一根爆竹最外面是一層只是用作裝飾的紅色紙,里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).黑火藥是由硫磺 (sulphur / S)、木炭 (charcoal / C) 與硝酸鉀 (potassium nitrate / KNO3) 混合制成的.
用火燃點(diǎn)爆竹的藥引后,一旦燒著了里面的黑火藥,便實(shí)時(shí)發(fā)生一連串非常劇烈的氧化還原反應(yīng) (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.由于爆竹內(nèi)的氣體體積突然猛烈地增加數(shù)千倍,那層并非包得很緊的草紙便承受不起壓力,形成爆炸,發(fā)出「啪」的一聲.
至于煙花的化學(xué)原理,其實(shí)和爆竹的大同小異,其結(jié)構(gòu)都包含黑火藥和藥引.燃放煙花后,類似以上提到的化學(xué)反應(yīng)引發(fā)爆炸,而爆炸過程中所釋放出來的能量,絕大部分轉(zhuǎn)化成光能呈現(xiàn)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(nèi)有甚么神秘的成份呢?現(xiàn)在由我們揭開其神秘面紗吧!關(guān)鍵是在制作煙花的過程中加入一些發(fā)光劑和發(fā)色劑.
發(fā)光劑是金屬鎂 (magnesium) 或金屬鋁 (aluminium) 的粉末.當(dāng)這些金屬燃燒時(shí),會(huì)發(fā)出白熾的強(qiáng)光.發(fā)色劑其實(shí)只不過是一些金屬化合物 (metal compound).我們平日在教學(xué)上經(jīng)常運(yùn)用這些金屬化合物來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)?金屬化合物含有金屬離子 (metal ion)．當(dāng)這些金屬離子被燃燒時(shí),會(huì)發(fā)放出獨(dú)特的火焰顏色 (flame colour).不同種類的金屬化合物在燃燒時(shí),會(huì)發(fā)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) 都屬于鈉的化合物,他們?cè)谌紵龝r(shí)便會(huì)發(fā)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(shí)會(huì)發(fā)出磚紅色火焰 (brick red flame).
其實(shí)在化學(xué)科,我們常常會(huì)運(yùn)用以上結(jié)果來測(cè)試物質(zhì)中所含的金屬.這類型的實(shí)驗(yàn)稱為焰色試驗(yàn) (flame test).煙花便是利用金屬的這種特性制成的.制作煙花的人經(jīng)過巧妙的排列,決定燃燒的先后次序.這樣,煙花引爆后,便能在漆黑的天空中綻放出鮮艷奪目、五彩繽紛的圖案了