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老赵最近听说电视剧《三十而已》很火，许幻山耗费心血终于研制出了他心目中绚丽的蓝色烟花。
回忆一下，你曾在烟花中看到过哪些色彩和效果？红色、绿色、黄色以及银白色的闪光，这大概是其中最常见的几种。
那么，蓝色呢？似乎没什么印象？
在烟花中，蓝色确实是种特别的存在，色泽纯正的蓝色烟花不仅好看，而且少见。至少在那些可供个人燃放的小型礼花弹中，几乎找不到它的身影。
为什么蓝色烟花如此少见？
首先我们要了解下烟花是如何“上色”的。
基本配方：助氧剂+“燃料”
从化学的角度来看，烟花爆竹的基础是一场快速释放能量的氧化还原反应。无论是炸开的效果、声响，还是激发五彩斑斓的光芒，都要依靠化学反应释放的能量。
在这个反应中，需要两种基本角色：氧化剂，以及用来烧掉的“燃料”。在我们所熟知的传统配方黑火药中，就是硝酸钾充当了氧化剂，木炭和硫作为“燃料”。
图为硝酸钾
烟花能呈现各种色彩，并不是真的加入了我们画画用的颜料，而是加入了不同的金属化合物，产生了一种叫“焰色反应”的物理变化。焰色反应，就是金属的原子或者离子在火焰中呈现不同颜色的现象。
图为黑火药
用黑火药就足以做出传统的爆竹，而现代的彩色烟花对火药配方还有更多要求。通过改变氧化剂和“燃料”的种类，可以调整所达到的火焰温度，最终产生不同的效果。比如说，如果把燃烧的东西从虫胶之类的有机物改成金属镁，就能提高火焰温度，带来更耀眼的光。
给学生做实验，燃烧镁条
爆竹的结构比较简单，它们只需要在小纸筒中装上火药，在点燃引信后原地爆开。而烟花的结构和功能都要复杂得多——它们要先升到空中，在合适的高度爆开，再展示出色彩斑斓的效果。
满足这些条件的东西一般被称为“高空礼花弹”，它的内部具有多层结构：下方装着一些用于推进升空的火药，并有一根延时引信通向中心。延时引信控制了礼花弹爆开的时机，当它引燃中间部分的爆炸药，就能让礼花弹整个爆开，让产生色彩、闪光的“效果颗粒”在空中绽放。
当将金属元素置入火焰中时，金属的外层电子会吸收火焰能量发生“跃迁”——即本来拥有稳定轨道的电子会到达一个具有更高能量的轨道上。这就好比棒球运动中的击球手挥棒击球，让本来径直飞向自己的棒球飞向更高更远的地方。
不过，跃迁后的电子并不稳定，它们会马上回到曾经较低的能量状态。这就好比棒球无论飞到多高，最后还是会掉落到地面上一样。这个过程同样称为跃迁，只不过跃迁方向是从高能量轨道回到低能量轨道。此时，电子会将原本吸收的能量以电磁波的形式释放出来。
不同元素原子中的电子在跃迁时会释放出特定波长的电磁波，这个波长与具体的元素种类有关，是原子的特征属性。不少金属原子的电子在跃迁时释放的电磁波正好位于可见光波段，因此人们可以清楚地看到五彩缤纷的颜色，这就是焰色反应得名的由来。
从左到右依次是钡、锶、锂、钠、铜、钾的焰色反应（图源：FineArtAmerica）
我们看到的蓝色烟花，其实就是无数的电子在以蓝色光的形式向外释放能量。
一般，人们会利用铜或者铜的化合物作为发色剂来产生蓝色，包括铜粉、硫酸铜、碳酸铜、硝酸铜、氢氧化铜、碱式碳酸铜、氯化亚铜等。其中又以氯化亚铜（CuCl）释放的-纳米波长的蓝光最为纯正，因为其它铜盐产生的蓝色通常带有明显的绿色色调。
好了，说清了蓝色烟花的原理，回到我们的主题，蓝色烟花为什么很难制造呢？
这主要是以下几个方面的造成的。
首先，夜空虽然看起来是黑色，但其实仍然有相当浓重的蓝色调。如何让蓝色烟花从背景中鲜明地凸显出来，并不是一件容易的事情。因为成分的细微改变就会造成燃烧温度、火焰颜色的极大变化，所以调控焰火剂的配比，从而让它们呈现出期望中的颜色本来就不是一件容易的事情。蓝色烟花更是还得考虑与夜空背景的对比度，难度可想而知。
此外，还有一个天然存在的矛盾制约着蓝色烟花的制造。一般来说，焰火剂燃烧时的温度越高，焰色反应的颜色就越明亮，视觉观感就越好。但同时，过高的温度又会让作为发色剂的金属盐类发生分解，导致金属原子的状态改变，无法释放预期的颜色。最有希望产生纯正蓝光的氯化亚铜的分解温度只有几百度，当它发生焰色反应时，实际上已经开始分解了。
因此，想要呈现蓝光时温度最好控制在摄氏度以下，否则就会产生其它白亮的杂色，影响蓝光的纯正性。
不过归根结底，蓝色烟花难以制造的原因还是与材料的稀缺性有关。其它色系对应的无机金属盐种类繁多，但能够产生蓝光的却几乎只有氯化亚铜一种。当然，如果我们把有机铜盐也列入考察对象，那么可供选择的对象确实会大大增加。问题是，生产烟花需要消耗大量盐类，成本是非常关键的因素，而有机盐类显然太贵了。
为了寻找氯化亚铜的替代品，人类已经努力了几个世纪，不过直到今天，它还是蓝色烟花的首选原料。烟花工程师们只能通过不断调试焰火剂的配方来让最后呈现的蓝色尽量绚丽夺目。从这个意义上来说，电视剧中的情节确有一定的现实依据，我真的想为编剧渊博的知识鼓掌。
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文/国哥老赵：坐标北京，一个教物理的老师
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