对于世界各地的很多人来说，新年到来之时，或是良辰佳节之际，总离不开“灯树千光照，花焰七枝开”式的缤纷绚烂，至少也得有“爆竹声中一岁除”的热闹喜庆。

从响亮的爆炸声到长长的“哨声”，从炽烈的鲜红到梦幻的蓝色，烟花有其千变万化的美，也有成百上千种化学配方。实际上，烟花科学构成了一整个独立的化学分支，很多化学家都在探索这些有趣的爆炸。

烟花之美，要从火药开始说起。

黑色粉末，藏在哪里  就让火药暂时装在那里

任何烟花的核心成分都是古老的黑火药。

根据历史记载，一千多年前的炼丹家发现硝、硫磺和木炭的混合物能够燃烧爆炸。黑火药由此而来，且在之后几个世纪里未曾改变配方主体。近代确定的黑火药组分配比为：75%的硝酸钾、15%的木炭和10%的硫磺。

北宋时期的一份火药配方

而烟花爆竹的基础结构，简单来说就是“密闭容器+负责发射的火药+内裹火药的礼花弹”。

烟花结构图示

这个密闭容器通常由厚纸板制成外壳，里头还有一个小隔间，由铝和塑料等材料制成，用来安放推进火药。小隔间的上方就是礼花弹，内含特定的金属和金属盐作为发光剂和发色剂，以及高氯酸钾作为助燃剂。礼花弹里裹挟着火药。（老外管礼花弹叫“star”。）

在通过引线点燃了烟花后，推进火药里的硫率先在112.8℃时熔化，之后流过硝酸钾和木炭，然后燃烧。这种燃烧反应会迅速产生大量的能量和气体——换句话说，就是爆炸。

由于烟花筒这个容器非常狭小，同时上下两端的密闭性存在显著差异，故爆炸会洞穿密闭性薄弱的发射端，令礼花弹射向空中。与此同时，埋在礼花弹火药内的延迟引线也被点燃了。

当礼花弹来到天空中，其中裹挟着的火药此时也刚好爆炸。巨大的能量让礼花弹发生焰色反应，呈现出人们向往的璀璨美景。

这里需要指出，通过改变火药容器的封闭程度，或者火药粉末颗粒的大小，都可以调节它燃烧的速度。颗粒大小这一点可类比篝火：当你向篝火里添加一块大树枝，它的燃烧时间就很长；但如果你将一把锯末扔进火堆，它的燃烧过程是非常快速的。

黑火药是所有烟花的主要成分

不同颜色的化学物质  有数道彩光，烟花在哪里

关于礼花弹的焰色反应，有不少有趣的知识值得分享。

当我们加热某种材料时，这个加热行为的本质其实就是把能量注入该材料的原子的电子中。如果这个能量一度充分激发了电子，那么当它们再回落到正常能级时，多出来的能量（或者说加热行为导入的能量）会被电子以光的形式释放。

向烟花添加不同的发色剂/金属盐，然后加热它们，不同波长的光就会被释放，不同的色彩也由此呈现。锶盐（或者说锶元素）产生红色，钡盐制造绿色，铜盐展现蓝色，等等。

对于烟花化学家来说，制作蓝色烟花一直以来都是个颇具挑战的工作。深蓝色烟花太暗，在夜空中不大容易被看到，但是太浅太淡的蓝色，又会显得更接近白色。因此“完美蓝色”的波长是非常精确的，精确到很难实现。

完美的烟花蓝光是由氯化亚铜释放的波长为420 ～ 460纳米的蓝光。但氯化亚铜成本较高，对燃烧温度的要求也很高，且稳定性差，易发生意外爆炸。电视剧《三十而已》中，烟花设计师许幻山一直想制作一种极致的蓝色烟花，但妻子顾佳因其危险性而督促他销毁蓝色烟花

特定颜色由特定金属元素产生，发光效果则靠发光剂实现。

制作者会向烟花配方里添加某些金属或木炭的粉末：铝、镁和钛粉末都会产生白色火花；铁粉则能带来金色火花；混合各种类型的木炭可制造红色和橙色的火花。这些不同的元素会以不同的速度和方式燃烧，从而产生不同颜色和强度的闪光。

资料来源：

How do fireworks work? A pyrotechnics chemistexplains the science behind the brilliant colors and sounds

《世界科学》编辑部

恭祝各位读者朋友

虎年吉祥如意！

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