没有林林总总的矿藏就没有美丽缤纷的烟火

  正值新年，大家能观赏到林林总总的烟火扮演。五颜六色的烟火在夜空中相继开放，点着咱们回忆中地道的年味。夜空中绚烂的烟火流光溢彩，咱们好像很难将它和地下的“矿”联络在一起。但是，没有林林总总的矿藏，就不会有烟火的五颜六色。

  早在隋唐时期，咱们的祖先就已探索出了烟火的配方：将特定份额的硝石、碳和硫装至竹筒中向天空发射，便能因剧烈爆破而发生动静和火光。但是古代的烟火是单调的，因为比较于今日的烟火配方，它还缺少一种使自己五颜六色、富丽回身的“增加剂”——含有特别金属阳离子的盐类化合物。

  烟火出现五光十色色彩的原理是焰色反响：不同的金属离子在火焰中灼烧时，会发生特定波段的电子跃迁，使火焰出现出不同的色彩（图2）。如：厨房中的燃气灶充沛焚烧时，火焰出现蓝色，但蘸上一点点食盐（氯化钠，NaCl）便会变为明黄色。咱们也能够据此原理猜测原始烟火的色彩：古代没有额定的增加剂，但硝石的成分是硝酸钾（KNO3），那古代的烟火便是紫赤色了！不好意思，答复过错——因为钾和钠的化学性质相似，钾的化合物常常不可避免的稠浊了一些钠。而钾焚烧发生的紫色又极易被钠发生的黄光所掩盖，所以古代的烟火很可能和咱们今日最常见到的烟火相同，是黄色的。

  要想看到今日五颜六色的烟火，咱们便需求增加不相同的品种的金属元素；而要取得不相同的品种的金属元素，咱们便需求知道挖掘不相同的金属矿藏——

  钙元素（Ca）能使烟火出现橙赤色，钙的硫酸盐矿藏石膏（二水合硫酸钙，CaSO4·2H2O）是它最常见的工业质料。天然界中石膏常以棱柱状或纤维状产出，本身无色通明（图3），且硬度很低，用指甲刻划都能留下划痕。在沙漠区域，石膏能以片状集合体产出，构成被誉为“沙漠玫瑰”的观赏石（图4）。石膏的用处真实太为广泛，无论是肥料、建材、仍是医用、药用，随处可见它的身影。当然，钙还有许多其他来历，如：石灰石（碳酸钙）、白云石（碳酸镁钙）等等，不再打开介绍。

  锶元素（Sr）能使烟火出现美丽的赤色。它在元素周期表中处于钙的下一行，和钙元素有相似的性质。出产锶化合物的常见质料也来自于它的硫酸盐，天青石（硫酸锶，SrSO4）。彻底不同于锶盐焚烧时宣布的红光，天青石得名于它颇具神韵的蓝——天青色（图5）。“雨过天青云破处，这般色彩做将来”，天青这种色彩开始用于描述雨后初霁之初，天空还略显忧郁的色彩；后用于描述具有这种唯美色彩的汝窑（图6）；近年因为被误用在“天青色等烟雨”（周杰伦《青花瓷》）中得以被广为人知。

  相同身处元素周期表的同一列（ⅡA主族），钡元素（Ba）能使烟火出现绿色。不难猜到，天然界中出产钡盐的原材料也是它的硫酸盐矿藏，重晶石（硫酸钡，BaSO4）。重晶石得名于它远超其他常见矿藏的比重：常见岩石的密度常是水的2-3倍；而重晶石却是水的4-5倍。重晶石在天然界常以菱形的晶体产出，因混入的杂质而带有不同的色彩（图7）。因为钡和钙元素的性质相似，重晶石也能构成“钡”版别的“沙漠玫瑰”（图8）。

  铜（Cu）元素的存在能使烟火发生蓝绿色，这一色彩恰与天然界中铜的（碱式）碳酸盐相似：蓝铜矿（图9）和孔雀石（图10）。这两种矿藏以其艳丽的色彩在中国古代被用作宝贵的矿藏颜料。“丹青”中的“青”便是蓝铜矿的别号“石青”。青花瓷的“青”也应是这种石青色，而非前文天青石的天青色。在颜料的用处外，蓝铜矿和孔雀石两种矿藏还远远满意不了人类对铜这一重要金属的需求。现在咱们使用的大部分铜，来自于铜的各类硫化物，如：黄铜矿（CuFeS2）、斑铜矿（Cu5FeS4）、辉铜矿(Cu2S)、靛铜矿(CuS)、蓝辉铜矿（Cu9S5）等等。

  在上述元素之外，如：锰（紫光）、镉（黄光）、钴（蓝光）等渐渐的变多的元素也被逐步开发，增加到了烟火的材料单上。而为了取得更好的视觉效果并统筹环保的需求，现在的高端烟火技能还会在配方中增加少数的“工业维生素”——稀土元素。不同稀土元素的参加能明显改动烟火的光学功能：使火花色彩改动或是经久不衰（图11）。2008年北京奥运会，正是采用了这种新技能出产的烟火，给国内外宾客留下了深刻印象（图12）。

  天然，要制造这样的稀土烟火也要使用到对应的稀土矿藏，如：独居石、氟碳铈矿、磷钇矿（图13）等。

  没有林林总总的矿藏，就没有美丽缤纷的烟火。正是大天然丰厚多样的出产资料，让人类在物质寻求之外能有对“美”的神往与实践。而另一方面，咱们也应该承担起维护生态天然的职责：在地球为咱们点着美丽夜空的一起，用人类的才智留住地球的碧波青空。

  本文经授权转载自微信大众号“中科院地质地球所”，美编：许宏玺；校正：伍姝雨、江淑敏。

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