涨知识:烟花是如何炸出形状的?
01 黑火药成分
首先,为了使得烟花炸出形状,要保证它们有足够的时间,因此,高度就很重要。第一要义,炸得高!
其次,礼花弹使用的黑火药,含有硫磺(S)、木炭 (C)、硝酸钾(KNO3),反应方程式为:
2 KNO3 + 3C + S = K2S + N2 + 3 CO2
部分烟花爆竹还含有氯酸钾KClO₃和高氯酸钾KClO4(
知乎-
配方还原黄工,2022)。
装填密度是每平方米装填 1.7 克黑火药,其实是相当少的量,这些火药转化的动能,使得释放礼花弹飙到 300米以上,足够反应形成形状和颜色。
02 星体为何物?

星体成分:镁粉、高氯酸钾、三硫化二锑以及金属盐等
把礼花弹放置在圆筒里,点燃快速引线会引爆底部的发射药,飞向高空,接着延时引线会引爆球体内的开爆药,炸开外壳,同时点燃并抛出内部的效果药,发出各种颜色和形态的光。
效果药又叫“星体”,主要成分包括镁粉、高氯酸钾、三硫化二锑以及金属盐等,加入淀粉制成的糊精定型,滚成小圆球,再裹上黑火药,风干后就是最终的成品(
知乎,2019)。
星体有啥作用?
第一,炸出形状。星体位置决定了礼花弹的形状,看图。

菊花型

笑脸型
不同的配方,释放出的能量可以控制星体的运动轨迹。例如,牡丹型的星体需要燃烧很快,只在尽头有一个亮点;菊花型星体燃烧时间较长,能拖出一条尾巴;柳树型星体的燃烧时间和飞行距离更长,会因为重力拖出一条下坠的曲线(
知乎-湖南省益阳市久通冶炼有限公司,2019)。
第二,形成不同的颜色。一个和物理、化学都有关系的重要现象,焰色反应。
03 焰色反应
那么,就重新复习焰色反应吧!
金属单质或它们的化合物在极高温度的环境下会蒸发成为单独的粒子,只有单独的粒子才能呈现焰色反应。注意,这里必须是单独的粒子,换言之,大块的固体样品并不会有焰色反应,因为块状材料的发光主要和材料中的电子运动有关,大块固体样品中存在各种不同运动状态的电子,所以块状材料发出的光的光谱很宽,并不会呈现出相对单一的颜色。姑且理解为频率干扰。
火焰中游离的金属单质或金属离子在高温下会被激发到有更高能量的激发态。然而,处于较高能量下的激发态原子并不稳定,它总会朝着具有最低能量最稳定的基态跃迁。在这个过程中,原子发出的光子能量(hv)恰好等于激发态(能量为E2)和基态(能量为E1)的能量差。
通过这种方式发出的光子的波长,并不依赖于被蒸发的金属粒子的温度,而只依赖于发生跃迁的两个能级之间的能量差,这个能量差只和原子属性有关。不同的金属离子会有不同的颜色,通过这种方式,我们可以使用各种金属和金属化合物产生各种各样的颜色。
星体之中的金属或金属化合物,被镁和高氯酸钾燃烧放出的巨量热量加热后,通过焰色反应发出了属于它们自己的光芒(
网易-中科院物理所,2020)。

金属盐对应的颜色

不同金属燃烧之后呈现的颜色
看火树银花,你许下什么愿望?