藍色煙花有多難生產？

文／科普中國

煙花是如何“上色”的

煙花能呈現各種色彩，并不是真的加入了我們畫畫用的顏料，而是加入了不同的金屬化合物，產生了一種叫“焰色反應”的物理變化。焰色反應，就是金屬的原子或者離子在火焰中呈現不同顏色的現象。

當將金屬元素置入火焰中時，金屬的外層電子會吸收火焰能量發生“躍遷”——即本來擁有穩定軌道的電子會到達一個具有更高能量的軌道上。這就好比棒球運動中的擊球手揮棒擊球，讓本來徑直飛向自己的棒球飛向更高更遠的地方。

不過，躍遷后的電子并不穩定，它們會馬上回到曾經較低的能量狀態。這就好比棒球無論飛到多高，最后還是會掉落到地面上一樣。這個過程同樣稱為躍遷，只不過躍遷方向是從高能量軌道回到低能量軌道。此時，電子會將原本吸收的能量以電磁波的形式釋放出來。

不同元素原子中的電子在躍遷時會釋放出特定波長的電磁波，這個波長與具體的元素種類有關，是原子的特征屬性。不少金屬原子的電子在躍遷時釋放的電磁波正好位于可見光波段，因此人們可以清楚地看到五彩繽紛的顏色，這就是焰色反應名稱的由來。

我們看到的藍色煙花，其實就是無數的電子在以藍色光的形式向外釋放能量。

一般，人們會利用銅或者銅的化合物作為發色劑來產生藍色，包括銅粉、硫酸銅、碳酸銅、硝酸銅、氫氧化銅、堿式碳酸銅、氯化亞銅等。其中又以氯化亞銅釋放的420～460 納米波長的藍光最為純正，因為其他銅鹽產生的藍色通常帶有明顯的綠色色調。

藍色煙花為什么很難制造？

首先，夜空雖然看起來是黑色，但其實仍然有相當濃重的藍色調。讓藍色煙花從背景中鮮明地凸顯出來并不是一件容易的事情。因為成分的細微改變就會造成燃燒溫度、火焰顏色的極大變化，所以調控焰火劑的配比，從而讓它們呈現出期望中的顏色本來就不是一件容易的事情。制造藍色煙花還得考慮與夜空背景的對比度，難度可想而知。

其次，還有一個天然存在的矛盾制約著藍色煙花的制造。一般來說，焰火劑燃燒時的溫度越高，焰色反應的顏色就越明亮，視覺觀感就越好。但同時，過高的溫度又會讓作為發色劑的金屬鹽類發生分解，導致金屬原子的狀態改變，無法釋放出預期的顏色。最有希望產生純正藍光的氯化亞銅的分解溫度只有幾百攝氏度，當它發生焰色反應時，實際上已經開始分解了。因此，想要呈現藍光，溫度最好控制在1200攝氏度以下，否則就會產生其他白亮的雜色，影響藍光的純正性。

不過歸根結底，藍色煙花難以制造的原因還是與材料的稀缺性有關。其他色系對應的無機金屬鹽種類繁多，但能夠產生藍光的卻幾乎只有氯化亞銅一種。當然，如果我們把有機銅鹽也列入考慮對象，那么可供選擇的對象確實會大大增加。問題是，生產煙花需要消耗大量鹽類，成本是非常關鍵的因素，而有機鹽類顯然太貴了。

為了尋找氯化亞銅的替代品，人類已經努力了幾個世紀，不過直到今天，它還是藍色煙花的首選原料。煙花工程師們只能通過不斷調試焰火劑的配方來讓最后呈現的藍色盡量絢麗奪目。