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國慶煙火為什麼能炸出不同顏色?

文/Tr.Vivi 親子科學 | Vivi 老師

Tr.Vivi 親子科學・科學解答

煙火的顏色主要利用「焰色反應」。不同金屬鹽被高溫加熱後,電子會吸收能量並跳到較高能階;當電子回到較低能階時,就會放出特定波長的光。因為不同元素的能階不同,所以能產生紅、黃、綠、藍等不同顏色。

國慶煙火升空後,可以在幾秒內從紅色變成綠色、藍色,甚至同時出現好幾種顏色。

這些顏色主要來自煙火裡加入的不同金屬鹽,而背後的科學現象叫做「焰色反應」。

焰色反應為什麼會發出不同顏色的光?

原子裡的電子只能存在於某些特定的能量狀態,稱為「能階」。

煙火爆炸時產生高溫,電子吸收能量後,會暫時跳到較高的能階。這個狀態不穩定,電子很快又會掉回較低的能階,並把多出來的能量以光的形式釋放。

可以把它想成爬樓梯。

電子先得到能量往上跳,往下掉的時候,就把那一段高度差代表的能量放出去。

如果放出的能量落在我們看得到的可見光範圍,就會呈現出顏色。

為什麼換一種金屬,煙火顏色就會改變?

每一種元素都有自己獨特的能階排列,所以電子往下跳時,釋放出的能量也不同。

光的能量不同,波長就不同,我們看到的顏色也會跟著改變。

例如鍶的化合物常用來產生紅色,鈉會發出明顯的黃色光,鋇常用來形成綠色,銅的化合物則可以產生藍色。

因此煙火設計時,可以透過選擇不同的金屬鹽,控制爆炸後出現的主要顏色。

白色、銀色和金色火花也是焰色反應嗎?

有些煙火的發光方式不太一樣。

紅、綠、藍這些鮮明顏色,主要和特定元素的電子能階變化有關;煙火裡非常明亮的白光、銀色或金色火花,則常使用鋁、鎂、鈦或鐵等金屬微粒。

這些微小金屬顆粒被加熱到非常高的溫度後,本身就會發出強烈光線。

所以一場煙火秀裡,可能同時利用焰色反應和高溫金屬顆粒發光,才會同時看到鮮豔的色彩和閃亮的火花。

參考資料

  1. 國立臺灣大學科學教育發展中心|炫亮華麗的光之舞者-煙火
  2. American Chemical Society|Chemistry of Fireworks
  3. U.S. Geological Survey|What minerals produce the colors in fireworks?

本文由 Tr.Vivi 親子科學原創整理,引用請註明出處:Tr.Vivi 親子科學(trvivi.com)。

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