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光之系列五:煙花何來的燦爛?

2016/1/25 — 23:52

Luis Brizzante / flickr

Luis Brizzante / flickr

 妳還記得迪士尼城堡上的煙花嗎?七彩的浪漫背後,其實還有精彩故事。

在化學課堂上,妳也許嘗試過燃燒鈉 (Na)鉀 (K) 元素,看著那鮮黃或艷紫的火焰突然湧現,然後瞬間消失。實驗告訴我們,每種元素有其特別的顏色,仿若可以用來分辨身份的「指紋」。例如藍色的煙花,可以透過銅化學物得到;而橙色的,就拜鈣氯鹽 CaCl2 所賜。

經過兩個世紀的努力,我們現在知道,這些顏色跟物質裡電子的安排關係密切。物質由原子組成,而原子則是電子圍繞著原子核的結構。原子核和電子的電荷一正一負,因而互相吸引,組成穩定體。神奇的是,電子只能在特定的軌域 (orbital) 上;每個軌域的能量都不同,而電子不能存在於中間。而由於不同元素的原子核吸引電子的程度各異,因此它們都有獨特的電子軌域「樂譜」。

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圖片來源:李鈞震 2015 藝術文化讀書會 (blog)

圖片來源:李鈞震 2015 藝術文化讀書會 (blog)

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當電子從較高的軌域掉下來,就會以光的形式釋放能量,其數值等同兩個軌域之間的能量差。能量越高,位置越不穩定,所以就越想拋走能量。正所謂「高處不勝寒*」嘛!

聰明的妳,恐怕已經猜到我的下一句話吧?沒錯,燃燒的物料吸收能量後,發出了光。而由於每種元素或化學物的電子軌域「樂譜」都不同,釋放的光芒也七彩繽紛。煙花燦爛的背後,莫過於此。

妳覺得這微小的原子很無聊?好,我們上太空吧。

戴上墨鏡,看那叫「太陽」的火球吧!在 1868 年,英國天文學家在太陽光中觀測到以前沒留意到的線段,並認為是未知元素的蹤跡。他們把元素命名為 helium,名字取自希臘文的「太陽」 (helios)。 而在整整 14 年後,科學家才在地球上找到它。這,就是讓人裝扮米奇老鼠聲音、亦被用作磁力共振機冷卻劑的氦氣。

妳不覺得很神奇嗎?地球上一班腦袋發達的猴子近親,竟然可以透過星光一探宇宙奧秘。今時今日,拜光譜分析所賜,科學家能夠判斷遙遠行星的大氣裡有沒有水分和二氧化碳,亦能判斷宇宙膨脹的速度。妳,明白為什麼我為科學而著迷嗎?因為它厲害了。

謝謝過去一年來妳耐心聽我講科學。其實,如果可以跟妳握著手再看一次煙花,我就已經很滿足了。

註:

*(有偷換概念的風險。各位文學人,請原諒)

李鈞震 2015 藝術文化讀書會

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原文刊於作者博客

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