熱情的化學：為什麼火焰會變色？

賽先生科學工廠

2025-08-13

你是否曾在營火旁或煙火秀中，驚嘆於那五光十色的火焰？
或是在實驗室中，看到火焰隨著金屬鹽的加入而變換色彩？

火焰有時呈現紅色、綠色、藍色，甚至紫色。
這可不是魔法，而是化學在向你打招呼！
今天，就讓我們帶著熱情，一起探索火焰色彩背後的科學秘密。

火焰的色彩密碼

火焰的顏色，其實是原子和分子的能量在表演光的舞蹈。
當物質被加熱到足夠高的溫度時，電子會吸收能量，
從低能態躍遷到高能態——就像被「踢上跳樓梯」的電子。
然而，電子不喜歡待在高處太久，很快就會「摔回」原來的位置。
在這個下落的過程中，多餘的能量以光的形式釋放出來，也就是我們看到的火焰顏色。

不同金屬離子釋放的光子能量不同，因此我們看到了五彩繽紛的火焰，例如：

鋰 (Li⁺)：紅色火焰，像戀愛時臉上的嬌羞紅暈。
鈉 (Na⁺)：經典的金黃色，想必你也在街燈下見過它的身影。
銅 (Cu²⁺)：綠色或藍綠色，宛如神秘的寶石火焰。
鉀 (K⁺)：淡紫色，如同夜空中羞澀的星光。
鋇 (Ba²⁺)：鮮綠色，比聖誕樹的燈光還耀眼。

這些色彩差異，正是因為不同元素的電子在能階間跳躍時，釋放的光波長不同。

為什麼煙火會有這麼多顏色？

煙火的多彩效果，其實就是利用了上述原理。
製作煙火時，會將不同金屬鹽加入火藥中，點燃後金屬鹽在高溫下發光，產生各種顏色的火焰。

例如：

鋰鹽 → 紅色火焰
鈉鹽 → 明亮黃色
銅鹽 → 綠色或藍色

(photo credit: LiFe TEAM. CC BY-NC-ND 2.0)

這些色彩搭配，使煙火表演更加絢麗多彩。
煙火藝術家的秘密，其實就是對火焰色彩效應的精準掌控。

為什麼火焰顏色不會混亂？
有趣的是，雖然火焰是高溫燃燒，但顏色其實非常有規律。
化學家利用這個原理做了火焰測試，只需將金屬鹽放進火焰中，
就能辨別元素身份——就像用火焰寫密碼。

這在古代煉金術中可是寶貴的技能，
而今天，它依然是分析化學課堂上不可或缺的實驗。