每逢节庆假日，人们常常燃放烟花爆竹，营造出热闹而喜庆的节日氛围。这种习俗自古有之，宋代词人辛弃疾在《青玉案·元夕》中写道：“东风夜放花千树。更吹落，星如雨。”
节日中的烟花流光溢彩，万紫千红，美不胜收。那么，为什么烟花会出现五彩缤纷的颜色呢？
不同颜色的火焰
原来，这些缤纷的颜色多亏了添加在火药中的金属盐化合物。不同的金属盐化合物在燃烧时会呈现出不同的颜色，化学家将这种现象称为焰色反应。
早在1400多年前，我国的医药学家陶弘景在《本草经集注》中记载了这样的现象：用火焰去烧消石的粉末，火焰的颜色就会变成紫青色。这也是关于钾盐焰色反应的最早的记载。现在我们知道，消石的主要成分是硝酸钾。
到了18世纪，一位名叫马格拉夫的德国化学家记录了更为详细的实验现象：把苏打（碳酸钠）和锅灰碱（主要成分是碳酸钾）的粉末撒到酒精灯上，结果发现，苏打使火焰呈现亮黄色，而锅灰碱却使火焰变成了紫色。后来，人们发现除了钠和钾之外，其他一些金属的化合物可以提供更多种类的颜色：锂使火焰呈现鲜红色，锶使火焰变成洋红色，铜使火焰的颜色变绿，钡在火焰中则是黄绿色的。
不稳定的原子
火焰究竟为什么会出现变色现象？根据现代物理学和化学的观点，世界是由大量的分子和原子等微观粒子构成的，分子又是由原子组成的，而原子虽然非常小，却是“麻雀虽小，五脏俱全”，它的内部结构由处于中心的原子核和核外的电子组成。平时，电子们排列在不同的轨道层上，就像绕着地球的卫星一样，绕着原子核不断运动。
如果人们把这些金属盐化合物放在火上灼烧，给原子们提供了更多的能量，它们就会游离到空气中，以气态的状态快速地运动，你碰我，我撞你。于是，一部分获得了能量的电子借着这个机会，从低轨道层一跃进入高轨道层。但进入高轨道层的电子却是不稳定的，它们还要落回低轨道层并释放出“多余的”能量。这时，这些能量就会被原子“打包”起来，以光能的形式被释放出去。如果这些光所具有的波长恰好处于可见光的范围内，就会被我们观察到，也就是我们看到的火焰颜色变化。同时，由于不同原子的轨道层上的能量有高有低，释放出的能量也有大有小，导致光的波长也不相同，火焰也就变得五颜六色了。
焰色反应的用途
除了制作烟花，焰色反应还有更加深刻的意义。正是受到这种现象的启发，德国的两位科学家——本生和基尔霍夫找到了一种新的鉴定物质的方法：光谱分析法。他们通过测定某一种物质受到激发后的不同发射波长，对它们的化学成分进行定性检测。
随着技术的不断发展，科学家使用先进的光学仪器，不仅可以识别可见光，还可以“看到”人的眼睛不能直接观察到的、更大范围内的光。光谱分析法已经成为现代化学分析方法中非常重要的一种，在医学、材料学、环境监测等方面都有着极其广泛的应用。
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来源：《少年科学画报》2019年第1期
文：云川 编辑：曾卓琳
组稿排版：小萝卜
