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煙花與寶石:顏色的奧秘
2018年4月5日 | 文章

煙花與寶石:顏色的奧秘

煙花——釋放能量?

煙花與爆竹的化學原理相似,但為什麼爆竹色彩單調、煙花卻五彩繽紛?其實煙花是加入了各種不同的金屬元素,而這些金屬元素會通過釋放能量去展現不同的色彩!

世界上所有物質都由細小的原子組成,原子的中心是原子核,環繞原子核運行的是電子,而煙花裡的各種金屬元素就是由不同的原子組成。當金屬元素被燃燒時,原子最外層的電子會吸收大量火的熱量達至高能量狀態。處於高能量態的電子是不穩定的,因此電子需要通過釋放能量從而返回低能量態,這釋放的過程會以光這種能量表現出來,光就是我們肉眼看得見的火焰了!而火焰的顏色則取決於煙花裡含有哪些金屬元素,例如:金屬元素鍶會發放紅色、鈣會發放橙色、鈉發放黃色、鋇發放綠色等等,而透過加入不同份量的金屬元素,可使煙花呈現特別的色彩,如粉紅色及湖水綠色等等。

寶石——吸收能量?

寶石之所以能夠呈現出不同的顏色,並不在於光的釋放,而是在於光被吸收。

我們日常接觸的白光,其實是由紅橙黃綠藍紫各種顏色光線混合而成,不過我們肉眼只能看到混合後的唯一顏色。當寶石接觸白光時,寶石裡的金屬會吸收特定顏色的光,電子會因吸收光而使其能量態由低轉變至高。寶石經歷這個變化,會使我們不能再看見被吸收的光,只有未被吸收的光才可以穿透寶石呈現眼前。以紅色寶石為例,它含有金屬鉻,鉻會吸收白光裡的幾種顏色例如綠色光及黃色光,而未被吸收的光例如紅色光則可以穿透寶石,讓寶石呈現紅的色彩。寶石即使經過打磨,其所含的金屬不會改變,所以顏色亦會維持不變。

每種寶石均含有不同種類的金屬,例如藍色寶石含有微量鈦和鐵、綠色寶石含有鉻和釩、紫色寶石含有鉻、鈦和鐵,而不同份量的金屬則會影響顏色的深淺,例如紅寶石有分為淺紅、桃紅和深紅。雖然寶石所含的金屬不多,但不同的金屬份量及種類的配搭卻足以令寶石的色調和飽和度有天淵之別。

 

文:歐陽灝宇博士(裘槎科學家)

歐陽灝宇博士裘槎基金會得獎學者,現職香港大學理學院化學系助理教授歐陽灝宇博士曾參與裘槎基金會舉辦的科學傳意培訓,致力激發公眾對科學知識的興趣,推廣科學普及化。「裘槎科學周」及「裘槎學者科學傳意培訓」均是推廣科學普及化的重要教育項目。 

此文章由裘槎科學家歐陽灝宇博士所寫,並於201845日刊登於兒童快報第1181