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让许幻山放不下的蓝色烟花,做起来到底有多难?
发布时间:2020-08-21 来源:中国科学技术大学网络科普 浏览:113

在电视剧《三十而已》 中,许幻山耗费心血终于研制出了他心目中绚丽的蓝色烟花。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?

图丨电视剧《三十而已》

在烟花中,蓝色确实是种特别的存在。直到今天,色泽纯正的蓝色烟花仍然是烟火秀中的卖点。

为什么蓝色烟花如此少见?

首先我们要了解下烟花是如何“上色”的。烟花能呈现各种色彩,并不是真的加入了我们画画用的颜料,而是加入了不同的金属化合物,产生了一种叫“焰色反应”的物理变化。焰色反应,就是金属的原子或者离子在火焰中呈现不同颜色的现象。

从左到右依次是钡、锶、锂、钠、铜、钾的焰色反应(图源:Fine Art America

当将金属元素置入火焰中时,金属的外层电子会吸收火焰能量发生跃迁”——即本来拥有稳定轨道的电子会到达一个具有更高能量的轨道上。这就好比棒球运动中的击球手挥棒击球,让本来径直飞向自己的棒球飞向更高更远的地方。

不过,跃迁后的电子并不稳定,它们会马上回到曾经较低的能量状态。这就好比棒球无论飞到多高,最后还是会掉落到地面上一样。这个过程同样称为跃迁,只不过跃迁方向是从高能量轨道回到低能量轨道。此时,电子会将原本吸收的能量以电磁波的形式释放出来。

不同元素原子中的电子在跃迁时会释放出特定波长的电磁波,这个波长与具体的元素种类有关,是原子的特征属性。不少金属原子的电子在跃迁时释放的电磁波正好位于可见光波段,因此人们可以清楚地看到五彩缤纷的颜色,这就是焰色反应得名的由来。

每种元素的光谱都有一些特征谱线,释放出特征的颜色而使火焰着色,根据焰色可以判断某种元素的存在。如焰色呈现洋红色则一般含有锶元素,焰色呈现绿色则含有铜元素,焰色呈现黄色则含有钠元素,焰色呈现紫色(透过蓝色钴玻璃)则含有钾元素等。

那么,蓝色烟花为什么会比较少见呢?它真的很危险吗?


戳图 ↓ ↓

GJ”“UU”……这些烟花图案都是怎么打出来的? 

除了蓝色烟花的制造难题,电视剧中还出现了“拼字烟花”。有厂家为了给剧中人物应援,在现实中也打出了女主姓名缩写图案的烟花。

左侧为剧中出现的烟花,右侧为现实中的烟花,都属于拼字烟花(图源:微博)

那么,这些拼字烟花,还有我们日常观看到的图案烟花,是如何打出来的呢?

这就不得不提到大型烟花要使用的烟花弹了。
      烟花弹是烟花的一种,它的核心部分是焰火剂,也就是燃烧时产生各种颜色火焰的药剂。焰火剂的主要成分包括:氧化剂、可燃物、发色剂和粘合剂。它的工作原理是氧化剂在可燃物的作用下受热分解,释放出的氧气再供可燃物进一步燃烧产生高温,从而促使(金属)发色剂发生焰色反应,粘合剂则起到将各种成分粘结成整体的作用。

发色剂通常由能够呈现焰色反应的各种金属盐类构成。如果仅仅需要耀眼的白光,还可以加入以镁粉和铝粉为代表的光辉剂。普通烟花燃烧时的温度在2000摄氏度左右,但加入光辉剂后,燃烧温度能达到3000摄氏度,可以呈现异常明亮的白炽光芒。

烟花弹通常是球形或者环形构造,制成球状的焰火剂位于球或环的外周部分,中心处是用来起爆的火药,起爆火药直接连接着引信。将烟花弹装入发射管时,其实管内已经有了一定量的发射火药,发射火药的作用是将烟花弹发射到空中。
   
发射火药点火的同时,引信也同时被引燃。等到烟花弹正好升到了预定的高度,引信也燃烧到了烟花弹内部,之后起爆火药发生爆炸,焰火剂中的可燃成分随之被引燃。

烟花弹结构

(图源:加藤烟火|株)

    人们常将焰火剂制成多层结构,由外向内的每一层中包含有不同成分的发色剂。这样,在上空发生爆炸时,外层发色剂就会最先爆炸,然后是中层,最后是内层。这样的好处是烟花会呈现出明显的阶段性变色效果,增强观赏性。

至于拼字烟花和图案烟花,则主要是通过控制起爆火药的装药方向和装药量,达到以不同力度、向不同方向喷射焰火剂球的效果如北京奥运会开幕式上让人印象深刻的大脚印,就是通过这样的原理得以实现的。

心形烟花结构

(图片来源:加藤烟火|株)

烟花虽然好看,但是造成的环境问题却不容忽视,烟花在燃放时,会释放出二氧化硫、一氧化氮、二氧化氮等气体,这些气体是引发酸雨的“元凶”。

烟花燃爆时,空气中主要污染物PM2.5PM10的浓度远远超过国家标准,会刺激呼吸道黏膜,伤害肺组织,引起或诱发支气管炎、气管炎等呼吸系统疾病。

为了保护环境,很多烟花的配方中不再采用含有硫元素的物质,以减少二氧化硫和其它硫化物的生成,或通过减少金属粉末的用量,来减少产生的可吸入颗粒物。

近几年,很多城市已经禁止燃放烟花,所以各位小伙伴还是尽量不要燃放烟花爆竹了。

责任编辑:杨玉露

转载自:科学猫科普微信公众号