化学奇迹：揭示颜色奥秘

为什么有些金属和它们的化合物在燃烧时会出现特定的颜色呢？这就是所谓的焰色反应。这种焰色反应是由这些金属元素决定的，而与它们是怎样的化合物无关。那么，这些颜色是怎样产生的呢？

众所周知，自然界的普遍法则为能量愈低愈稳定。因此，元素的外层电子在平常的情况下，处于能量较低的能级，称为基态；当外界有能量激发这些电子时，它们就会从稳定的基态跃迁到较高的能级，称为激发态。激发态的能级是不连续的，也就是说是量子化的，如图7．1．1所示。

图7．1．1 电子跃迁

跃迁的电子尽管能量不一，但最终只能停留在某一个激发态能级上，如图7．1．2所示电子停留在E1能级。处于激发态的电子极不稳定，在极短的时间内（约10－8s）便会跳回到基态或较低的能级，并在跃迁过程中，将能量以一定波长的光能形式释放出来，如图7．1．2所示。

图7．1．2 处于激发态的电子返回释放能量

由于各种元素的能级是被固定的，且各不相同，因此在回复跃迁时，释放的能量也就不同。不同的能量对应于不同波长的光线，所释放的能量ΔE与波长λ之间的关系由下式决定：

ΔE＝hc／λ＝hν(www.xing528.com)

式中h为普朗克常数，c为光速，λ为波长，ν为频率。

碱金属和碱土金属元素的能级差，正好对应于可见光，如图7．1．3所示，于是我们就看到了各种颜色。

图7．1．3 各元素对应颜色

7．1．3 生活中的焰色反应

生活中我们也可以看到焰色反应现象，如在煲汤时不小心汤汁溢出，就可以看到煤气灶的火焰马上成为黄色，这就是汤汁中的盐（氯化钠）发生了钠元素的焰色反应。

从上述可知，发生焰色反应有两个条件：首先是特定的元素，其次是给这种元素以能量，造成一个类似火焰那样的环境。利用焰色反应，我们可以制成信号弹或烟火等。例如：红色信号弹的配方为硝酸锶（Sr（NO3）2）、氯酸钾（KCl O3）、硫磺、炭粉，其中硝酸锶是产生红色的特定元素，其余是黑火药的成分，用来产生爆炸以提供能量。若需要绿色信号弹，只要把硝酸锶换成硝酸钡（Ba SO4）即可。