硬核科普烟花虽美,小心有炸

本文转自：科普中国

正月里是新年，家家户户放鞭炮，这是我们已经传承了数百年的新春习俗。元宵佳节将至，烟花爆竹又成为了热议的话题。

不过在最近这些年，尤其是今年这个春节，全国很多地区都加强了对鞭炮的管控，甚至对销售、燃放鞭炮施以重罚，引起了不少争议。反对的声音认为，鞭炮、烟花都是过年必备的“气氛组”，少了它们，年味越发淡了。赞同的人也有很理由，那就是每年总有一些人会因为放鞭炮而受伤，而且燃放鞭炮造成的污染也很惊人。

有意思的是，在春节期间，流传了不少燃放鞭炮烟花的视频，有人把原本放在地上燃放的烟花端在手上，斜冲着远处发射，那架势就像是端着加特林机枪一样威武，更有甚者，把鞭炮放成了防空网。这些视频让正反双方都有了更多理由，有人认为这更加烘托了年味，有些人则觉察出这其中的隐患。

（b站截图）

所有的这些问题，都绕不开最基本的一点，那就是鞭炮烟花中发挥作用的核心材料。

众所周知，黑火药是古代中国的一项伟大发明，它最晚是在唐代出现，而在宋代时期，以黑火药为击发动力的枪炮，就已经出现在实战中了。

但是，这并不意味着鞭炮就能和机枪相提并论。现代热武器所用的击发材料一般是炸药，也就是诺贝尔在世时非常拿手的产品，他也因此赚到了足够的收入，用其遗产设立了诺贝尔奖。

诺贝尔奖章

从技术传承而言，黑火药可以称得上是现代炸药的“祖师爷”，它们发挥作用的原理是一致的。例如，经典的黑火药配方是一硫二硝三木炭，也就是硫磺、硝酸钾和木炭按照摩尔比1:2:3的方式配合起来。这个反应的过程，在化学教科书上也经常会出现：

在实际过程中，因为配方的差异，这个方程式也会发生一些变化。但是不管怎么样，它都含有还原剂（S和C）与氧化剂（KNO3），并且在受热或受到撞击时能够发生激烈的反应，并释放出大量的气体（SO2与CO）。

现代炸药也是同样的设计逻辑，比如诺贝尔把玩了一辈子的硝化甘油，它在发生反应时的过程是这样的：

硝化甘油既是氧化剂也是还原剂，所以它不需要添加其他配方成分，直接就可以发生反应，并释放大量气体。

相比之下，硝化甘油的威力要远大于黑火药，我们只要简单地看一下前后的反应物数量，就可以发现，同样量的硝化甘油可以释放出更多的气体，这一点在TNT（三硝基甲苯）、苦味酸（三硝基苯酚）等其他经典炸药中也很容易发现。所以，以黑火药为基本材料的鞭炮，不可能和加特林机枪相比。实际上，也正因为此，鞭炮烟花才被允许生产加工和销售。

但是，我们也很容易注意到，黑火药的污染也要比现代炸药大多了。由于现代炸药的氧化剂部分是过剩的，所以在反应过程中，碳会更彻底地转化为二氧化碳，而在黑火药中，碳却只能转化为剧毒的一氧化碳，同时硫磺的产物二氧化硫也是有毒气体。并且，硝化甘油在爆炸反应后，所有的物质都变成了气体，黑火药却还有氧化钾这样的粉尘出现。所以，从环境保护的角度来说，限制乃至一定程度上禁止燃放，的确是很有理由的。

更为重要的一点，是要确保燃放的安全性。

前面提到的诺贝尔，他的故事很多人都听说过，特别是他的弟弟在一次爆炸事故中丧生，这也激发了诺贝尔一定要研制出安全炸药的决心。然而，硝化甘油并没有那么容易被驯服，诺贝尔在经过大量的实验之后，才最终发明了雷管这个安全装置。

在鞭炮烟花中，引线也是类似的安全设计，但是它的安全性远不及雷管。通俗一点说，在雷管没有被引爆之前，现代炸药可以做到加热、碰撞甚至点火都不会引爆，而黑火药在不通过引线点燃时，仍然可以起爆，只是相对困难。

这样一来，无论是储运还是使用，黑火药的威力虽然不及炸药，但是发生意外的可能性却要更高，一旦存放量较大时，最终引起的破坏性后果也就不可小视了。

同样在出现危险时，黑火药也更加不可控，这是因为，现代炸药之所以叫“炸药”，而没有沿用“火药”的名称，主要是因为炸药几乎只会爆炸而不会起火，但黑火药却不同，特别是烟火在设计时，还必须要让它形成火焰，这样才能激发其中的一些金属离子，使其出现红、绿、紫等各种颜色的火光。从效果来说，这确实可以拉满浪漫值，此前还有热播电视剧提到了蓝色烟花，吸引了不少人