科学辟谣 | 烟花爆竹中的化学

习近平总书记指出：“科技创新、科学普及是实现创新发展的两翼，要把科学普及放在与科技创新同等重要的位置。没有全民科学素质普遍提高，就难以建立起宏大的高素质创新大军，难以实现科技成果快速转化。”在《中华人民共和国科学技术普及法》（以下简称科普法）的第一章第四条指出：“科普是公益事业，是社会主义物质文明和精神文明建设的重要内容，发展科普事业是国家的长期任务。”第一章第八条指出：“科普工作应当坚持科学精神，反对和抵制伪科学。”

国务院印发《全民科学素质行动规划纲要(2021-2035年)》(以下简称《纲要》)，计划在“十四五”时期，分别实施针对青少年、农民、产业工人、老年人、领导干部和公务员等人群的5项科学素质提升行动。到2025年，实现公民具备科学素质的比例超过15%，到2035年我国公民具备科学素质的比例达到25%的目标。

今天我们来聊一聊，生活中经常碰到听到的有关烟花爆竹的化学类“谣言”！

谣言一： 烟花爆竹中加入了有颜色的物质所以才会五彩缤纷

谣言二：“网红烟花”是最安全的烟花

我们从烟花爆竹的起源说起

礼花源于焰火，焰火源于火药，我国是火药的故乡，火药是我国古代文明之佐证。早在一千三百多年前，著名医学家孙思邈，就在"丹经"中，详细记载了当时的火药的成分和性质。十四世纪才由印度、阿拉伯辗转传至欧洲，至此，西方人始知有火药之物。据史书及相关的文学书籍记载，隋唐之际，火药发展成为供娱乐用的焰火。焰火，也叫烟火、烟花。

在北宋宣和（119-1125年）年间，我国以火药为原料的烟花已发展成熟，有了大规模的成架烟火，如“架子烟火”“盆景烟花”。到了明清时期，我国爆竹烟花在民间已经很盛行，每到婚丧喜庆或逢年过节，人们都要燃放爆竹烟花，或表示庆贺，或祈求神灵祖先保佑全家顺利，万事如意。

顺便说一下，人们常说的放烟花爆竹驱赶“年兽”只是近代人杜撰的传说故事，大家听听就好！

为什么烟花爆竹是五颜六色的？

为什么烟花爆竹是的呢?有人说是因为加入了色素吗？还是发生了什么有颜色的化学反应?......关于烟花爆竹颜色的解释五花八门，我们到底该相信哪一种呢？

通过查阅资料了解到，烟花爆竹的化学组成成分大体分为4类。

第一类是氧化剂，如硝酸盐类、氯酸盐类等。

第二类是可燃物质，如硫磺、木炭、镁粉和赤磷。爆竹内的火药是以1硫2硝3碳的黑火焰为基础发展而来的。点燃后的爆炸反应主要是：

第三类是火焰着色物，如钡盐、锶盐、钠盐和铜盐。

第四类是其他特效药物。

由烟花爆竹的组成成分可知，决定烟花颜色的是其中的火焰着色物。火焰着色物主要是指金属化合物。

著名化学家傅鹰先生说过：“化学是实验的科学，只有实验才是最高法庭。”因此，我们做了金属化合物灼烧实验，观察火焰的颜色。

通过实验探究我们发现，火焰着色物（金属化合物）本身的颜色与灼烧时火焰呈现的颜色并无关联。因此，烟花爆竹的颜色是金属化合物在灼烧时使火焰呈现出的特征颜色而非加入有颜色的物质。化学上把这一过程称为焰色反应（或焰色试验）。

金属的焰色试验

那这一过程是不是化学反应呢？

带着这样的疑惑我们查阅了人教版高中化学选必2和大学课本，真正认识到了烟花爆竹五颜六色的本质！

焰色的产生与金属原子或离子的电子能量变化有关，而不涉及物质结构或成分的改变，因而焰色反应只是一个物理变化！

看到这，是不是很多小伙伴已经忍不住想放烟花一睹烟花的五彩缤纷了？别急，先把下面看完！

为什么多地明确通知禁放烟花爆竹？

从大气污染看，燃放烟花爆竹将释放不少粉尘和大气污染物（包括二氧化硫、二氧化氮、一氧化氮等），会造成不同程度的大气污染；从噪音污染看，爆竹炸开时所产生的噪音平均在100分贝左右，高则达到120分贝以上，据研究分析，燃放烟花爆竹时所产生的声音已经远远超过了人能承受的理想声音（15-40分贝）。

烟花爆竹燃放过程

我们利用物质的量在化学方程式中的计算定量计算了烟花爆竹燃放时所产生的二氧化硫。由计算结果可知：以扇形盆花为例，我们假设每4人每年燃放1个20发的该烟花，则仅江苏省1年产生的二氧化硫的质量高达约1030吨，推至全国则高达约17100吨。（数字惊人！！！）

可你知道吗？

2017年10月27日，世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单初步整理参考，二氧化硫就在3类致癌物清单中；此外，酸雨的形成正是因为人为的向大气中排放大量酸性物质（如二氧化硫、二氧化氮）所造成的。

现在，你知道为什么我国多地明确通知禁止燃放烟花爆竹了吗？

“网红烟花”的兴起

近期，有些不良商家趁机以减少烟花爆竹的污染为由售卖“网红烟花”，如钢丝棉烟花、仙女棒等,声称这些烟花是“最安全的烟花”。你是不是也曾购买、燃放过这类“烟花”呢？

如此美丽的“烟花”真的如商家所说的那样是“最安全的烟花”吗？而你对这些“网红烟花”的了解有多少？

什么是钢丝棉烟花？

查阅资料可知，钢丝棉亦为钢纤维、钢羊毛，它是将低碳钢制成0.125-0.189毫米的细丝而组成。再对比现行低碳钢和还原铁粉的国家标准发现，二者的含铁量极为接近，约为98~99.135%。

为了验证钢丝棉的成分，我们还设计了实验方案以证明钢丝棉的主要成分是铁（包括钢丝棉与稀盐酸、钢丝棉与硫酸铜溶液、钢丝棉在空气中燃烧等反应）。

归纳实验现象如下：

钢丝棉与稀盐酸反应产生气泡

钢丝棉与水蒸气在高温下生成可燃气体——氢气

钢丝棉与硫酸铜溶液反应，蓝色逐渐褪去，钢丝棉表面析出红色物质

钢丝棉在空气中燃烧火星四射

以上结果均可证明钢丝棉的主要成分是铁。

因此“钢丝棉烟花”无任何烟火药剂，不属于烟花爆竹，但燃放该物品危险性极高！全国烟花爆竹标准化技术委员会主任委员黄茶香介绍，“钢丝棉烟花”的火焰火花温度极高，可达2000℃以上。

什么是冷烟花？

舞台喷泉烟花、生日烟花、仙女棒等这些都是“冷烟花”。你是不是认为它“个头小、火焰小、烟雾少”，所以不是烟花爆竹，燃放很安全呢？

实际上，冷烟花是指以产生亮银色火花或火星为主要燃放效果、产烟量和残渣较少的一类烟火物质。其主要组分是烟火药剂。由于冷烟花燃放时发出极亮的白光，给人“冰冷”的感觉，让人联想到了基于荧光发光机理的“冷光源”（如荧光棒），因此早期研发这类烟花的科技人员就形象地称之为“冷光烟花”或“冷烟花”，国外也叫“冰火喷泉”。

据调研，目前国内生产的冷光烟花的主要组分为单基药（主要成分为硝化棉）和某些特殊的金属材料，如钛粉、锆粉等。从原理上讲，这类烟花燃放时自身持续发生放热的化学反应。冷烟花的喷口处温度高达1000℃以上，其火花温度一般可达100~200℃，个别较大火花颗粒可达500℃以上，这些灼热的火花携带很高的能量，具有引发火灾的危险性。从发光机理上讲，冷烟花的发光主要为基于热辐射的连续光谱，并存在极少线状光谱和带状光谱，而非冷光发光。

因此，冷烟花燃放时温度并不低，尤其烟花喷口附近以及个别较大的火花颗粒的温度很高，属于易燃易爆危险品，存在很大隐患。

相关政策

2021年2月16日，国务院安委会办公室组织召开专题会议，部署查处打击涉及冷光烟花和“钢丝棉烟花”生产运输销售等违法违规行为，并印发通知，提出要求。通知强调，目前在实体店面和网络平台销售的“钢丝棉烟花”，要全部下架并妥善处置。

我们来总结一下

谣言一：烟花爆竹中加入了有颜色的物质所以才会五彩缤纷

科学认识：烟花爆竹燃放时多彩的火焰来自着色物中的金属元素发生的焰色反应，且焰色反应是一个物理变化。

谣言二：“网红烟花”是最安全的烟花

科学认识：“网红烟花”有钢丝棉烟花、冷烟花等。钢丝棉虽不属于烟花爆竹，但燃放时危险性极高；冷烟花属于烟花爆竹，其属于易燃易爆危险品的基本属性并未改变！

安全小提示

燃放安全提示：

所有烟花爆竹产品都应在室外燃放

远离法规规定的禁放区域，不要在不具备安全条件的场所燃放，如楼梯口、小弄堂、高压线、草场山林等一般采用烟或者香点燃。点燃后，应立即离开到安全位置。万一出现异常情况，请不要马上靠近产品，一般等待15分钟后再去处理

千万不能对着易燃物和人燃放

烟花爆竹炸伤后如何处理：

受伤后一定要迅速降低操作处的组织温度，用凉水冲洗、冰块冷敷等方法处理，以减轻肿胀，防止损伤加重；冷敷后要进行局部消毒，如有破损，应尽快到正规医院就近治疗，对于头、耳、眼、鼻、面部损伤不可掉以轻心，均应到医院接受治疗，以免耽误治疗时机。

本文作者：丁怡 南斐诚 李朱蕊 杨雪柔 顾明哲 唐翊凡 沃建强

注：丁怡为指导老师（南京师范大学），其他作者均为南京市中华中学高中生。