兵马俑被誉为“世界第八大奇迹”，是我国古代劳动人民智慧的伟大结晶，也是人类文明的瑰宝。我们目前可以看到的兵马俑大都是陶土色，也有一些兵马俑带着部分缤纷多彩的颜色，这是为什么呢？今天，让我们一起走近兵马俑。

咚、咚、咚……持续不断的撞击声吵醒了沉睡许久的颜料们。小紫睁开了眼睛，发现许多色彩早已聚在一起。它站起来活动了一下几千年都没有动过的筋骨，向色彩群走去。

小紫凑近色彩群，恭谨地问道：“请问你们是谁？这又是在干什么呀？”

“我们正在讨论这源源不断的声音到底是什么。你是……？来，我们相互介绍一下吧。”一位红色男士回答道。

“我是朱砂(图 1(a))，化学式为HgS。”领头的红色男士首先开口，小紫看着它鲜艳无比的红色，十分羡慕。

“你现在看到我是红色的，但有时我是酷酷的黑色！因为我有两套‘衣服’，在暗的地方我穿上红色的衣服；当有光或者温度很高的时候，我就换上黑色的外套，这时大家习惯叫我‘黑辰砂’^[1]。”红色男士接着说道。

小紫拍手说道：“好神奇！”

朱砂接着补充道：“这是我的拿手好戏，通过在红色的α晶型和黑色的β晶型之间变化^[1]，我就可以轻松地改变我的外表。”

“可是，我就不行了，我要是变成黑色的就很难再变回来了，呜呜……”一个红色小弟站出来说道，“我是铅丹(图 1(b))，化学式为[2PbO∙PbO₂]。这里常年没有阳光并且空气湿润，我可以保持红色；但是如果我长时间暴露在阳光下，就会被氧气姐姐抢走电子，变成黑色的PbO₂，那可就再也不能变回去了^[2]。”

紧挨着铅丹的另一位比较暗的红色男士说道：“我是铁红(图 1(c))，化学式为Fe₂O₃。如你们所见，我的红色较它们二位会更深一点。但是，我不怕光，只有非常高的温度才可能伤害到我。”

一位穿着蓝色长裙的女士向前走了一步说道：“我叫石青(图 2(a))，化学式为[2CuCO₃∙Cu(OH)₂]。我最喜欢的就是这件蓝色的长裙。告诉你一个秘密，空气中的氧气姐姐也很喜欢，她试图抢走，但是未能如愿，哈哈！我的裙子长期阳光照射也不会褪色^[3]。”

“但是，高温会夺走你的水分子，把你变成黑色的氧化铜哦^[3]。”一个声音从石青背后传来，随之走出一位穿着绿色长裙的女士。小紫打量着这位女士，发现她和石青长得十分相似。小紫小小的眼睛里充满了大大的疑惑。

“我是石绿(图 2(b))，化学式为[CuCO₃∙Cu(OH)₂]。我和双胞胎姐姐石青相伴相生^[3]，我们裙子的款式一样，只是布料成分的使用比例不同。”石绿看着小紫的眼睛笑着道，“当然，我也讨厌高温。”

在石青和石绿两姐妹旁站着的一位穿着白色连衣裙的少女说道：“我的名字是骨白(图 2(c))，化学式为[Ca₅(PO₄)₃(OH)]。”

小紫连忙拍手说道：“好漂亮的白色！”

骨白笑了笑说：“我裙子的原料主要来自高温烧制后的骨头，多亏了高温，这让白色变得十分纯正^[4]。”

最后出场的是一位老者，他缓慢上前一步说道：“在下名为炭黑，是一个普普通通的单质，体内只有碳这一种元素。在下喜欢游山玩水，也曾随着文人墨客游遍大江南北。”

“阁下是？”炭黑对着小紫问道。

小紫兴冲冲地开口：“大家好！我叫……”还没等到它说完，咚咚的声音变成了巨响，一束光随之刺破了黑暗。众色彩一时无法适应如此刺眼的强光，便纷纷晕了过去。

小紫在失去意识之前隐隐约约听到一个洪亮的男声喊着：“额挖出瓦爷了^[5]！”

再次醒来，小紫发现自己已经躺在一个透明的盒子中。它坐起来环顾四周，发现它所在的房子里摆满了各种瓶瓶罐罐，其他色彩也都躺在不同的透明盒子里。

这时，一大一小两位穿着白大褂、学生模样的人走进了这间房子。

年纪稍小一点的人手里拿着纸边走边看：“三维磁波变为二维磁波……大华，这个中国紫(图 3)太神奇了！”

另一位年龄稍长的人接着说道：“是啊，小化。它也是一种美丽的颜料！自然界中本没有它的身影，是我国先民在2000多年前利用自然矿物人工合成出来的！而且它具有超导性能，作为材料，在温度低的时候它分子的集体行为会从‘三维’变为‘二维’，导电能力大大提升^[6]。”

小紫心想：“中国紫？莫非他们说的是我？”色彩们也都醒过来了，揉揉眼睛认真听着二人的对话。

大华解释道：“这种紫色颜料的化学成分为硅酸铜钡(Ba₂Cu₂Si₄O₁₂)，1992年人们第一次从汉朝的俑器上发现了它，之后又发现其在秦兵马俑身上被大量使用，人们称之为‘中国紫’。”

“这种颜料在秦朝很常见吗？那时候的合成工艺已经很成熟了吗？”小化问道。

“早在战国时期，道士们便已将重晶石(BaSO₄)、沙子(SiO₂)和蓝铜矿放在一起来烧制琉璃；后来又加入了用来降低熔点的助溶剂黄丹(PbO)，神奇的是，它还能催化钡矿在较低的温度下分解^[7]，中国紫便在这个过程中诞生了^[8]！”

众色彩纷纷看向小紫，眼睛里透露出别样的光芒，小紫也没有想到自己居然有如此神奇的身世。

“在制作过程中，控制温度和投料比还可以生成不同颜色的硅酸铜钡。在更高温度下，会生成中国蓝(BaCuSi₄O₁₀)和中国深蓝(BaCu₂Si₂O₇) ^[7]。”大华挥手写下了方程式。

$ {\text{Cu}}_{\text{2}}{\left(\text{OH}\right)}_{\text{2}}{\text{CO}}_{\text{3}}\text{}\text{+}\text{}\text{2Ba}{\text{SO}}_{\text{4}}\text{}\text{+}\text{}\text{4Si}{\text{O}}_{\text{2}}\stackrel{\text{PbO}\text{、}\text{900}\text{}℃}{\to }{\text{Ba}}_{\text{2}}{\text{Cu}}_{\text{2}}\text{S}{\text{i}}_{\text{4}}{\text{O}}_{\text{12}}\text{}\text{+}{\text{H}}_{\text{2}}\text{O}\text{}\text{+}\text{}\text{C}{\text{O}}_{\text{2}}\text{↑}\text{}\text{+}\text{}\text{2S}{\text{O}}_{\text{2}}\text{↑}\text{}\text{+}\text{}{\text{O}}_{\text{2}}\text{↑} $

$ {\text{Cu}}_{\text{2}}{\left(\text{OH}\right)}_{\text{2}}{\text{CO}}_{\text{3}}\text{}\text{+}\text{}\text{2Ba}{\text{SO}}_{\text{4}}\text{}\text{+}\text{}\text{8Si}{\text{O}}_{\text{2}}\stackrel{\text{PbO}\text{、}\text{1000}\text{}℃}{\to }\text{2BaCuS}{\text{i}}_{\text{4}}{\text{O}}_{\text{10}}\text{}\text{+}\text{}{\text{H}}_{\text{2}}\text{O}\text{}\text{+}\text{}\text{C}{\text{O}}_{\text{2}}\text{↑}\text{}\text{+}\text{}\text{2S}{\text{O}}_{\text{2}}\text{↑}\text{}\text{+}\text{}{\text{O}}_{\text{2}}\text{↑} $

$ {\text{Cu}}_{\text{2}}{\left(\text{OH}\right)}_{\text{2}}{\text{CO}}_{\text{3}}\text{}\text{+}\text{}\text{Ba}{\text{SO}}_{\text{4}}\text{}\text{+}\text{}\text{2Si}{\text{O}}_{\text{2}}\stackrel{\text{PbO}\text{、}\text{1100}\text{}℃}{\to }\text{BaC}{\text{u}}_{\text{2}}\text{S}{\text{i}}_{\text{2}}{\text{O}}_{\text{7}}\text{}\text{+}\text{}{\text{H}}_{\text{2}}\text{O}\text{}\text{+}\text{}\text{C}{\text{O}}_{\text{2}}\text{↑}\text{}\text{+}\text{}\text{S}{\text{O}}_{\text{2}}\text{↑}\text{}\text{+}\text{}\frac{\text{1}}{\text{2}}{\text{O}}_{\text{2}}\text{↑} $

大华继续说道：“它们可以说是三姐妹！但是，中国紫晶胞(图 4)内含有独特的[Cu₂]结构单元，这是两个‘手牵着手的’铜离子，其间存在的化学作用被称为金属-金属键。这种键需要一定的条件下才能生成，温度太高时会被破坏，这就是为什么超过1000 ℃时，烧制得到的是中国蓝或中国深蓝^[9]。”

大华看向小化接着说道：“可想而知，在2000多年前工匠们要在合适的条件下得到中国紫是多么的不容易！”听着大华的讲解，色彩们不约而同地为中国古代工匠们竖起了大拇指。

大华继续说道：“不过，很可惜！道教的没落使中国紫的制作工艺失传了，汉代以后的文物就没有见到这种紫色了^[8]。直到现代，科学家才在实验室中重新合成出来。”

小化若有所思地点了点头：“三姐妹的化学成分均为硅酸铜钡，不溶于强酸和强碱，应该是硅氧四面体形成的网状结构吧？可是颜色却不一样，其中有什么奥秘呢？”

大华耐心地说道：“三姐妹的颜色都是由于铜离子的电子跃迁带来的。在她们体内，铜离子电子所居住的d轨道会在周围原子的作用下分裂出不同‘高度’的能级(图 5(a))。电子很调皮哦，当有可见光照射时，住在‘低海拔’能级的电子会捕获可见光中的光子，一跃而起前往‘高海拔’能级。这样，某种颜色的光被电子吸收，剩余的互补色便被呈现了出来^[10]。”

小化说：“可是三姐妹体内的铜离子周围都是氧啊！”

大华边说边用手比划着：“没错！但是三者结构不同，那么氧周围的环境就不同，对d轨道分裂的影响就不完全一样^[11]，而且中国紫体内存在Cu―Cu键，这些导致了铜离子d轨道的分裂能增大……”

小化恍然大悟：“所以，中国紫电子跃迁需要吸收的能量比中国蓝、中国深蓝更高！”小化边说边拉动着互补光图上的线锤，继续说道：“吸收光向短波移动……蓝移……也就是吸收了黄绿色的光，互补光是紫色(图 5(b))……哈哈！这就是中国紫靓丽的颜色了！”

大华微笑着点点头。

听完大华和小化详尽的介绍，众色彩纷纷鼓起掌来；小紫也成为其余色彩目光的焦点，她不由地抬起头、挺起胸说：“他们所说的，便是我的自我介绍！”

小化环顾四周，看着各样美丽的颜料，感叹道：“唉，我还没有实地去看过兵马俑。”

大华摸了摸小化的头说：“最近正是旅行淡季，等我忙完手头的工作就陪你去吧。”

几天后，大华与小化来到了秦始皇兵马俑博物馆。他们兴致满满地进入到“一号坑”展厅(图 6)，便被宏伟壮观的兵马俑群所深深震撼，陶俑千姿百态、形态各异。

但是，小化环绕了一圈，并没有在这里看到彩色的兵马俑，便好奇地问大华。

大华解释道：“在制作兵马俑的时候，工匠们为了防腐采用了生漆工艺，也就是在陶土层表面涂抹漆树的汁液之后，才进行上色。由于生漆的结合力有限，经历几千年的变迁，再加上雨水冲刷、土层塌陷等因素，彩绘涂层不可避免地老化，一部分就自然脱落了。”

小化点了点头，大华继续说道：“还有一个重要原因，兵马俑被掩埋在骊山之下，它们吸收了地下润湿土壤的水分。当地宫被打开，原有的湿度平衡被打破，生漆里的水分争前恐后地向外界跑去，蒸发作用致使其附着力下降，颜色也随着生漆剥落而快速消失^[8]。”

听到这里，小化有些失落。大华见状说：“早期由于我们的技术不够成熟，考古学家们只能眼睁睁地看着颜色消失；但是我国文物保护工作在近年来有了较大的进步，目前已经可以对这些宝贵的颜色进行一定程度上的保护，我们去前边看一看吧。”

两人继续游览，来到彩色兵马俑展馆，他们俩眼前一亮！这里展示了经过人工色彩保护的彩俑，也有经电脑复原色彩后的彩俑(图 7)。

小化眼中闪烁起了光芒，感叹道：“哇！太神奇了！”

展厅的工作人员向他们介绍：“目前，保护彩绘的化学手段主要有两种。第一种方法依赖于水溶性小分子物质，它可以透过颜料，依靠其极性基团与陶土表面牢固结合。之后再经过电子束辐射的引发，液态的单体小分子就会变成长链固体状态(图 8)，进而起到加固作用^[12]。这种方法的保护效果好，目前主要用于实验室中。”

工作人员继续讲解：“另一种更为简便的方法是使用抗皱缩剂和加固剂联合处理保护^[13]。在兵马俑出土时就涂上聚乙二醇，它作为抗皱缩剂可以从周围环境吸收水分，缓慢交换兵马俑中的水分，使生漆层保持湿润而不易脱落；一段时间后它会慢慢失去水分，这时候再用聚氨酯乳液作为加固剂来对颜料进行加固。这种方法应用更为广泛，但效果可能会稍差一些。”

“是高分子在起作用！”小化开心地说道。

“我也想要出点力！”小化兴致勃勃，但是转念一想又有点失落，“可是作为游客能做点什么呢？”

“别沮丧！我们也可以为兵马俑的保护做贡献的。你看，一些颜料害怕强烈的灯光^[1]，手机里的闪光灯照射它们可能会使其变色，失去原来鲜艳的色彩。”大华笑着说道，“此外，已经出土了的兵马俑对空气的湿度、温度甚至是空气中污染物的颗粒数都会有十分严格的要求^[13]，如果短时间内有大量的游客前来参观，那么博物馆内湿度、温度或者气体成分的变化是难以估量的。”

“有道理！”小化拍了一下手，“我们错峰出行，在旅行淡季参观秦始皇兵马俑博物馆，而且我们在拍照留念的时候都没有使用闪光灯，这也是在为文物的保护做贡献哦！”

两人相视一笑，互相击掌：“保护文物，传承文化，从你我做起！”