科學(xué)辟謠 | 煙花爆竹中的化學(xué)

習(xí)近平總書(shū)記指出：“科技創(chuàng)新、科學(xué)普及是實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展的兩翼，要把科學(xué)普及放在與科技創(chuàng)新同等重要的位置。沒(méi)有全民科學(xué)素質(zhì)普遍提高，就難以建立起宏大的高素質(zhì)創(chuàng)新大軍，難以實(shí)現(xiàn)科技成果快速轉(zhuǎn)化?！痹凇吨腥A人民共和國(guó)科學(xué)技術(shù)普及法》（以下簡(jiǎn)稱科普法）的第一章第四條指出：“科普是公益事業(yè)，是社會(huì)主義物質(zhì)文明和精神文明建設(shè)的重要內(nèi)容，發(fā)展科普事業(yè)是國(guó)家的長(zhǎng)期任務(wù)。”第一章第八條指出：“科普工作應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持科學(xué)精神，反對(duì)和抵制偽科學(xué)。”

國(guó)務(wù)院印發(fā)《全民科學(xué)素質(zhì)行動(dòng)規(guī)劃綱要(2021-2035年)》(以下簡(jiǎn)稱《綱要》)，計(jì)劃在“十四五”時(shí)期，分別實(shí)施針對(duì)青少年、農(nóng)民、產(chǎn)業(yè)工人、老年人、領(lǐng)導(dǎo)干部和公務(wù)員等人群的5項(xiàng)科學(xué)素質(zhì)提升行動(dòng)。到2025年，實(shí)現(xiàn)公民具備科學(xué)素質(zhì)的比例超過(guò)15%，到2035年我國(guó)公民具備科學(xué)素質(zhì)的比例達(dá)到25%的目標(biāo)。

今天我們來(lái)聊一聊，生活中經(jīng)常碰到聽(tīng)到的有關(guān)煙花爆竹的化學(xué)類“謠言”！

謠言一： 煙花爆竹中加入了有顏色的物質(zhì)所以才會(huì)五彩繽紛

謠言二：“網(wǎng)紅煙花”是最安全的煙花

我們從煙花爆竹的起源說(shuō)起

禮花源于焰火，焰火源于火藥，我國(guó)是火藥的故鄉(xiāng)，火藥是我國(guó)古代文明之佐證。早在一千三百多年前，著名醫(yī)學(xué)家孫思邈，就在"丹經(jīng)"中，詳細(xì)記載了當(dāng)時(shí)的火藥的成分和性質(zhì)。十四世紀(jì)才由印度、阿拉伯輾轉(zhuǎn)傳至歐洲，至此，西方人始知有火藥之物。據(jù)史書(shū)及相關(guān)的文學(xué)書(shū)籍記載，隋唐之際，火藥發(fā)展成為供娛樂(lè)用的焰火。焰火，也叫煙火、煙花。

在北宋宣和（119-1125年）年間，我國(guó)以火藥為原料的煙花已發(fā)展成熟，有了大規(guī)模的成架煙火，如“架子煙火”“盆景煙花”。到了明清時(shí)期，我國(guó)爆竹煙花在民間已經(jīng)很盛行，每到婚喪喜慶或逢年過(guò)節(jié)，人們都要燃放爆竹煙花，或表示慶賀，或祈求神靈祖先保佑全家順利，萬(wàn)事如意。

順便說(shuō)一下，人們常說(shuō)的放煙花爆竹驅(qū)趕“年獸”只是近代人杜撰的傳說(shuō)故事，大家聽(tīng)聽(tīng)就好！

為什么煙花爆竹是五顏六色的？

為什么煙花爆竹是的呢?有人說(shuō)是因?yàn)榧尤肓松貑?？還是發(fā)生了什么有顏色的化學(xué)反應(yīng)?......關(guān)于煙花爆竹顏色的解釋五花八門(mén)，我們到底該相信哪一種呢？

通過(guò)查閱資料了解到，煙花爆竹的化學(xué)組成成分大體分為4類。

第一類是氧化劑，如硝酸鹽類、氯酸鹽類等。

第二類是可燃物質(zhì)，如硫磺、木炭、鎂粉和赤磷。爆竹內(nèi)的火藥是以1硫2硝3碳的黑火焰為基礎(chǔ)發(fā)展而來(lái)的。點(diǎn)燃后的爆炸反應(yīng)主要是：

第三類是火焰著色物，如鋇鹽、鍶鹽、鈉鹽和銅鹽。

第四類是其他特效藥物。

由煙花爆竹的組成成分可知，決定煙花顏色的是其中的火焰著色物?；鹧嬷镏饕侵附饘倩衔铩?/p>

著名化學(xué)家傅鷹先生說(shuō)過(guò)：“化學(xué)是實(shí)驗(yàn)的科學(xué)，只有實(shí)驗(yàn)才是最高法庭?！币虼?，我們做了金屬化合物灼燒實(shí)驗(yàn)，觀察火焰的顏色。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究我們發(fā)現(xiàn)，火焰著色物（金屬化合物）本身的顏色與灼燒時(shí)火焰呈現(xiàn)的顏色并無(wú)關(guān)聯(lián)。因此，煙花爆竹的顏色是金屬化合物在灼燒時(shí)使火焰呈現(xiàn)出的特征顏色而非加入有顏色的物質(zhì)?；瘜W(xué)上把這一過(guò)程稱為焰色反應(yīng)（或焰色試驗(yàn)）。

金屬的焰色試驗(yàn)

那這一過(guò)程是不是化學(xué)反應(yīng)呢？

帶著這樣的疑惑我們查閱了人教版高中化學(xué)選必2和大學(xué)課本，真正認(rèn)識(shí)到了煙花爆竹五顏六色的本質(zhì)！

焰色的產(chǎn)生與金屬原子或離子的電子能量變化有關(guān)，而不涉及物質(zhì)結(jié)構(gòu)或成分的改變，因而焰色反應(yīng)只是一個(gè)物理變化！

看到這，是不是很多小伙伴已經(jīng)忍不住想放煙花一睹煙花的五彩繽紛了？別急，先把下面看完！

為什么多地明確通知禁放煙花爆竹？

從大氣污染看，燃放煙花爆竹將釋放不少粉塵和大氣污染物（包括二氧化硫、二氧化氮、一氧化氮等），會(huì)造成不同程度的大氣污染；從噪音污染看，爆竹炸開(kāi)時(shí)所產(chǎn)生的噪音平均在100分貝左右，高則達(dá)到120分貝以上，據(jù)研究分析，燃放煙花爆竹時(shí)所產(chǎn)生的聲音已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了人能承受的理想聲音（15-40分貝）。

煙花爆竹燃放過(guò)程

我們利用物質(zhì)的量在化學(xué)方程式中的計(jì)算定量計(jì)算了煙花爆竹燃放時(shí)所產(chǎn)生的二氧化硫。由計(jì)算結(jié)果可知：以扇形盆花為例，我們假設(shè)每4人每年燃放1個(gè)20發(fā)的該煙花，則僅江蘇省1年產(chǎn)生的二氧化硫的質(zhì)量高達(dá)約1030噸，推至全國(guó)則高達(dá)約17100噸。（數(shù)字驚人?。。。?/p>

可你知道嗎？

2017年10月27日，世界衛(wèi)生組織國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)公布的致癌物清單初步整理參考，二氧化硫就在3類致癌物清單中；此外，酸雨的形成正是因?yàn)槿藶榈南虼髿庵信欧糯罅克嵝晕镔|(zhì)（如二氧化硫、二氧化氮）所造成的。

現(xiàn)在，你知道為什么我國(guó)多地明確通知禁止燃放煙花爆竹了嗎？

“網(wǎng)紅煙花”的興起

近期，有些不良商家趁機(jī)以減少煙花爆竹的污染為由售賣(mài)“網(wǎng)紅煙花”，如鋼絲棉煙花、仙女棒等,聲稱這些煙花是“最安全的煙花”。你是不是也曾購(gòu)買(mǎi)、燃放過(guò)這類“煙花”呢？

如此美麗的“煙花”真的如商家所說(shuō)的那樣是“最安全的煙花”嗎？而你對(duì)這些“網(wǎng)紅煙花”的了解有多少？

什么是鋼絲棉煙花？

查閱資料可知，鋼絲棉亦為鋼纖維、鋼羊毛，它是將低碳鋼制成0.125-0.189毫米的細(xì)絲而組成。再對(duì)比現(xiàn)行低碳鋼和還原鐵粉的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)，二者的含鐵量極為接近，約為98~99.135%。

為了驗(yàn)證鋼絲棉的成分，我們還設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)方案以證明鋼絲棉的主要成分是鐵（包括鋼絲棉與稀鹽酸、鋼絲棉與硫酸銅溶液、鋼絲棉在空氣中燃燒等反應(yīng)）。

歸納實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如下：

鋼絲棉與稀鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生氣泡

鋼絲棉與水蒸氣在高溫下生成可燃?xì)怏w——?dú)錃?/p>

鋼絲棉與硫酸銅溶液反應(yīng)，藍(lán)色逐漸褪去，鋼絲棉表面析出紅色物質(zhì)

鋼絲棉在空氣中燃燒火星四射

以上結(jié)果均可證明鋼絲棉的主要成分是鐵。

因此“鋼絲棉煙花”無(wú)任何煙火藥劑，不屬于煙花爆竹，但燃放該物品危險(xiǎn)性極高！全國(guó)煙花爆竹標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)主任委員黃茶香介紹，“鋼絲棉煙花”的火焰火花溫度極高，可達(dá)2000℃以上。

什么是冷煙花？

舞臺(tái)噴泉煙花、生日煙花、仙女棒等這些都是“冷煙花”。你是不是認(rèn)為它“個(gè)頭小、火焰小、煙霧少”，所以不是煙花爆竹，燃放很安全呢？

實(shí)際上，冷煙花是指以產(chǎn)生亮銀色火花或火星為主要燃放效果、產(chǎn)煙量和殘?jiān)^少的一類煙火物質(zhì)。其主要組分是煙火藥劑。由于冷煙花燃放時(shí)發(fā)出極亮的白光，給人“冰冷”的感覺(jué)，讓人聯(lián)想到了基于熒光發(fā)光機(jī)理的“冷光源”（如熒光棒），因此早期研發(fā)這類煙花的科技人員就形象地稱之為“冷光煙花”或“冷煙花”，國(guó)外也叫“冰火噴泉”。

據(jù)調(diào)研，目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的冷光煙花的主要組分為單基藥（主要成分為硝化棉）和某些特殊的金屬材料，如鈦粉、鋯粉等。從原理上講，這類煙花燃放時(shí)自身持續(xù)發(fā)生放熱的化學(xué)反應(yīng)。冷煙花的噴口處溫度高達(dá)1000℃以上，其火花溫度一般可達(dá)100~200℃，個(gè)別較大火花顆粒可達(dá)500℃以上，這些灼熱的火花攜帶很高的能量，具有引發(fā)火災(zāi)的危險(xiǎn)性。從發(fā)光機(jī)理上講，冷煙花的發(fā)光主要為基于熱輻射的連續(xù)光譜，并存在極少線狀光譜和帶狀光譜，而非冷光發(fā)光。

因此，冷煙花燃放時(shí)溫度并不低，尤其煙花噴口附近以及個(gè)別較大的火花顆粒的溫度很高，屬于易燃易爆危險(xiǎn)品，存在很大隱患。

相關(guān)政策

2021年2月16日，國(guó)務(wù)院安委會(huì)辦公室組織召開(kāi)專題會(huì)議，部署查處打擊涉及冷光煙花和“鋼絲棉煙花”生產(chǎn)運(yùn)輸銷售等違法違規(guī)行為，并印發(fā)通知，提出要求。通知強(qiáng)調(diào)，目前在實(shí)體店面和網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)銷售的“鋼絲棉煙花”，要全部下架并妥善處置。

我們來(lái)總結(jié)一下

謠言一：煙花爆竹中加入了有顏色的物質(zhì)所以才會(huì)五彩繽紛

科學(xué)認(rèn)識(shí)：煙花爆竹燃放時(shí)多彩的火焰來(lái)自著色物中的金屬元素發(fā)生的焰色反應(yīng)，且焰色反應(yīng)是一個(gè)物理變化。

謠言二：“網(wǎng)紅煙花”是最安全的煙花

科學(xué)認(rèn)識(shí)：“網(wǎng)紅煙花”有鋼絲棉煙花、冷煙花等。鋼絲棉雖不屬于煙花爆竹，但燃放時(shí)危險(xiǎn)性極高；冷煙花屬于煙花爆竹，其屬于易燃易爆危險(xiǎn)品的基本屬性并未改變！

安全小提示

燃放安全提示：

所有煙花爆竹產(chǎn)品都應(yīng)在室外燃放

遠(yuǎn)離法規(guī)規(guī)定的禁放區(qū)域，不要在不具備安全條件的場(chǎng)所燃放，如樓梯口、小弄堂、高壓線、草場(chǎng)山林等一般采用煙或者香點(diǎn)燃。點(diǎn)燃后，應(yīng)立即離開(kāi)到安全位置。萬(wàn)一出現(xiàn)異常情況，請(qǐng)不要馬上靠近產(chǎn)品，一般等待15分鐘后再去處理

千萬(wàn)不能對(duì)著易燃物和人燃放

煙花爆竹炸傷后如何處理：

受傷后一定要迅速降低操作處的組織溫度，用涼水沖洗、冰塊冷敷等方法處理，以減輕腫脹，防止損傷加重；冷敷后要進(jìn)行局部消毒，如有破損，應(yīng)盡快到正規(guī)醫(yī)院就近治療，對(duì)于頭、耳、眼、鼻、面部損傷不可掉以輕心，均應(yīng)到醫(yī)院接受治療，以免耽誤治療時(shí)機(jī)。

本文作者：丁怡 南斐誠(chéng) 李朱蕊 楊雪柔 顧明哲 唐翊凡 沃建強(qiáng)

注：丁怡為指導(dǎo)老師（南京師范大學(xué)），其他作者均為南京市中華中學(xué)高中生。