本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
仰望夜空，絢麗多彩的光芒如瀑布般綻放併發出巨響——許多美國人將以此結束他們的獨立日。然而，在這美麗的景象背後，煙花依賴於基本的物理和化學原理。那麼煙花究竟是如何工作的呢？包括本網站在內的網際網路各個角落都曾探討過這個話題。
2003年，《大眾科學》發表了密蘇里大學羅拉分校教授保羅·尼古拉斯·沃西撰寫的“煙花中發生了哪些物理和化學變化？”專家答疑專題。
最常見的展示煙花型別是高空禮花彈，它是從迫擊炮管中發射的。這些煙花通常有四個組成部分：發射藥、延時引信、爆破藥和發光/效果發生器。發射藥通常是黑火藥，一種燃燒迅速並推動彈丸從炮管中射出的化合物。發射藥在發射時還會點燃延時引信。延時引信通常是延遲幾秒鐘的黑火藥引信，其設計目的是在彈丸達到適當高度時點燃爆破藥。爆破藥位於升空彈丸的中心，其目的是爆炸，從而點燃並散射彈丸的內容物。這種爆破藥通常比發射藥的黑火藥顆粒更細，並且更高度受限，這導致彈丸爆炸。彈丸的有效載荷通常包含設計用於發光的小球形煙火成分顆粒。
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點燃發射藥會將高空禮花彈火箭般射入空中，並觸發延時引信，延時引信會點燃爆破藥，使彈丸在半空中爆炸，將產生光線的有效載荷顆粒（有時稱為星形顆粒）以圖案形式射出。例如，要建立一個五角星，顆粒在彈丸內以星形圖案排列。
更喜歡視覺指南？PBS 的 NOVA 網站上有“煙花解剖”頁面，其中高空禮花彈內部結構的描繪伴隨著對其成分的討論，此外 NOVA 還列出了其他煙花資源，這些資源線上和離線均可獲得。
NOVA 的討論包括多重爆破彈，其中包含多個不同的部分，這些部分按順序爆炸。在 HowStuffWorks.com 上，多重爆破煙花甚至有一個視覺指南。在另一個視覺指南中，馬歇爾·布萊恩在影片“煙花是如何工作的”中快速而簡潔地解釋了高空禮花彈的構成。
有關星形顆粒的化學成分如何產生色彩爆炸的更多詳細資訊，請嘗試威斯康星大學麥迪遜分校化學教授巴薩姆·Z·沙卡西里的“科學很有趣”網站上的煙花頁面。
顏色是透過加熱金屬鹽（例如氯化鈣或硝酸鈉）產生的，這些金屬鹽會發出特徵顏色。每種元素的原子吸收能量並以特定顏色的光的形式釋放出來。原子吸收的能量會將其電子從最低能量狀態（稱為基態）重新排列到更高能量狀態（稱為激發態）。激發態的過量能量以光的形式釋放出來，因為電子下降到較低能量狀態，最終回到基態。釋放的能量量是元素的特徵，能量量決定了發射光的顏色。例如，當硝酸鈉被加熱時，鈉原子的電子吸收熱能並被激發。這種高能激發態不會持續很長時間，鈉原子的激發電子會迅速釋放其能量，約為 200 kJ/mol，這是黃光的能量。
科學博主兼聖何塞州立大學哲學教授珍妮特·D·斯特姆韋德爾討論了每種顏色背後的化學物質，詳細闡述了伊麗莎白·威爾遜在《化學與工程新聞》上發表的文章“那是什麼東西？煙花”。
如需視覺輔助，請觀看美國化學學會 (ACS) 的影片，其中華盛頓學院化學兼職教授約翰·康克林討論了用於製造煙花爆炸和彩色閃光的各種化學物質。
但是，炸燬化學物質具有對環境不利的副作用，正如《大眾科學》線上記者凱瑟琳·哈蒙在 2009 年的博文“空中爆炸的炸彈：那些七月四日煙花裡到底有什麼？”中所討論的那樣。
《2007 年美國環境保護署 (EPA) 研究報告》發現，通常選擇作為發射地以幫助降低火災風險的水道，在七月四日之後，高氯酸鹽含量飆升（從每升 0.08 微克升至 44.2 微克）。高氯酸鹽用於幫助煙花燃料燃燒，在今年早些時候的EPA 健康諮詢中被提及（該諮詢建議飲用水中高氯酸鹽的最大含量為每升 15 微克），因為它們已被證實與甲狀腺功能紊亂有關。
除了高氯酸鹽外，煙花中一些產生顏色的化學物質也可能危害健康。然而，替代化學物質可能會有所幫助。例如，詹姆斯·米切爾·克羅在 4 月的《自然》雜誌上發表的文章“更清潔、更環保的煙花”中報道說，碳化硼可能是一種可行的、對環境更友好的替代品，可以替代用於製造綠光的鋇基化合物。
獎勵：ACS 還製作了其他“化學原理”專題節目，包括去年的七月四日特別節目“燒烤的化學原理”。