更安全的煙花鞭炮

崖子

煙花不單是浪漫

逢年過節，重大慶典，煙花禮炮是少不了的。當我們欣賞絢爛煙花時，可曾想過美麗背后的科學？

實際上，所謂的鞭炮煙花就是炸藥，某些化學物質混合、爆炸，而產生了一時的聲響、火焰和色彩。煙花通常包含氧化劑和燃料，它們就是引起爆炸的化學混合物。點火引燃后，即給予了足夠的熱量，氧化劑和燃料就開始反應，產生熱量、煙霧，還有其他看不見的生成物，包括二氧化碳、一氧化碳、水蒸氣和氮氣。

有的鞭炮煙花里還含有著色劑（即金屬離子），氧化劑和燃料反應產生的熱，同時用來激發金屬離子。它們就會發出各種各樣彩色的光，就是人們通常看到的五顏六色的煙花。常用的金屬離子有5種，即鈉離子（橙黃色）、鈣離子（橘紅色）、鋇離子（綠色）、鍶離子（紅色）和銅離子（藍色）。

鞭炮煙花雖然絢麗多姿，給人們帶來許多歡樂，但它畢竟是炸藥，還是有一定危險的。據統計，美國2015年煙花爆竹造成傷亡人數高達1.2萬人，其中11人死亡。有沒有一種辦法，使煙花釋放美麗的同時，其爆炸的危險降低呢？這實際上是一個悖論。炸藥若更安全，它性能就會降低，煙花就沒那么絢爛了。而若提高性能，煙花就更漂亮，但也更危險。

更安全的炸藥

最近，美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室對這個棘手難題給出了一個可靠的解決方案。研究人員發現了一種高氮化合物，它是一種新材料，具備獨特的屬性。顧名思義，這種新材料含有大量氮原子，碳或氫原子則很少，它改變了“高性能-不安全”的炸藥模式。

炸藥的基本構成成分就是碳、氫、氮和氧原子。研究人員發現，把它們完全排列成一種新分子時，就形成一種新材料，具有廣泛的氫鍵網絡。它相當于一種很強的“膠水”，把各個分子緊密粘連在一起，但是粘連的度又不太大，恰到好處，若遇到一定撞擊力，各個分子就會散開。這種特性使新材料比常規爆炸物更易于控制，使用更安全，并且分子分離的效果與某些常規炸藥相當。它非常適合制作煙花爆竹。

另外，由于含很少的碳和氫，新材料燃燒時基本不產生煙霧。這會減輕對人類和環境的傷害，也使它更適合室內煙花表演。

近幾年來，用高氮化合物制造低煙的煙花爆竹，已經嘗試投入了商用。美式足球超級杯聯賽、奧運會和一些音樂會，都已經訂購這種新式煙花，方便在室內鳴放，既安全又環保。另外，新材料還投入軍用研究上，如閃光彈，既能安全增大照明亮度，又能減少煙霧，保護環境。