[行业新闻] 这些藏在古诗词里的化学现象，你知道几个？（二）

嗨，各位小伙伴好！

前几天我们一起学习了中国古诗词里的物质形态变化。

今天，我们再来看看古诗词里的颜色变化！

关于颜色，有无数诗句勾画着芬芳世界的嫣红姹紫：从“映日荷花别样红”到“霜叶红于二月花”，从“万紫千红总是春”到“应是绿肥红瘦”，有“乱花渐欲迷人眼”，也有“落红不是无情物”；有“遥知不是雪”的梅，也有“暗暗淡淡紫，融融冶冶黄”的菊……丰富的色彩与诗人们充沛的情感浑然一体，使后人每每睹物，便有幸跨越时空与创作者在精神上引起共鸣。

而这些丰富有层次的情感对应的五彩斑斓的花卉世界其实大多来自于一类名为花青素的物质。这类多酚的骨架是高度共轭的2-苯基苯并吡喃阳离子，使得电子离域在整个分子范围。以常见的矢车菊素（Cyanidin）为例，当外部pH（酸碱度）变化时，分子能通过酚和醌的转化和电子离域接受或失去1~3个质子，从而展现出不同的颜色，如在酸性环境下（pH<3）的红色，到中性偏酸的紫色pH=6～7、再到中性偏碱的蓝色pH=7～8，以及碱性环境下（pH>8）的青黄（见下图）。

当然，除了花青素，还有“青出于蓝，而胜于蓝”的靛青；从茜草、红花提取的茜素红、红花苷；从栀子、姜黄中提取的藏花素、姜黄素；从栎树中得来的鞣质……这些植物色素都为古代染色工艺的发展带来了巨大的贡献。

与花卉一样斑斓的，还有烟火。如唐代苏道味《正月十五夜》中的“火树银花合，星桥铁锁开”，还有宋代辛弃疾《青玉案·元夕》中的“东风夜放花千树，更吹落，星如雨”。除了花以外，烟花还常被比作星辰，这当然是古人形容烟花最直观的方式。但烟花和星辰的关系或许并不如你预想的那么简单，它们之间有着远超直觉的联系。

得益于四大发明之一的火药，烟花作为火药的衍生品，相关的记载最早出现于宋代。烟花的色彩来源于原子内部的电子在受到外部能量激发后，从能量较低的轨道（基态）跃迁至能量较高的轨道（激发态），而处于高能级的电子并不稳定，很快跃迁回原来的轨道，这部分能量差以光的形式放出，当光的波长在可见光范围内时（400nm～800nm），火焰便有了颜色。这一过程称作“焰色反应”，不涉及电子在原子间的转移（价态变化或者化学键的生成和断裂），所以本质上是一个物理现象，但它却在分析化学中有着举足轻重的应用。

在烟花中，我们知道放入钾盐能使其呈现紫色，铜盐呈现蓝绿色，钠盐呈现金黄色……每种元素都有它特定的颜色。而当把光谱从可见光拓展至更大范围的电磁波谱，不同原子或离子从激发态回到基态的原子光谱所表现出的差异性就更大了。可以说，原子光谱是原子的“指纹”，它直接告诉科学家们所分析的对象里有什么元素以及它们的比例。

因此，当观测的对象是数百光年外的星体时，光谱成为了一种极其重要的实验工具。通过观测得来的吸收线和发射线，天体化学家能推测出恒星或星际云的元素丰度、化学组成及温度，人类理解宇宙的方式又因此多了一个维度。

想必我们的祖先在制造出第一枚烟花，并看它在夜空中升起、绽放，感慨烟花如星辰时，一定不会想到他也为后人打开了一扇直通浩瀚星辰的大门。

撰文/唐悦（国立巴黎高等化学学院）

本文节选自《知识就是力量》杂志