題材1 - <<煙花>>

每年農曆新年，香港政府都會安排在維多利亞海港上空進行大型煙花匯演。市民對煙花匯演一定不會感到陌生。到底如此燦爛奪目的煙花，是如何製造的？

我們在這裡不妨也講解一下爆竹 (firecrackers) 和煙花 (fireworks) 的化學原理。燃放爆竹最關鍵的時刻就是發出「啪」一聲的一剎那。然而，爆竹為甚麼會「響」呢？讓我們先說說爆竹的構造吧。

一根爆竹最外面是一層只是用作裝飾的紅色紙，裡面是一層厚厚的草紙，中心部分盛載著一些黑色粉末，稱為黑火藥 (black gunpowder)。各位別輕看這堆黑色粉末，它的威力相當強大呢！

黑火藥是由硫磺 (sulphur / S)、木炭 (charcoal / C) 與硝酸鉀 (potassium nitrate / KNO3) 混合製成的。

用火燃點爆竹的藥引後，一旦燒著了裏面的黑火藥，便即時發生一連串非常劇烈的氧化還原反應 (redox reaction)，釋放出大量的能量和生成許多氣體。這些生成的氣體包括有二氧化硫 (sulphur dioxide / SO2)、二氧化氮 (nitrogen dioxide / NO2)、二氧化碳 (carbon dioxide / CO2)、一氧化碳 (carbon monoxide / CO) 等等。由於爆竹內的氣體體積突然猛烈地增加數千倍，那層並非包得很緊的草紙便承受不起壓力，形成爆炸，發出「啪」的一聲。

至於煙花的化學原理，其實和爆竹的大同小異，其結構都包含黑火藥和藥引。燃放煙花後，類似以上提到的化學反應引發爆炸，而爆炸過程中所釋放出來的能量，絕大部分轉化成光能呈現在我們眼中。

煙花的最大特色是能夠放出五彩繽紛的顏色。到底煙花內有甚麼神秘的成份呢？現在由我們揭開其神秘面紗吧！關鍵是在製作煙花的過程中加入一些發光劑和發色劑。

發光劑是金屬鎂 (magnesium) 或金屬鋁 (aluminium) 的粉末。當這些金屬燃燒時，會發出白熾的強光。發色劑其實只不過是一些金屬化合物 (metal compound)。我們平日在教學上經常運用這些金屬化合物來進行實驗呢！金屬化合物含有金屬離子 (metal ion)．當這些金屬離子被燃燒時，會發放出獨特的火焰顏色 (flame colour)。不同種類的金屬化合物在燃燒時，會發放出不同顏色的光芒。概括如右表。

舉例說，氯化鈉 (sodium chloride / NaCl) 和硫酸鈉 (sodium sulphate / Na2SO4) 都屬於鈉的化合物，他們在燃燒時便會發出金黃色火焰 (golden yellow flame)。

同樣道理，硝酸鈣 (calcium nitrate / Ca(NO3)2) 和碳酸鈣 (calcium carbonate / CaCO3) 在燃燒時會發出磚紅色火焰 (brick red flame)。

其實在化學科，我們常常會運用以上結果來測試物質中所含的金屬。這類型的實驗稱為焰色試驗 (flame test)。煙花便是利用金屬的這種特性製成的。製作煙花的人經過巧妙的排列，決定燃燒的先後次序。這樣，煙花引爆後，便能在漆黑的天空中綻放出鮮豔奪目、五彩繽紛的圖案了。


(From HKedCity.net)


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