混ぜるとカラフルな炎色反応が?! 炎色反応

今回はカラフルな炎色反応にチャレンジしてみました。

 

動画


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ある種の金属、または金属を含む物質を高温状態にさらすと、特定の光を発する炎色反応が観察される。今回は、Li(リチウム)、Na(ナトリウム)、K(カリウム)、Cu(銅)、Ba(バリウム)を使用している。これら5つを混ぜ、そこにメタノールを加えている。エタノールを用いる方法もあるが、エタノールメタノールより炭素の数が多いので不完全燃焼を起こしやすく、炎がオレンジ色になってしまう。そのため色の観察の際に邪魔をしてしまう。そのため炭素数が少ないメタノールを燃料として使用することで長く、色がはっきりと観察しやすくなる。

 

原子中の電子が外部から与えられたエネルギーによって基底の軌道から外側の軌道に移動することによって、励起状態となる。そこから基底表隊に戻る際に余ったエネルギーが光として観察されるのである。また、電子は決まったいくつかの軌道にしか存在できないので、電子の持つエネルギーはとびとびにしかならない。このことから放出される光エネルギーの波長も特定の色を放つものとなる。

放出される光エネルギーは振動数に比例し、エネルギーの差が大きいと光の振動数が大きく(波長は短く)なる。

 

E=hν (E:エネルギー、h:プランク定数)νはニューと読む。

 

発する光の色は赤→橙→黄→緑→青→紫の順番にエネルギーが大きくなる。(波長は短くなる)人間に見える可視光はおおよそ400nmから770nmで、それより短い波長は紫外線、長いものは赤外線と呼んでいる。

 

この色の違いを利用して、金属の定性分析や花火に利用される。ちなみに銅は塩化銅を使用したが、これは融点が低い方がイオン結晶が熱により解離しやすく、原子が蒸発しやすくなるためである。

 

監督官をしていただいている先生のブログ(らくらく理科教室)はこちら→らくらく理科教室 (sciyoji.site)

 

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また、各色を同時に観察できる綿棒を用いた炎色反応の記事はこちら→画期的!新・炎色反応 - VCPteam’s blog (hatenablog.com)

 

都留文科大学理科教育の一環