你將一把鋸末扔進(jìn)火焰中，它會很快燃燒起來。黑色粉末的工作原理類似，這使得控制能量釋放的數(shù)量和速度變得容易。

不同顏色的化學(xué)物質(zhì)

如果將非常細(xì)的黑色粉末放入密閉空間，它會在熱氣、氣體和噪音的云團(tuán)中爆炸。那么顏色和明亮的光線是從哪里來的呢？

在加熱任何材料時(shí)，其實(shí)真正在做的是將能量注入該材料原子的電子中。充分激發(fā)電子后，當(dāng)它們回落到正常能級時(shí)，它們會以光的形式釋放多余的能量。

有許多不同的元素，在添加到煙花中并加熱時(shí)，會釋放出不同波長的光，從而呈現(xiàn)出不同的顏色。鍶產(chǎn)生紅色，鋇產(chǎn)生綠色，銅燃燒出藍(lán)色，等等。

不同的顏色有了，那么閃光呢？為了產(chǎn)生這些效果，可以在煙火配方中添加各種金屬。鋁、鎂和鈦都會產(chǎn)生白色火花；通過添加鐵，會出現(xiàn)金火花；混合各種類型的木炭會產(chǎn)生紅色和橙色的火花。這些元素中的每一種都以不同的速度和不同的方式燃燒，從而產(chǎn)生不同顏色和強(qiáng)度的光。

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參考資料：

https://phys.org/news/2021-12-fireworks-pyrotechnics-chemist-science-brilliant.html

標(biāo)簽： 煙花 化學(xué)