观绚烂焰火,学原子知识

2022-03-23 07:14彭现省
科学大众(中学) 2022年2期
关键词:内层礼花外层

彭现省

每逢重大的节日,祖国大地到处都披上了节日的盛装,特别是在许多大中城市,节日的夜晚更加美丽迷人。但更令人着迷的是燃放的焰火、释放的礼花,构成了火树银花不夜天,给人们带来了无限的乐趣与欢乐。

这些焰火、礼花,有的像盛开的玫瑰,浓艳欲滴,令人遐想;有的如早春的玉兰,洁白素雅,使人留恋;有的似菊花盛开,千姿百态,叫人赞叹;有的如千流奔泻,气势恢宏,令人神往。静谧的夜空,繁花似锦,色彩斑斓,气象万千,使人目不暇接。啊!好一座美丽的空中百花园。

焰火、礼花为什么会有这种神奇的本领呢?也许你会大吃一惊,原来是我们每天必吃的食盐,还有其他一些金属盐,如硝酸钡、硝酸锶、硫酸铜等在大显神威。而事实上,真正起作用的是钠、锶、钡、铜等金属阳离子,就是它们在大显身手、大放异彩,装点着节日的夜空。

要深入探究这个问题,必须从原子结构说起。

奇妙的原子结构

原子虽然很小,但其内部结构却比较复杂。

原子是由原子核和核外电子组成的。原子核带正电,体积很小,几乎集中了原子的全部质量,可它总是那么矜持、那么稳重,喜静不喜动,不参与化学反应。

电子处于原子核的外围,它们带负电,质量极小,时刻绕原子核做高速旋转,并且它们各有各的运动轨道。通常情况下,它们比较安分,各行其“道”,不善于“串门”,由内层到外层,层层绕核翩翩起舞。可是,一旦有风吹草动,它们就变得活泼好动。特别是最外层的电子,一有机会就会溜走。当原子失去带负电的电子,它就变成了带正电的阳离子;当原子得到电子,它就变成了带负电的阴离子。原子的内层电子也并不十分安分守己,它们也很想到外层周游观光,看一看大千世界。可是,原子核却把它拉得紧紧的,使它欲“跑”不能,欲“逃”無力。此时,如果有谁助它一臂之力,给它以足够的能量,它也可以挣脱原子核的束缚,从内层跳到外层,这就是电子的“激发”。

虽说电子不大安分,但它也很“规矩”,不“自私”。因“思念故乡”,有时它也会把得到的能量奉献出来,此时它又会“重返故里”。它从外层返回内层时,释放能量,就会发出我们可以看到的光。

知道了这些,上述问题就很容易回答了。

多彩焰火的科学解读

焰火的组成包括火药、发色剂、发光剂等,其中最具魅力的当数发色剂,正是它使焰火在空中争奇斗艳。某些金属或它们的化合物在高温灼烧时,会呈现出各自固有的特征颜色,还会发出耀眼的光。利用这种焰色反应,人们在制作时有意识地加入特定金属元素,就可制成色彩变化无穷的焰火了。钠黄光有迎春花般的黄色,锶红光呈现出玫瑰色的红,钾光呈浅紫色,钡光呈黄绿色,镁燃烧则会发出耀眼的白光。刹那间,各种颜色交织在一起,万紫千红,五彩缤纷,十分壮观。

焰火中除了这些发色剂,还有许多燃烧剂。燃烧剂被点燃后,可为金属阳离子中的电子提供能量。钠、锶、钾、钡等离子中的电子吸收了这些能量,就由内层轨道激发跃迁到外层轨道,在返回内层轨道时,又放出能量,从而发出不同波长的光,就有了上述的特定颜色。常见的有机燃烧剂有蔗糖、木炭等,无机燃烧剂主要有镁、铝、铁、锌等金属粉末及硫、磷、硒等非金属粉末。

焰火中还常用硝酸钾、氯酸钾、过氯酸钾等作为助燃剂,这些物质受热分解时会放出大量的氧,可促使燃烧加剧。为使火药能在较低的温度下快速引爆,还常要掺入催化剂(如0.1%氧化锰、氧化铜等)。

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