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天津市民族中学开展学校科普日活动，旨在大力弘扬教育家精神，实施“双驱引领”下的科学教育。通过广泛传播科学知识、弘扬科学精神，激发学生崇尚科学、探索未知的兴趣，营造讲科学、爱科学、学科学、用科学的氛围。
学校将在科普日面向全校师生推广科普知识。学生和家长通过关注学校微信公众号，可以了解学校在每期科普日推送的科普内容或活动。在后续的科普日活动中，学校还将组织学生开展现场活动，助力学生科学思维的发展和科学探究能力的提升。
本期科普日由学校化学学科贾锐老师讲述烟花的彩色光芒——金属焰色反应的视觉盛宴。
节日庆典时，夜空中绽放的烟花总能吸引所有人的目光：红色的烟花似火焰跳跃，绿色的烟花如翡翠散落，黄色的烟花像星光闪烁，紫色的烟花若云霞漫卷——这些绚丽多彩的光芒，并非来自颜料的染色，而是“金属焰色反应”的结果。不同金属或其化合物在高温下会发出特定颜色的光，让烟花呈现出丰富的色彩。要理解这一现象，需从金属的原子结构、焰色反应的原理以及烟花的制作工艺入手，揭开烟花彩色光芒背后的化学秘密。
首先，我们需要了解焰色反应的本质。焰色反应是指某些金属或它们的挥发性化合物在无色火焰中灼烧时，使火焰呈现出特殊颜色的反应。这一现象与金属原子的电子排布密切相关：在正常状态下，金属原子的电子处于稳定的“基态”，分布在不同的电子层上；当金属或其化合物被高温火焰灼烧时，原子吸收火焰的能量，外层电子会从基态跃迁到能量更高的 “激发态”。但激发态的电子不稳定，会在极短时间内跃迁回基态，同时将吸收的能量以 “光”的形式释放出来。
不同金属原子的电子层结构不同，电子从激发态跃迁回基态时释放的能量也不同—— 能量的差异对应着不同波长的光，而不同波长的光则表现为不同的颜色。例如，钠原子跃迁时释放的能量对应黄色光，钾原子对应紫色光，钙原子对应砖红色光，铜原子对应绿色光 ——这就是不同金属能让火焰呈现不同颜色的核心原因，也是烟花色彩的来源。
烟花的制作正是利用了这一原理，在烟花药剂中添加不同的金属化合物，通过燃烧引发焰色反应，从而产生特定颜色的光芒。烟花药剂主要由三部分组成：氧化剂（如氯酸钾、硝酸钾）、可燃物（如硫磺、木炭、铝粉）和发色剂（即能产生焰色反应的金属化合物）。氧化剂的作用是在燃烧时提供充足的氧气，让可燃物充分燃烧，产生高温；可燃物燃烧释放大量热量，使温度达到数千摄氏度，为金属化合物的焰色反应提供高温条件；发色剂则在高温下分解出金属离子，通过焰色反应发出特定颜色的光。
不同颜色的烟花，对应着不同的发色剂：红色烟花通常添加锶的化合物（如碳酸锶、硝酸锶），锶的焰色反应为洋红色；绿色烟花多使用铜的化合物（如硫酸铜、硝酸铜），铜的焰色反应为绿色；黄色烟花依靠钠的化合物（如硝酸钠、碳酸钠），钠的焰色反应为明亮的黄色；紫色烟花则需要钾的化合物（如硝酸钾、碳酸钾），但钾的焰色反应容易被钠的黄色光掩盖，因此通常会在药剂中添加钴的化合物（如钴蓝）来过滤黄色光，让紫色更纯净；蓝色烟花的制作相对困难，需使用铯的化合物（如碳酸铯）或铜的特殊化合物（如氯化亚铜），它们在高温下能稳定发出蓝色光。
除了发色剂，烟花的造型也与化学药剂的分布有关。烟花弹内部通常分为多个“药柱”，每个药柱含有不同的发色剂和燃烧速度的药剂——通过控制不同药柱的燃烧顺序和速度，烟花绽放时就能形成特定的图案，如菊花形、牡丹形、流星形等。例如，外层药柱先燃烧，发出红色光，形成烟花的“花瓣”；内层药柱后燃烧，发出绿色光，形成“花心”，最终组合成一朵红绿相间的“花朵”。
烟花虽美，但在制作和燃放过程中存在一定的安全风险。烟花药剂中的氧化剂和可燃物都具有易燃易爆性，若制作过程中配比不当或操作不规范，容易引发爆炸；燃放时若距离易燃物过近、角度不当，也可能引发火灾或伤人事故。因此，烟花的生产需符合严格的安全标准，燃放时应选择空旷、无易燃物的场地，远离人群和建筑物，按照正确的方法操作，确保安全。
从节日夜空中的绚丽绽放，到实验室里的金属鉴别，焰色反应让我们看到了化学与视觉艺术的完美结合。这一现象不仅为我们带来了美的享受，也体现了原子结构与能量转化的化学规律。深入理解烟花彩色光芒的原理，能让我们更科学地欣赏烟花之美，同时重视其安全使用——化学的魅力，就藏在这每一束照亮夜空的彩色光芒之中。
加强科学教育 提升科学素养
科普知识问答
烟花的制作利用了什么原理？
01
02
什么叫焰色反应？
钠、钾的焰色分别是什么色？
03
04
焰色反应是物理变化还是化学变化？
撰稿人：贾锐
核稿人：沈建伟 关雪岩 周海燕
排版制作：魏佳
领导审核：刘芃 刘和葵
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