誰來成就煙花的美

文/張晶星

誰來成就煙花的美

文/張晶星

編者按 農(nóng)歷除夕之夜炫彩奪目的煙花是否令你印象深刻？作為中華民族歷史悠久的文化藝術(shù)，千百年來，煙花一直與我國各族人民的生產(chǎn)生活緊密相連。上至國家政商大典，下至民間婚慶嫁娶，凡是隆重的場合，都有煙花爆竹的參與。那響徹耳邊的聲音，那閃耀夜空的光芒，都抒發(fā)著人們喜悅的情懷，表達(dá)著人們良好的祝愿。但你是否知道，這一聲響、一次美麗綻放的背后，又有多少化學(xué)物在反應(yīng)？本文就帶領(lǐng)你走進(jìn)煙花爆竹背后的化學(xué)世界。

化工讓煙花綻放

早先的煙花爆竹產(chǎn)品不多，所使用的原材料也比較單一，僅為火硝、硫黃、木炭粉、金屬粉末、爆炸紙等。而隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，煙花爆竹使用的原材料已多達(dá)上百種，其中化工原材料就多達(dá)幾十種。

其實(shí)，煙花爆竹不僅原材料和化工息息相關(guān)，煙花爆竹的燃放就是化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果。煙花爆竹內(nèi)部進(jìn)行的是一種自供氧的氧化還原反應(yīng)。由于煙花爆竹燃燒速度極快，空氣中氧氣含量有限，無法充足供應(yīng)，所以煙花爆竹的藥料里含有的大量燃料和氧化劑，提供了高速燃燒必要的反應(yīng)物質(zhì)。

煙花爆竹的燃放是固體燃料與固體氧化劑進(jìn)行反應(yīng)，這也被稱為固相反應(yīng)。要使這些固體物質(zhì)之間產(chǎn)生反應(yīng)，必須將它們粉碎到一定的細(xì)度并混合均勻，才能進(jìn)行有效的反應(yīng)。同時(shí)，原材料固體物質(zhì)的晶體大小、形狀、比重、吸濕性等物理性質(zhì)都對反應(yīng)有著很大的影響，所以在煙花行業(yè)，對生產(chǎn)煙花的化工材料的質(zhì)量要求是非常高的。

雖然煙花爆竹進(jìn)行了一系列的化學(xué)反應(yīng)，但是煙花爆竹行業(yè)工作者的目的并不是要這些化學(xué)反應(yīng)的生成物，而是需要這些化學(xué)反應(yīng)伴生而來的能量——熱能、光能、聲能和機(jī)械能。有了這些能量就可以通過一定的裝置，為人們帶來強(qiáng)烈的視覺和聽覺體驗(yàn)，例如煙花綻放時(shí)鮮艷的顏色、悅耳的嘯聲和旋轉(zhuǎn)上升的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)等。因此，煙花爆竹根據(jù)效果的不同，其組成也有著很大的差別，生產(chǎn)過程中必須要根據(jù)不同的需要，對化學(xué)成分進(jìn)行合理配比，才能達(dá)到最佳效果。

化工讓煙花多彩

煙花能夠廣受歡迎、流傳至今，得益于它的絢爛多姿、流光溢彩以及在一瞬間爆發(fā)又一瞬間消逝帶給人們的無窮回味。煙花之所以能夠呈現(xiàn)出五顏六色，是因?yàn)樵跓熁ǖ某煞种校砑恿颂厥獾脑兀谌紵^程中，這些特殊元素的火焰具有不同的顏色。獲得有色火焰的辦法不是像繪畫或者油漆那樣直接加入某種顏色的顏料那么簡單，而是一個(gè)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程，即在煙火劑中加入某種化學(xué)物質(zhì)，使其在燃燒時(shí)把火焰“染”成某種顏色。因此，恰當(dāng)?shù)剡x擇著色物質(zhì)，獲得指定的色焰是非常重要的。

紅光劑一般用鍶鹽為主原料，如硝酸鍶、草酸鍶、碳酸鍶、青天石等。鍶的氧化物、氫氧化物、鹵化物都可以發(fā)射帶狀光譜，半分解產(chǎn)物的帶狀光譜都位于紅光區(qū)，所以它們可以用來產(chǎn)生紅光。目前煙花行業(yè)的紅光劑，大都采用氧化鍶和一氧化鍶作為紅光劑的給予體，并添加氯酸鉀、聚氯乙烯和六氯代苯等。

綠光劑硝酸鋇、碳酸鋇、氧化鋇、氯化鋇、高氯酸鋇等。綠光發(fā)光劑常用鋇的化合物，是由于氫氧化鋇和鹵化鋇的分子輻射所致。目前，高氯酸鋇和氯酸鋇是比較理想的綠色發(fā)光物質(zhì)。但是這兩種物質(zhì)機(jī)械感度高，在沒有加入適量的鈍感劑條件下，是不宜采用的。

藍(lán)光劑氧化銅、堿式碳酸銅（孔雀石）、硫化亞銅、金屬銅等。藍(lán)光是由一氯化銅的分子輻射所產(chǎn)生的，因此，藍(lán)光劑基本上都是以生成一氯化銅分子輻射為基礎(chǔ)。從效果上來看，以氯酸鉀為氧化劑的藍(lán)光劑比以高氯酸鉀為氧化劑的藍(lán)光劑效果好，但從安全的角度來考慮，高氯酸鉀的藍(lán)光劑比氯酸鉀的藍(lán)光劑要安全一些。現(xiàn)在，普遍采用高氯酸鉀加入含硫的原料促使其分解，以作為藍(lán)光劑的給予體。

黃光劑以冰晶石、氟化鈉、氟硅酸鈉、硝酸鈉、草酸鈉、碳酸氫鈉等鈉鹽為主要原料配制而成。氟鋁酸鈉（冰晶石）和氟硅酸鈉是天然產(chǎn)物，含鈉量高，價(jià)格便宜，性能穩(wěn)定，它們在燃燒時(shí)使藥劑的爆熱值提高，可能代替一部分金屬可燃物，所以對黃光效果是有利的。但這兩種物質(zhì)吸濕性較強(qiáng)，目前，常用草酸鈉作為黃光劑的給予體。

化工讓煙花更環(huán)保

鞭炮點(diǎn)燃后，在其迅速燃燒、激烈爆炸、噴火射焰的同時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化硫、二氧化氮、二氧化碳、一氧化碳等氣體和各種金屬氧化物的粉塵。其中，二氧化硫、二氧化氮是刺激性和腐蝕性極強(qiáng)的酸性氧化物，危害極大的酸雨主要是由這類氣體溶于雨云中形成的。大量燃放鞭炮時(shí)，如果適逢無風(fēng)或低氣壓的天氣，這些氣體一時(shí)無法飄散，就會(huì)強(qiáng)烈地刺激人的呼吸道，使人咳嗽，引起氣管炎等疾病。因此，煙花爆竹行業(yè)也在致力于發(fā)展更加環(huán)保的產(chǎn)品。

目前，很多新型材料被運(yùn)用到了煙花爆竹中，它們的作用就是減少煙花爆竹對環(huán)境的污染。譬如無鉛催化劑解決了用鉛的問題，杜絕了鉛的污染；硝酸銀代替硝酸汞，解決了汞污染的問題；有機(jī)纖維素代替硫黃解決了二氧化硫的問題。

而在爆響劑的配制中，針對硫黃與氯酸鉀混合容易受外界能量刺激而引發(fā)安全事故，化工行業(yè)研制了一種新型的混合型可燃劑——三和粉，再配以一定量的氯酸鉀，直接用于爆竹專用藥。該新型爆竹專用藥屬無硫無銻爆竹藥劑，在生產(chǎn)和燃放時(shí)減少了大氣污染，且其相容性好，安全可靠。

另外，一些大型活動(dòng)對環(huán)保型煙花的需求也極大地促進(jìn)了化工技術(shù)在煙花行業(yè)的發(fā)展。例如，北京奧運(yùn)會(huì)的煙花產(chǎn)品就首次嘗試使用了稀土材料。傳統(tǒng)煙花為了追求色彩效果，往往添加各種重金屬鹽，此種煙花燃放過后就會(huì)產(chǎn)生大量重金屬污染。而稀土元素能級躍遷多，可以產(chǎn)生多種多樣的輻射和吸收。稀土元素的加入，不僅使煙花更加絢麗多彩，也更加環(huán)保。同時(shí)，北京奧運(yùn)會(huì)的煙火產(chǎn)品還首次使用了最新科技成果芯片禮花彈，即把電腦芯片安裝在禮花彈內(nèi)，通過電腦控制，在規(guī)定的高度、方位、朝向爆炸，組成各種特效的文字、圖案，讓煙花更加生動(dòng)、美麗。