焰色反应原理

焰色反应实质：离子跃迁焰色反应是个元素的性质。是原子中电子跳跃所引起的光现象

焰色反应，也称作焰色测试及焰色试验，是某些金属或它们的化合物在无色火焰中灼烧时使

火焰呈现特征的颜色的反应。在化学上，常用来测试某种金属是否存在在于化合物。同时利

用焰色反应，人们在在烟花中有意识地加入特定金属元素，使焰火更加绚丽多彩。

焰色反应的原因

当碱金属及其盐在火焰上灼烧时，原子中的电子吸收了能量，从能量较低的轨道跃迁

到能量较高的轨道，但处于能量较高轨道上的电子是不稳定的，很快跃迁回能量较低

的轨道，这时就将多余的能量以光的形式放出。而放出的光的波长在可见光范围内（波

长为400nm～760nm），因而能使火焰呈现颜色。但由于碱金属的原子结构不同，电子

跃迁时能量的变化就不相同，就发出不同波长的光，从焰色反应的实验里所看到的特

殊焰色,就是光谱谱线的颜色.每种元素的光谱都有一些特征谱线,发出特征的颜色而

使火焰着色，根据焰色可以判断某种元素的存在.如焰色洋红色含有锶元素，焰色玉

绿色含有铜元素，焰色黄色含有钠元素等。

焰色反应的实验

(1)实验用品铂丝(或铁丝）、酒精灯(或煤气灯)、稀盐酸、蓝色钴玻璃(检验钾时用)。

(2)操作过程①将铂丝蘸稀盐酸在无色火焰上灼烧至无色;②蘸取试样（固体也可以直

接蘸取）在无色火焰上灼烧,观察火焰颜色(若检验钾要透过蓝色钴玻璃观察，因为大

多数情况下制钾时需要用到钠，因此钾离子溶液中常含有钠离子，而钠的焰色反应为

黄色，黄色与少量的紫色无法分别出来).③将铂丝再蘸稀盐酸灼烧至无色，就可以继

续做新的实验了。

焰色反应的历史

焰色反应是一种非常古老的定性分析法，早在中国南北朝时期，著名的炼丹家和医药

大师陶弘景(456—563)在他的《本草经集注》中就有这样的记载“以火烧之，紫青

烟起，云是真硝石(硝酸钾)也”。由于当时及以后的许多年里，生产力水平不高，这

种方法一直没有得到广泛的应用及发展。

到18世纪以后欧洲的近代化学时期，由于冶金、机械工业的巨大发展，要求提供数

量更大，品种更多的矿石；同时，也为了降低生产成本，合理使用原材料及提高产品

质量，因而对分析化学提出了新的要求。德国人马格拉夫(1709～1782)是这一时期

的著名的定性分析化学家。他的一项重要的研究成果是观察到了植物碱(草木灰，即

碳酸钾)与矿物碱(苏打，即碳酸钠)的区别。1762年他系统地对比了这2种碱转

化生成的各种钾盐与钠盐的晶形、潮解性和溶解度，并发现钠盐和钾盐可以分别使火

焰着上各自特征的焰色。从此以后利用焰色反应鉴别钾、钠盐就成为常用手段了。后

来有不少人也注意到，有很多的盐类、氧化物在火焰中也能呈现不同的颜色，例如格

梅林在1818年发现锂盐呈红色、铜盐呈绿色⋯⋯但却不明白其中的道理。而锂盐和

锶盐都使火焰呈红色，这又影响了焰色反应检验物质的可靠性。

19世纪中叶，德国著名化学家本生(1811～1899)设计制造了本生灯，它使

煤气燃烧时产生几乎无色的火焰，温度高达两千多度。本生利用这种灯研究各种盐类

在火焰中呈现不同焰色的现象，试图根据火焰中的彩色信号来检测各种元素。他同时

点燃3盏煤气灯，并分别往每个灯焰中滴加食盐溶液。

其中一滴是纯食盐溶液，另一滴混有锂盐，第三滴混有钾盐。结果3个火焰全

呈黄色，看不出任何差别。显然是钠焰的黄色把其他的颜色掩盖了。本生又通过蓝色

玻璃或靛蓝溶液作滤色镜观察火焰，发现黄色得以滤去，滴加纯食盐溶液的火焰变成

无色，混有锂盐的食盐溶液火焰显深红色，混有钾盐的火焰呈紫色。后来他收集很多

不同颜色的玻璃并配制许多不同颜色的溶液作为滤色材料试图提高焰色反应的选择

性，来区别锂盐与锶盐在火中呈现的深红色，但没有成功。显然凭肉眼观察焰色来鉴

别元素受到了很大的限制。直到现在，我们用焰色反应也只能有限地鉴别钾、钠等少

数几种金属，用蓝色的钴玻璃来观察钾的焰色也来源于本生的试验。

本生除了利用煤气火焰外，还利用煤炭火焰、氢氧焰、氢焰等。经过对焰色反应

的详细研究后，他还发现一种元素即使处于不同的化合物中，即使在火焰中发生了化

学变化，即使火焰的温度不同，即使所使用的火焰类型不同，但这些因素对某一元素

的特征焰色都没有影响。

后来，本生在好友物理学家基尔霍夫的建议下，通过观察光谱实现了对元素的定

性检验，开创了分析化学的一个重要分支：光谱分析。

常见的焰色反应

含钠元素Na黄含锂元素Li紫红含钾元素K浅紫（透过蓝色钴玻璃观察，

因为钾里面常混有钠，黄色掩盖了浅紫色）含铷元素Rb紫含钙元素Ca砖红色

含锶元素Sr洋红含铜元素Cu绿含钡元素Ba黄绿含钴元素Co淡蓝

（注：含铁元素Fe无色）

精简版钾浅紫钙砖红钠黄镁铝无钡黄绿铜色绿铁无锂紫红钾紫钠黄锂紫红铷

紫铜绿钡黄绿钙砖红锶洋红钴淡绿铁无色

特别注意：焰色反应是物理变化，不是化学变化

烟花的历史

说到烟花的历史，我们不得不提到烟花的重要组成部分——火药。那么火药是怎么形

成的呢？火药，又称黑火药或褐色火药，是古代人民寻求“长生不老丹”的配方时，

无意中配制出来的。关于烟花爆竹的发明，民间有许多美丽的传说。其中流传最广的

是关于“爆竹祖师”李畋的神奇传说。相传在1400年前，南川河两岸时闻有人被山

魈所害，连唐太宗李世民都被惊扰得龙体不安，遂下诏全国求医。出生于湖南浏阳

南乡大瑶的李畋费尽苦心研制出爆竹，它不仅用来驱祟避邪，保护一方平安，更为太

宗驱镇邪魅。李畋救驾有功，因此被唐太宗敕封为“爆竹祖师”。民间传说反映了

中国人民美好善良的愿望。但据史书及相关的文学书籍记载，在唐朝已有了烟花的发

明，在北宋宣和（1119—1125年）年间，我国以火药为原料的真正烟花发展成熟，已

有了大规模的成架烟火。中国烟花爆竹的诞生发展过程，充分体现了以花炮始祖李

畋为代表的中国人民无穷智慧，展示了我国民族传统文化的博大精深，它是中国人民

古老发明的艺术结晶，也是中国古老民俗的智慧表现。明清时代，我国爆竹烟花已

经很盛行，每逢婚丧喜庆或逢年过节，人们都要燃放爆竹烟花来祭神祭祖，表示庆贺，

求神灵祖先保佑全家顺利，万事如意。中国花炮从燃放效果来看，分成礼花、字幕、

盆花、瀑布、火箭、喷花。清咸丰年间，鞭炮庄号遍及湖南省内外各埠，烟花鞭炮

年产量猛增，大瑶、金刚头、潭江、文家市及城区等地百分之九十的居民以家庭作坊

式生产，烟花鞭花已开成大行业，素有“十家九爆之称”。

烟花是爆竹和花炮的结合，既能像爆竹一样，升到半空中爆炸，又能像花炮一样，在

爆炸后发光。

烟花由四部分组成：燃烧剂、助燃剂、发光剂和发色剂。

燃烧剂实际上就是爆竹，用黑火药做成；

助燃剂是由硝酸钾等组成，遇热会放出大量的氧气，使燃烧更充分；

发光剂是镁粉或铝粉或都有，我们放完烟花后看到的白眼，就是它们燃烧后的氧化物；

发色剂是烟花的主角，其实它也不神秘，只是一些金属盐类，遇热发生焰色反应而发

出彩色的光，如硝酸钡发出红光，硝酸锶发出绿光，钠盐发出黄光，铜盐发出蓝光，

镁粉或铝粉发出白光等。

这就是烟花的基本原理，但是材料不好找

揭秘美丽烟花制作工艺

“新年到，新年到，小子买花，姑娘买炮”，这句很多人再熟悉不过的童谣伴随着我们走过了

难忘的童年时代。

这些燃放时五彩缤纷、花形各异的烟花，只需点燃导火索，就可以在观赏的同时为我们留下

众多美好瞬间。但烟花的制作工艺，我们不甚了解。技艺精湛的花炮设计者又是怎样将这些

美丽烟花设计出来的呢？

颜色：若干种化学物质进行一定配比红色烟花透着喜气，白色灿烂，蓝色淡雅……你可知

道在制作过程中要进行怎样的技术处理，才能得到燃放时的颜色效果？烟花的颜色是由若干

种不同的化学成分，按照一定的比例混合后产生的效果。这种混合物被称为“效果药。即使

是使用相同的几种化学物质，但如果配比不同，所得到颜色的深浅度也不同。所以若想得到

高质量的颜色效果，准确的化学物质配比起着非常关键的作用红牡丹所显现的红色效果是

由五种化学成分按照以下配比混合在一起产生的。其中高氯酸钾占40%，铝镁合金占20%，

酚醛树脂占5%，碳酸锶占20%，聚氯乙烯占15%。如果配比稍加变化，就会出现深浅程

度不同的红色另外，在制作红牡丹烟花过程中，一般会在红色效果药中加入酒精等物质，

经过搅拌使其滚成一粒粒小珠的形状，我们称之为红色药珠，即红珠。同样方法也可以得到

其它颜色的药珠。由于配比比例的细微差别都会造成烟花颜色的变化，因此，各种颜色的配

比数据在业界是各公司的商业秘密。

花形：制作工艺各异观赏烟花时，瀑布、汉字等形状各异的烟花会使我们眼前一亮，但是

迸发一瞬的形状又是如何控制的呢？不同形状和颜色的烟花在原料上一般都是由效果药和

开爆药组合而成的。烟花颜色的不同体现在不同的化学物质的组合上，而形状的各异则体现

在不同的制作工艺上。例如红牡丹，是由红色效果药和开爆药按照牡丹的制作工艺组合而成

的。红牡丹的制作工艺相对是最简单的，而其它较复杂的效果是很难用语言描述清楚的。他

向记者简单介绍了红牡丹的制作工艺：首先，红牡丹烟花分为内外两个筒，外筒的底部是封

闭的，只留一个插外导火索的小孔，另外一端作为内筒的出口。之后在外筒的最底部倒上由

军工硝制成的发射药。发射药的上面就是内筒，外导火索引燃发射药后就会产生一股冲力，

足以把内筒打上天。内筒是相对封闭的，仅仅在临近发射药的一端有一个插内导火索的小孔。

内筒被火药弹出的同时，内导火索也会被点燃。这样，当内筒被发射到一定高度时，内导火

索就会引燃位于内筒中心点的爆炸药，即黑火药。因为内筒的相对封闭，黑火药会产生很强

的爆炸力。

烟花：颜色加花形的完美组合

如果在黑火药的周围布满了一颗颗的红珠，这样黑火药爆炸后，红珠被炸开，天空中就会出

现红牡丹的效果了。“如果想使烟花燃放后展现出瀑布等串状效果，就不能把„效果药‟制成珠

状，而要将其制成粉末状。这样爆炸后就会是一种持续的串状效果。”吴新华解释说。当然，

整个效果并不仅仅因为效果药是粉末状就能实现的。目前不同效果的烟花可达几万种。同样

是“红牡丹”效果，如果将红珠的大小或红珠中化学物质的配比稍加改动所展现的“红牡丹”效

果就会不同。所以可称为“红牡丹”效果的烟花种类就有上百种。这些需要发射到天空一定高

度的烟花，除了可制成封闭的筒状，还可以制成封闭的球状等。另外，有一些烟花没有封闭

的内筒装置，但有发射药。这些烟花一出筒口就会出效果，被称之为花束效果。

烟花分类

烟花产品以其结构和运动形式，又分为吐珠类、喷花类、升空类、小礼花类、造型玩具类、

线香类、组合烟花类等13类

喷花类：燃放时以喷射火苗、火花为主的产品；

旋转类：燃放时烟花主体自身旋转的产品（旋转升空的产品不列入此类）；

升空类：燃放时，由定向器定向升空的产品；

吐珠类：燃放时从同一筒体有规律地发射出多颗彩珠、彩花、响炮等的产品；

线香类：用装饰纸筒裹装烟火药，或在铁丝、竹竿、木杆或纸片上涂敷烟火药形成的线香状

产品；

地面礼花类：燃放时放置在地面，从主体内发射并在空中爆发出珠花、响炮、笛音或飘动物

等效果的产品；

烟雾类：燃放时以产生烟雾效果为主的产品；

造型玩具类：产品外壳制成各种形状，燃放时或燃放后能模仿所造形象或动作，或产品外表

无造形，但燃放时或燃放后能产生某种形象的产品；

小礼花弹类（直径不大于38mm）：弹体从发射筒中发射到空中后，能爆发出各种花型图案

或其它效果的产品。