夜空中最亮的星

作者:冷倩怡来源:蝌蚪五线谱发布时间:2016-12-15

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  “雨打灯难灭,风吹色更明。若非天上去,定作月边星。”

——《咏萤火》李白

  这是李白写萤火虫的一首小诗,天愈黑,萤火愈明,像盏小灯,又像是一颗月边星,光彩浪漫。

  小时候,乡村的夏秋之夜,清风徐徐,小树林被浓浓的夜笼罩,就能看见空中漂浮着的一闪一闪的绿色小灯笼,仿佛黑夜的精灵般的眼睛,带着让人怦然心动的魔力。忍不住去追逐它们,终于将它们捧在掌心,准备细细欣赏时,它又从指缝中悄悄溜走,画出一条条美丽的光线。这点点流光总是能牵扯出孩子们美好的回忆和幻想。而现在的夜晚总是冰冷且毫无生趣的,极难觅到萤火虫的踪迹,偶然发现一只就欣喜若狂,仿佛发现了巨大的宝藏。萤火虫对生活环境要求苛刻,城市的光污染和环境质量的下降让它们慢慢从我们的夜空里消失。

  萤火虫一年发生一代,从幼虫到成虫约需十个月,而成虫的寿命只有十多天,美好的事物总是转瞬即逝的,这放在萤火虫身上一点也不为过。它们一生中最美丽的时光正是它们最短暂的时刻。萤火虫是完全变态的一种小甲虫,它从一开始就只是条灰扑扑的小虫,不过身上微弱的萤火仿佛预示了它不平凡的一生,周围没有小虫子像它那样的带着美丽的光芒,所以它努力地练习着发光,让这幽绿的光芒从自己的身体里最大限度地发出来。期待着破茧蜕变的那天,去点缀美丽的夜空。可是等待的日子那么漫长,看着自己的没有变化的身体,它内心带着一点焦急。哪怕人生中最灿烂的那十几天是那么短暂,它也愿意用这长久的等待来交换。经过好几个月的等待,它发现自己身体有了微妙的变化,小幼虫开始褪去身上的旧外衣,它明白自己又向能飞舞发光近了一步,内心满是甜蜜的喜悦。当它最后一次褪去外衣,变成了蛹,静默着等待着,二十多天后,它带着比小时候更明亮的光芒拥抱美丽的夜空。它知道自己的生命美丽而短暂,于是放弃了其他只是竭尽全力闪闪发光,吸引着同样闪闪发光的另一半。它们用短暂而美丽的时光造就了这无与伦比的夜空。

  萤火虫的美全在于它这幽绿的萤火,这美丽的萤火是怎样形成的呢?其实是一个美丽的光化学反应。化学反应中的能量变化有可以以光和热两种形式。由于吸收光量子(即吸收光能)而引起的化学反应,或者,由于化学反应产生的激发态粒子(能量较高状态)跃迁到基态(能量较低状态)能放出光辐射的反应,称为光化学反应。

  A、B两种物质发生化学反应生成C物质,反应释放的能量被C物质的分子吸收并跃迁至激发态C*,处于激发态的C*非常不稳定,像个难控制的到处乱跑的小孩,小孩慢慢释放出能量跑累了,回到了稳定的不乱跑的状态。释放出的能量以光能的形式发出。这里C*是发光体。--直接发光反应。萤火虫的光芒便是这种机理。萤火虫有专门的发光细胞,在发光细胞中有两类化学物质对发光起了决定性作用,一类被称作萤光素(A),另一类被称为荧光素酶。荧光素能在荧光素酶的催化下消耗ATP(一种高能物质,为生命活动提供能量),并与氧气(B)发生反应,反应中产生激发态的氧化荧光素(C*),激发态(C*)是物质能量较高时的状态,不稳定,容易释放能量回到低能量的基态(C)。当氧化荧光素从激发态回到基态时释放的能量几乎全部以光的形式释放,只有极少部分以热的形式释放,反应效率为95%,当萤火虫停留在我们手上的时候,我们不会被萤火虫的光烫到。

  发光机理如下:

  萤火虫发光效率非常高,几乎将化学能全部转化为可见光,且它发出来的光不带辐射热,这是一种非常理想的光源。一般光源除了发光之外还会辐射出大量的热,这样就浪费了一部分能量,发光效率也就不高了。人类模拟萤火虫发光原理创造出一种荧光灯,应用于含有大量易爆气体的矿井照明,还有弹药库里的指示灯。在这样的环境里,发光产生的热量是非常不利的,容易引发爆炸,必须使用发光效率高的萤光灯。

  大家都应该玩过荧光棒,它应该是小孩子最喜欢的玩物之一,小孩子对这种不加电池就能自己发光的小物件总是充满了好奇。晚会和演唱会也少不了它来活跃气氛,它的发光原理则是另外一种机理--间接发光。又称能量转移化学发光,它主要由三个步骤组成:首先反应物A和B反应生成激发态中间体C*(能量给予体);这里的C*也像个不稳定乱跑的小孩,不过周围还有别的小孩,C*跑着跑着撞到别的小孩,就把能量传递给别的小孩(F),别的小孩(F)也变得难以控制,变成熊孩子(F*)四处乱跑(释:C*释放出能量转移给F(能量接受体),使F被激发而跃迁至激发态F*);最后,当熊孩子F*放出能量,变成听话的孩子(F)时,释放出的能量就是光能。荧光棒中的化学物质主要由三种物质组成:过氧化物、酯类化合物和荧光染料。简单地说,荧光棒发光的原理就是过氧化物(A)和酯类化合物(B)发生反应生成高能激发态中间体(C*),中间体将能量传递给荧光染料(F),荧光染料(F)跃迁至能量较高激发态(F*),再由染料分子回到低能态发出荧光。目前市场上常见的荧光棒中通常放置了一个玻璃管夹层,夹层内外隔离了过氧化物和酯类化合物,经过揉搓,两种化合物混合反应,使得荧光染料发光。液体A是各色不同荧光颜料与双草酸二酯(CPPO)溶于溶剂的溶液,液体B是双氧水溶于溶剂的溶液,主要的溶剂是酯类化合物。将玻璃隔层折断混合A液与B液,过氧化氢把苯基草酸酯氧化成两个分子的酚,在这个过程中会产生一个高能量的中间物,这个中间物会把能量传给荧光染料,使染料变成激发态,激发态的染料不稳定,因此借放光而回到稳定基态。

  荧光棒发光的时间长短由里面的反应物质决定,反应物一旦消耗殆尽,荧光棒便不再发光。当周围环境温度越低,荧光棒中的物质反应速度越慢,因此发光时间愈长。把荧光棒放进冰箱可以抑制两种化学物质的反应,可以延长荧光棒寿命。另外光照也能使荧光染料吸收光能使之变成激发态,回到基态时放出光能。所以将荧光棒放在太阳底下晒,晚上也能发光一段时间。

  生活中还有好多美丽的化学发光,自然界中许多奇妙的生物发光也同样可以用化学发光解释,它们不仅值得观赏还有很大的实用价值,人们弄清楚它们的原理之后可以用它们来为人类社会的发展做出贡献。当你以后看到树林里的点点萤火时,看见雨后的夜晚大树下一把把荧光小伞时,或者是蔚蓝大海里闪着微光的海藻时,是否会想起这些美丽的光芒的来源,感叹一句造物者的神奇?

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