炎色反応
炎色反応(えんしょくはんのう、焔色反応とも)とは、アルカリ金属やアルカリ土類金属のように、一部の金属元素や、その塩を炎の中に入れると、その金属元素に特有の色を示す反応である。全ての金属元素では起きないものの、炎色反応を示す金属元素の場合は、その定性分析に利用できる。また、花火の着色にも利用されている。
反応の原理
高温の炎中に、ある種の金属粉末や金属化合物を置くと、試料が熱エネルギーによって解離し、原子化される。それぞれの原子は熱エネルギーによって電子が励起され、外側に存在する高エネルギーの電子軌道へと移動する。励起された電子が、安定な基底状態に戻ろうとする際に、余分なエネルギーを電磁波として放出する。電磁波のエネルギーは、その周波数で決まるわけだが、この際に放出するエネルギーが、ちょうどヒトの可視光線の範囲に入る場合が有る。これが、炎色反応を示す原理である。したがって、比較的低温で熱励起され、発光波長が可視光線の領域に存在する元素が、微粉末や塩のような原子化され易い状態になっている場合にのみ、炎色反応が観察される。
なお、原子の電子軌道のエネルギーは、連続した値ではなく、飛び飛びの値であるため、励起された電子が基底状態に戻る際に放出されるエネルギーも、連続した値ではない。このため、炎色反応として放出された光は、連続スペクトルではなく、輝線スペクトルを示す。また、元素によっても、電子軌道のエネルギーは、ある程度決まるため、元素によって特徴的な輝線スペクトルを示す。これが、炎色反応を示す元素の種類により、炎色反応によって放出される光の色が決まる理由である。
主な元素の炎色反応
炎色反応を呈する主な元素が、炎色反応を起こした際に放出する主な輝線スペクトルの波長と、その色を示した。なお、かっこ内には、コバルトガラスを通して観察した場合の色を示した。
- 第1族元素の全て元素のアルカリ金属。
- 第2族元素の一部の元素であるアルカリ土類金属。
- 第6族元素の一部
- モリブデン - 黄緑色(青緑色)
- 第11族元素の一部
- 第13族元素(土類金属)
- 第14族元素の中で、金属元素のみ。
- 第15族元素の一部。
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試料を加えない場合のガスバーナーの炎の色
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リチウム
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ナトリウム
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カリウム(コバルトガラスを通した場合)
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カリウム
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ルビジウム
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カルシウム
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ストロンチウム
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銅
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ホウ素
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鉛
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ヒ素
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アンチモン
その他
炎色反応による発光は輝線スペクトルであるから、特定の波長範囲を吸収するフィルターを通す方法により、不要な波長を遮断して観察できる。例えば、ナトリウムは炎色反応が起こり易く、微量であっても波長 589 nm の強い黄色を呈する。そこで、500 nmから700 nm の範囲の波長の光を強く吸収するコバルトガラスを通すと、ナトリウムの輝線は吸収されて見えなくなる[20]。このため、コバルトガラスを通した場合、少々のナトリウムが混入していても、他の元素からの発光が観察し易くなる場合が有る。ただし、その他の元素でもこの波長域の発光がカットされるため、元素によっては色調が変化して観察される。
脚注
注釈
- ^ コバルトガラスの光の吸収帯の中央付近の波長のため、色が消える。
出典
- ^ 小学館 日本大百科全書(ニッポニカ)「炎色反応」成澤芳男[1]表より。
- ^ ニッポニカ「炎色反応」表
- ^ ニッポニカ「炎色反応」表
- ^ ニッポニカ「炎色反応」表
- ^ ニッポニカ「炎色反応」表
- ^ ニッポニカ「炎色反応」表
- ^ ニッポニカ「炎色反応」表
- ^ ニッポニカ「炎色反応」表
- ^ ニッポニカ「炎色反応」表
- ^ ニッポニカ「炎色反応」表
- ^ ニッポニカ「炎色反応」表
- ^ ニッポニカ「炎色反応」表
- ^ ニッポニカ「炎色反応」表
- ^ ニッポニカ「炎色反応」表
- ^ ニッポニカ「炎色反応」表
- ^ ニッポニカ「炎色反応」表
- ^ ニッポニカ「炎色反応」表
- ^ ニッポニカ「炎色反応」表
- ^ ニッポニカ「炎色反応」表
- ^ “Super Diffusion Tanusorn”コバルト着色された鉛ガラスの含浸処理
関連項目
- ICP発光分光法 (ICP-AES)
- フレーム発光分光法
- 化学発光#炭素を主体とする燃焼における火炎
- 花火