本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
仰望夜空，绚丽多彩的光芒如瀑布般绽放并发出巨响——许多美国人将以此结束他们的独立日。然而，在这美丽的景象背后，烟花依赖于基本的物理和化学原理。那么烟花究竟是如何工作的呢？包括本网站在内的互联网各个角落都曾探讨过这个话题。
2003年，《大众科学》发表了密苏里大学罗拉分校教授保罗·尼古拉斯·沃西撰写的“烟花中发生了哪些物理和化学变化？”专家答疑专题。
最常见的展示烟花类型是高空礼花弹，它是从迫击炮管中发射的。这些烟花通常有四个组成部分：发射药、延时引信、爆破药和发光/效果发生器。发射药通常是黑火药，一种燃烧迅速并推动弹丸从炮管中射出的化合物。发射药在发射时还会点燃延时引信。延时引信通常是延迟几秒钟的黑火药引信，其设计目的是在弹丸达到适当高度时点燃爆破药。爆破药位于升空弹丸的中心，其目的是爆炸，从而点燃并散射弹丸的内容物。这种爆破药通常比发射药的黑火药颗粒更细，并且更高度受限，这导致弹丸爆炸。弹丸的有效载荷通常包含设计用于发光的小球形烟火成分颗粒。
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点燃发射药会将高空礼花弹火箭般射入空中，并触发延时引信，延时引信会点燃爆破药，使弹丸在半空中爆炸，将产生光线的有效载荷颗粒（有时称为星形颗粒）以图案形式射出。例如，要创建一个五角星，颗粒在弹丸内以星形图案排列。
更喜欢视觉指南？PBS 的 NOVA 网站上有“烟花解剖”页面，其中高空礼花弹内部结构的描绘伴随着对其成分的讨论，此外 NOVA 还列出了其他烟花资源，这些资源在线和离线均可获得。
NOVA 的讨论包括多重爆破弹，其中包含多个不同的部分，这些部分按顺序爆炸。在 HowStuffWorks.com 上，多重爆破烟花甚至有一个视觉指南。在另一个视觉指南中，马歇尔·布莱恩在视频“烟花是如何工作的”中快速而简洁地解释了高空礼花弹的构成。
有关星形颗粒的化学成分如何产生色彩爆炸的更多详细信息，请尝试威斯康星大学麦迪逊分校化学教授巴萨姆·Z·沙卡西里的“科学很有趣”网站上的烟花页面。
颜色是通过加热金属盐（例如氯化钙或硝酸钠）产生的，这些金属盐会发出特征颜色。每种元素的原子吸收能量并以特定颜色的光的形式释放出来。原子吸收的能量会将其电子从最低能量状态（称为基态）重新排列到更高能量状态（称为激发态）。激发态的过量能量以光的形式释放出来，因为电子下降到较低能量状态，最终回到基态。释放的能量量是元素的特征，能量量决定了发射光的颜色。例如，当硝酸钠被加热时，钠原子的电子吸收热能并被激发。这种高能激发态不会持续很长时间，钠原子的激发电子会迅速释放其能量，约为 200 kJ/mol，这是黄光的能量。
科学博主兼圣何塞州立大学哲学教授珍妮特·D·斯特姆韦德尔讨论了每种颜色背后的化学物质，详细阐述了伊丽莎白·威尔逊在《化学与工程新闻》上发表的文章“那是什么东西？烟花”。
如需视觉辅助，请观看美国化学学会 (ACS) 的视频，其中华盛顿学院化学兼职教授约翰·康克林讨论了用于制造烟花爆炸和彩色闪光的各种化学物质。
但是，炸毁化学物质具有对环境不利的副作用，正如《大众科学》在线记者凯瑟琳·哈蒙在 2009 年的博文“空中爆炸的炸弹：那些七月四日烟花里到底有什么？”中所讨论的那样。
《2007 年美国环境保护署 (EPA) 研究报告》发现，通常选择作为发射地以帮助降低火灾风险的水道，在七月四日之后，高氯酸盐含量飙升（从每升 0.08 微克升至 44.2 微克）。高氯酸盐用于帮助烟花燃料燃烧，在今年早些时候的EPA 健康咨询中被提及（该咨询建议饮用水中高氯酸盐的最大含量为每升 15 微克），因为它们已被证实与甲状腺功能紊乱有关。
除了高氯酸盐外，烟花中一些产生颜色的化学物质也可能危害健康。然而，替代化学物质可能会有所帮助。例如，詹姆斯·米切尔·克罗在 4 月的《自然》杂志上发表的文章“更清洁、更环保的烟花”中报道说，碳化硼可能是一种可行的、对环境更友好的替代品，可以替代用于制造绿光的钡基化合物。
奖励：ACS 还制作了其他“化学原理”专题节目，包括去年的七月四日特别节目“烧烤的化学原理”。