节日焰火的联想

节日焰火的联想

首都北京的国庆之夜是令人陶醉的：五彩缤纷的焰火像天女散花般地点缀着黑色的夜空，天安门广场上的人群伴着优美的乐曲载歌载舞，人们在欢庆祖国的繁荣昌盛，沉浸在幸福美好的生活之中。这绚丽多彩的焰火，不仅极大地烘托了节日的热烈气氛，还给人们带来了美好的遐想和不可多得的艺术享受。这里我们不禁要问，焰火的五颜六色到底是怎么产生的呢？

为了解答这个问题，我们不妨先做一个小实验：用一支嵌在玻璃棒上的白金丝（或无锈铁丝）蘸取一些食盐溶液，然后放在酒精灯的火焰上方灼烧，这时可以看到火焰会呈现出特有的黄色；如果用硝酸锶、硝酸钡、硫酸铜等溶液分别做上述实验，则会分别观察到洋红色、黄绿色和绿色的火焰。化学上将多种金属或它们的化合物灼烧时使火焰呈现出特殊的颜色叫做“焰色反应”。分析化学中，根据试样灼烧时焰色反应的特殊颜色，便可确定试样中所含的金属成分。而五颜六色的焰火，也正是利用焰色反应而设计制造的。

下面，以钠的化合物（如氯化钠或碳酸钠）为例，说明焰色反应的产生机理。钠的化合物经灼热，钠离子被还原为钠原子，钠原子核外共11个电子，从里层到外层分别排布了2、8和1个电子，基态下最外层的那个电子处在3s亚层。当将钠原子在火焰上灼烧时，钠原子从火焰处吸收了热能，使3s亚层的电子被激发到能量较高的3p亚层。此状态的钠原子不稳定，3p电子在极短的时间内又跳回到3s亚层，将3p与3s亚层之间的能量之差以光能形式辐射出来，其发射光波的波长约为589纳米，故钠焰色反应呈现黄色。对于其他金属的焰色反应也都可作类似解释。下表是一些金属元素在焰色反应中所发射光波的波长及所显的焰色。对于多数金属，其焰色反应对应着能量相近的两个激发态向基态的跃迁，因此产生波长相近的两种光波。

表4－2　几种金属的焰色

搞清了焰色反应发生的机制，即可对焰火的成分作出一些分析。焰火的主要成分有：

（1）燃烧剂：如木炭、硫磺等；

（2）助燃剂：如硝酸钾、氯酸钾等，放焰火时能提供氧，使燃烧剂充分燃烧而放热；

（3）发光剂：镁粉或铝粉，这些金属粉末能剧烈燃烧，发出白色光芒；

（4）发色剂：根据火焰图案设计的具体要求，选择相应的金属化合物，如需红色时可用硝酸锶，需黄色时可用硝酸钠等。

以上4种成分中前两种的主要作用是通过燃烧提供热量，使发光剂产生强烈白光，使发色剂产生焰色。当然，焰火的设计是一门相当复杂的艺术，有着大量技术问题，这里不可能详述。中国的焰火制作，历史悠久，技术高超，驰名中外。有许多国际盛会，如亚运会、奥运会的闭幕之夜，好像已成为贯例一样要施放焰火，自然是中国的焰火开得最艳，开得最美。

除焰火外，高速运动着的电子也可以激发一些元素的原子发光，利用它们的这一性质，可制成氙灯、碘钨灯等多种新型电光源。作为建筑物的夜间装饰和广告而被广泛采用的霓虹灯，就是在真空的玻璃管里充入氖或氩等稀有气体，两端安有电极，通电后氖原子或氩原子被激发，分别发出红光或蓝光；如果采用有色玻璃制作灯管，这两种颜色又可分别转变为黄色或绿色；如果灯管内壁涂上一些磷光粉，还可发出其他颜色的光。在照明用的这类电光源中，应用最广的是日光灯和钠光灯，它们分别发出白光和黄光。在这两种灯的灯管中，分别充入汞蒸气和钠蒸气，日光灯管壁还涂有钨酸镁等磷光粉。和普通的白炽灯相比，汞蒸气灯和钠蒸气灯的发光效率要明显高，这是因为白炽灯中的相当部分的电能转变为“无用”的热能，另一原因应归结为水银灯中磷光粉的使用。正是由于蒸气灯的高效发光，据粗略统计，当前全世界所使用的电光源中，有三分之二来自蒸气灯。