きらら舎の夏期講習のまとめです。

 

キットのご注文は　＞＞こちら

 

 

【炎色反応とは】

アルカリ金属やアルカリ土類金属、銅などの金属や塩を炎の中に入れると各金属元素特有の色を示す反応のことです。

金属の定性分析や、花火の着色に利用されています。

炎色反応が見られる元素は限られています。

発光する電磁波が赤外線や紫外線ではなく可視光である場合のみ、色のついた炎を見ることができるからです。

また炎で容易に熱分解がおこり、ばらばらの原子になりやすいことも必須です。

 

 

【原理（なぜ色のついた炎がでるの？）】

高温の炎の中に、ある種の金属粉末や金属化合物を置くと、熱エネルギーによって解離し原子化されます（バラバラになる）。

それぞれの原子は熱エネルギーによって電子が励起し（※１）電子が通常より外側の電子軌道に移動します。

励起した電子は受け取ったエネルギーを光として放出することで基底状態に戻ります。

この時の光はその元素に特徴的な輝線スペクトルを示します。つまりその元素特有の色を出します。

比較的低温で熱励起され、発光波長が可視領域にある元素が、微粉末や塩化物のような原子化されやすい状態になっているときにのみ、炎色反応が観察されます。

 

 

もう少しわかりやすく説明すると・・・・・

【原子の構造と励起状態】

原子とは物質の一番小さな構成要素です。

つまり物質をどんどん細かくしていった時に、それ以上小さくできないもの。

原子は真ん中に核があり、その周りを電子がまわっています。

電子には軌道があって、通常は正しくその軌道の上にあるのですが、金属を熱っすると、原子の核の周りをまわっている電子が熱のエネルギーによって外側の軌道に跳ね飛ばされてしまいます。

これを「励起状態（れいきじょうたい）」といいます。この状態は原子にとっては非常に不安定なのでもとの状態（基底状態）に戻ろうとします。

その時に受け取った熱エネルギーを光のエネルギーとして放出します。

この時の光が炎色反応の色というわけです。

『鉱物レシピ』の蛍光の説明の図を参考にしてみてください。

ブラックライトを照らして蛍光を発するのもほぼ同じ理由です。

 

 

受験用にゴロ合わせで覚えた人もいるのではないでしょうか。

でも、実際に実験をやって、炎の色を眼で見ると、そんな暗記なんて必要がないくらい、ちゃんと覚えることができますよ。

 

 

【実験】

試薬によっては有害なガスを発生するものがあるので、必ずマスクをして換気をして実験しましょう。

1. 金属トレイの上にアルミカップを並べ、その中にメラミンスポンジを置き、燃料用アルコール1mlをスポイトで丁寧に染み込ませます。
2. トレイの上に並べたアルミカップの前に金属の名前がわかるようにラベルを作って置いておきましょう（燃えないように注意してください）。
3. アルコールを含ませたメラミンスポンジは試薬の数よりも１つ多く並べると、アルコールだけの炎がわかり、炎色反応との比較ができます。
4. 着火します

※ 消毒用のエタノールと間違えやすいので注意しましょう。メタノールは燃料用アルコールです。メチルアルコールとも呼ばれます。メタノールは飲めません。飲むと目がつぶれると言われていて「目散るアルコール」なんていう人もいます。コロナの消毒の時に、メチルアルコールを使う間違いがありましたが、消毒はできない上に燃料なので火気厳禁。これでいろいろな場所をふいたら火事の原因にもなりかねませんね。

カフェで使う燃料用アルコールはメチルアルコール75％＋エタノール25%のものです。

 

★よりきれいに撮影をしたい場合は、金属トレイの上に二重にたたんだアルミホイルを敷き、その上に間隔を開けて、スポンジを並べてください。

★濡らしたぞうきんを近くに用意し、炎が大きくなったらそれをかぶせて消せるように準備をしましょう。

 

『美しい実験図鑑』出版以降、ジャパンマテリアルのSDS付にてキット制作しました。

 

キットのご注文は　＞＞こちら

---

【バイルシュタイン反応】

銅は銅線を使って行います（キットには含まれません）。

これはフッ素を除くハロゲン元素を検出する方法ですが、これで銅の炎色反応を観察することができます。

「比較的低温で熱励起され、発光波長が可視領域にある元素が、微粉末や塩化物のような原子化されやすい状態になっているときにのみ、炎色反応が観察されます。」

と書きました。銅線（銅の沸点は約2630℃）の場合は、バーナーで加熱するだけでは原子は蒸発しません。しかし、塩素との化合物になると沸点が低くなり、イオン結晶が熱により解離して、銅が原子化しやすくなるのです。

そこでラップを使います。

銅線を強く熱し、表面に酸化銅(II)の被膜を作り、これにラップを巻きつけて再び強熱すると、塩化銅（ⅠまたはⅡ）ができ、緑から青緑色の炎が現れます。

ラップは予め小さく切ってトレイの上に置き、熱した銅線をこの上で転がしてくっつけます。

ラップは成分に「ポリ塩化ビニリデン」と書かれているものを使ってください。

有毒なガスが出ますので必ず換気扇を回すか窓を開けるかしてマスク着用で実験をしてください。操作に一定のスキル・環境を要します。実験に不慣れな場合はカフェでの実験にご参加された後でご自宅でお試しください。