仔細想想，好像……很少見到藍色的煙花？

從春節到元宵節，喜慶的節日總少不了煙花裝點。回憶一下，你曾在煙花中看到過哪些色彩和效果？紅色、綠色、黃色以及銀白色的閃光，這大概是其中最常見的幾種。那麼，藍色呢？似乎沒什麼印象？

文：窗敲雨

編輯：Mo

在煙花中，藍色確實是種特別的存在。至少在那些可供個人燃放的小型禮花彈中，幾乎找不到它的身影。藍色為什麼沒有成為煙花中的流行色？了解煙花背後的化學，我們就能從中找到答案。

基本配方：氧化劑+「燃料」

從化學的角度來看，煙花爆竹的基礎是一場快速釋放能量的氧化還原反應。無論是炸開的效果、聲響，還是激發五彩斑斕的光芒，都要依靠化學反應釋放的能量。

在這個反應中，需要兩種基本角色：氧化劑，以及用來燒掉的「燃料」。在我們所熟知的傳統配方黑火藥中，就是硝酸鉀充當了氧化劑，木炭和硫作為「燃料」。

用黑火藥就足以做出傳統的爆竹，而現代的彩色煙花對火藥配方還有更多要求。通過改變氧化劑和「燃料」的種類，可以調整所達到的火焰溫度，最終產生不同的效果。比如說，如果把燃燒的東西從蟲膠之類的有機物改成金屬鎂，就能提高火焰溫度，帶來更耀眼的光。

燃燒鎂條：真·亮瞎你狗眼

爆竹的結構比較簡單，它們只需要在小紙筒中裝上火藥，在點燃引信後原地爆開。而煙花的結構和功能都要複雜得多——它們要先升到空中，在合適的高度爆開，再展示出色彩斑斕的效果。

滿足這些條件的東西一般被稱為「高空禮花彈」，它的內部具有多層結構：下方裝著一些用於推進升空的火藥，並有一根延時引信通向中心。延時引信控制了禮花彈爆開的時機，當它引燃中間部分的爆炸藥，就能讓禮花彈整個爆開，讓產生色彩、閃光的「效果顆粒」在空中綻放。

禮花彈的結構。下方的火藥用於推進升空，延時引信引燃中間部分的火藥，讓煙花在合適的高度炸開，散開負責產生效果的小顆粒。截圖來自：Reactions

高難度的藍色

煙花的色彩來自不同類型的金屬化合物，它們在高溫中被激發，並釋放出特定波長的光——對，簡單理解就是焰色反應。鍶鹽可以為焰火染上紅色，鈣鹽可以提供橘色，鋇鹽是亮綠色，而銅則是藍色……等等，藍色？銅的焰色反應不是藍綠色嗎？

我想大家可能也會產生這樣的疑問。我們在中學課本上學到的焰色反應很簡單，只要拿來某種金屬鹽類在火上燒一燒，就會產生一種固定的顏色。但事實上，這是個更複雜的問題，火焰溫度和陰離子（主要是氯）同樣會產生影響。

煙花色彩對應的「配料」，點擊圖片可查看大圖。圖片來自：Compound Interest

當金屬鹽類遇到高溫火焰時，它們首先會發生一些化學變化，產生游離的「發光體」（emitters），這些發光體在高溫下被激發，然後其中的電子再躍遷回到基態，這時候就會發出特定波長的光。鈉的標誌性黃光來自原子光譜，而其他很多「發光體」卻是一些在火焰中形成的簡單分子。煙花的藍色就是來自CuCl這種「發光體」的光譜。要想形成這種藍光效果，需要有銅化合物和富含氯的煙花火焰（氯可以來自高氯酸鹽之類的物質）。同時，火焰溫度也必須恰到好處，才能讓分子「發光體」形成並且保持穩定。對於藍色的「發光體」，這一要求尤其嚴格，過高的火焰溫度很容易將其破壞。因此，藍色可以說是煙花中最難呈現的一種色彩。

那麼紫色呢？你或許會想到鉀，但煙花生產者者可不會用它製造紫色，而是會把發出藍光與紅光的素材混合。回想一下焰色反應實驗，我們就能找到這樣做的原因：鉀鹽的焰色反應實在不夠明顯，還很容易被掩蓋，我們總不能在煙火表演的時候也一人發塊藍色鈷玻璃吧……

鎂、鋁、鈦之類的金屬並不提供彩色的火焰，不過它們可以製造銀白色的閃光效果。如果用上鐵或者鐵合金，還能得到橙黃色的火花。

污染：煙花的陰暗面

煙花的璀璨轉瞬即逝，彷彿一眨眼就消失在風中——但是，它們不可能真的完全消失。繁華過後，煙花留下了數以億計的微小顆粒，和一團複雜的化學混合物，這些遺留物也造成了不可忽視的污染問題。

細顆粒物就是煙花燃放影響空氣的一個重要方面。美國有研究發現，獨立日焰火可以讓附近監測站的PM2.5濃度上升370%之多。而在中國，春節時的煙花爆竹燃放更是會導致大氣污染物濃度急劇上升，甚至影響到幾十千米以外的地區。二氧化硫、氮氧化物等氣體污染物同樣會隨著燃放而產生。尤其在本身就霧霾頻發的地方，再去集中燃放煙花就更加糟糕了。

那些為煙花增加效果的金屬鹽類也一樣會成為污染物，有害的金屬化合物顆粒會隨著煙花的爆炸而擴散。在一些煙花中充當氧化劑的高氯酸鹽也是環境科學家們擔憂的對象，它們可能會污染附近的水體。

現在，也有研究者在研製對環境影響較小的煙花，例如用更安全的物質替換掉配方中的高氯酸鹽。不過，這距離消除煙花的「陰暗面」還相差很遠。

正因為如此，我總對煙花懷有一種複雜的情緒。小區里此起彼伏的鞭炮聲或許惹人厭，但盛大的焰火表演卻總是難免觸動心弦。燦爛的節日焰火能否變得更加安全無害？這個問題就要交給化學家們來解答了。

溫馨提示：除了空氣污染，人身安全也是燃放煙花爆竹格外需要注意的問題。請不要燃放超標煙花爆竹，保持安全距離，並戴好護目鏡。

強行科普一百年

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不是什麼正經號

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