当元素的原子获得一定能量时，它的电子就会被激发。当金属原子受到火焰灼烧的强热，一些处于低能级的电子吸收能量，会被激发到高能量级上去，但这种激发状态一般是不稳定的，当电子由高能级返回低能级时，多余的能量就会以光的形式辐射出来。如果其波长在可见光范围内，我们就会看到颜色。由于各种金属元素的原子电子层结构不同，在此过程中辐射出光的频率也不相同。因而不同金属在焰色反应中火焰颜色也不相同。可见，焰色反应时，分子、原子、离子没有发生变化，仅是电子能级发生了迁移，而焰色反应后也没有新物质生成，所以焰色反应属于物理变化。当然，若金属单质在焰色反应过程中被空气氧化了，应另当别论。
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