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        觀絢爛焰火,學(xué)原子知識

        2022-03-23 07:14:44彭現(xiàn)省
        科學(xué)大眾(中學(xué)) 2022年2期
        關(guān)鍵詞:負(fù)電禮花原子核

        彭現(xiàn)省

        每逢重大的節(jié)日,祖國大地到處都披上了節(jié)日的盛裝,特別是在許多大中城市,節(jié)日的夜晚更加美麗迷人。但更令人著迷的是燃放的焰火、釋放的禮花,構(gòu)成了火樹銀花不夜天,給人們帶來了無限的樂趣與歡樂。

        這些焰火、禮花,有的像盛開的玫瑰,濃艷欲滴,令人遐想;有的如早春的玉蘭,潔白素雅,使人留戀;有的似菊花盛開,千姿百態(tài),叫人贊嘆;有的如千流奔瀉,氣勢恢宏,令人神往。靜謐的夜空,繁花似錦,色彩斑斕,氣象萬千,使人目不暇接。啊!好一座美麗的空中百花園。

        焰火、禮花為什么會有這種神奇的本領(lǐng)呢?也許你會大吃一驚,原來是我們每天必吃的食鹽,還有其他一些金屬鹽,如硝酸鋇、硝酸鍶、硫酸銅等在大顯神威。而事實上,真正起作用的是鈉、鍶、鋇、銅等金屬陽離子,就是它們在大顯身手、大放異彩,裝點著節(jié)日的夜空。

        要深入探究這個問題,必須從原子結(jié)構(gòu)說起。

        奇妙的原子結(jié)構(gòu)

        原子雖然很小,但其內(nèi)部結(jié)構(gòu)卻比較復(fù)雜。

        原子是由原子核和核外電子組成的。原子核帶正電,體積很小,幾乎集中了原子的全部質(zhì)量,可它總是那么矜持、那么穩(wěn)重,喜靜不喜動,不參與化學(xué)反應(yīng)。

        電子處于原子核的外圍,它們帶負(fù)電,質(zhì)量極小,時刻繞原子核做高速旋轉(zhuǎn),并且它們各有各的運(yùn)動軌道。通常情況下,它們比較安分,各行其“道”,不善于“串門”,由內(nèi)層到外層,層層繞核翩翩起舞??墒?,一旦有風(fēng)吹草動,它們就變得活潑好動。特別是最外層的電子,一有機(jī)會就會溜走。當(dāng)原子失去帶負(fù)電的電子,它就變成了帶正電的陽離子;當(dāng)原子得到電子,它就變成了帶負(fù)電的陰離子。原子的內(nèi)層電子也并不十分安分守己,它們也很想到外層周游觀光,看一看大千世界??墒牵雍藚s把它拉得緊緊的,使它欲“跑”不能,欲“逃”無力。此時,如果有誰助它一臂之力,給它以足夠的能量,它也可以掙脫原子核的束縛,從內(nèi)層跳到外層,這就是電子的“激發(fā)”。

        雖說電子不大安分,但它也很“規(guī)矩”,不“自私”。因“思念故鄉(xiāng)”,有時它也會把得到的能量奉獻(xiàn)出來,此時它又會“重返故里”。它從外層返回內(nèi)層時,釋放能量,就會發(fā)出我們可以看到的光。

        知道了這些,上述問題就很容易回答了。

        多彩焰火的科學(xué)解讀

        焰火的組成包括火藥、發(fā)色劑、發(fā)光劑等,其中最具魅力的當(dāng)數(shù)發(fā)色劑,正是它使焰火在空中爭奇斗艷。某些金屬或它們的化合物在高溫灼燒時,會呈現(xiàn)出各自固有的特征顏色,還會發(fā)出耀眼的光。利用這種焰色反應(yīng),人們在制作時有意識地加入特定金屬元素,就可制成色彩變化無窮的焰火了。鈉黃光有迎春花般的黃色,鍶紅光呈現(xiàn)出玫瑰色的紅,鉀光呈淺紫色,鋇光呈黃綠色,鎂燃燒則會發(fā)出耀眼的白光。剎那間,各種顏色交織在一起,萬紫千紅,五彩繽紛,十分壯觀。

        焰火中除了這些發(fā)色劑,還有許多燃燒劑。燃燒劑被點燃后,可為金屬陽離子中的電子提供能量。鈉、鍶、鉀、鋇等離子中的電子吸收了這些能量,就由內(nèi)層軌道激發(fā)躍遷到外層軌道,在返回內(nèi)層軌道時,又放出能量,從而發(fā)出不同波長的光,就有了上述的特定顏色。常見的有機(jī)燃燒劑有蔗糖、木炭等,無機(jī)燃燒劑主要有鎂、鋁、鐵、鋅等金屬粉末及硫、磷、硒等非金屬粉末。

        焰火中還常用硝酸鉀、氯酸鉀、過氯酸鉀等作為助燃劑,這些物質(zhì)受熱分解時會放出大量的氧,可促使燃燒加劇。為使火藥能在較低的溫度下快速引爆,還常要摻入催化劑(如0.1%氧化錳、氧化銅等)。

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