烟花背后有哪些神奇的“化学魔法”？

相信大家对烟花都不会感到陌生。新年的最初时刻，通常都是伴随着烟花声、炮竹声，还有五彩缤纷的灯光秀，辞旧迎新。从响亮的爆炸声到长长的哨声，从鲜红色到淡黄色，烟花有数千种变化，你知道这些有趣的爆炸背后蕴藏着怎样的化学原理吗？

烟花有数百种化学公式，这些公式是基于产生典型爆炸的古老化学品混合物。现代烟花更是添加了各种“化学魔法”来呈现精彩绝伦的表演。

一切从黑色粉末开始

任何烟花的第一种成分是古老的爆炸性黑火药。它在一千多年前被中国炼金术士发现，此后几个世纪以来相关的配方几乎没有改变。要制作黑色粉末，需要做的就是混合75%的硝酸钾、15%的木炭和10%的硫磺。而制作基本的烟花或爆竹，只需将这种粉末放入由厚纸板或纸制成的容器中。

黑色粉末用于空中发射烟花，并点燃和推动效果（如颜色）在天空中形成图案。那么它是怎样工作的？

一旦用保险丝或火花点燃，硫首先在112.8 摄氏度熔化。硫磺流过硝酸钾和木炭，然后燃烧。这种燃烧反应会迅速产生大量的能量和气体——换句话说，就是爆炸。如果有一个小孔可以让气体逸出，反应就会将烟花发射到空气中。在一个非常狭窄的空间里，它会将烟花的成分炸开，点燃附近的一切。

除了改变黑色粉末的封闭程度，改变粉末颗粒的大小也可以改变它燃烧的速度，比如篝火，当你添加一个大树枝时，火焰燃烧的时间越来越长。如果你将一把锯末扔进火焰中，它会很快燃烧起来。黑色粉末的工作原理类似，这使得控制能量释放的数量和速度变得容易。

不同颜色的化学物质

如果将非常细的黑色粉末放入密闭空间，它会在热气、气体和噪音的云团中爆炸。那么颜色和明亮的光线是从哪里来的呢？

在加热任何材料时，其实真正在做的是将能量注入该材料原子的电子中。充分激发电子后，当它们回落到正常能级时，它们会以光的形式释放多余的能量。

有许多不同的元素，在添加到烟花中并加热时，会释放出不同波长的光，从而呈现出不同的颜色。锶产生红色，钡产生绿色，铜燃烧出蓝色，等等。

不同的颜色有了，那么闪光呢？为了产生这些效果，可以在烟火配方中添加各种金属。铝、镁和钛都会产生白色火花；通过添加铁，会出现金火花；混合各种类型的木炭会产生红色和橙色的火花。这些元素中的每一种都以不同的速度和不同的方式燃烧，从而产生不同颜色和强度的光。

前瞻经济学人APP资讯组

参考资料：

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