炎色反応

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実験のようす

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、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。金属の定性分析や、花火の着色に利用されている。

反応の原理

ファイル:Bohr-atom-PAR.svg

熱エネルギーによって外殻へ励起した電子が基底状態へ戻る際に生じる発光が炎色反応である。

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し、外側の電子軌道に移動する。励起した電子はエネルギーを光として放出することで基底状態に戻り、この際に元素に特徴的な輝線スペクトルを示す。したがって、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る。

主な元素の炎色反応

かっこ内にコバルトガラスを通して観察した場合の色を示した。また、数値はその元素の波長を表す。

• 第1族元素（アルカリ金属）
  • リチウム - 深紅色、670 nm（黄色）
  • ナトリウム - 黄色、589 nm（無色）
  • カリウム - 淡紫色、760 nm(茶色)、特にナトリウムに邪魔されやすいためコバルトガラスが役立つ
  • ルビジウム - 暗赤色、780 nm（青紫色）
  • セシウム - 青紫色（青紫色）、励起に必要な高温を得るため酸水素炎で観察する必要がある
• 第2族元素（アルカリ土類金属）
  • カルシウム - 橙赤色（橙緑色）
  • ストロンチウム - 深赤色、460 nm（紫色）
  • バリウム - 黄緑色（青緑色）
  • ラジウム - 洋紅色
• 第6族元素
  • モリブデン - 黄緑色（青緑色）
• 第11族元素
  • 銅 - 青緑色、510 nm（淡青色）
• 第13族元素（土類金属）
  • ホウ素 - 黄緑色（青紫色）、エタノール炎外縁の呈色で観察
  • ガリウム - 青色
  • インジウム - 藍色、410 nm
  • タリウム - 淡緑色
• 第14族元素
  • スズ - 淡青色（淡紫色）
  • 鉛 - 淡青色（淡紫色）
• 第15族元素
  • リン - 淡青色、リン酸イオンによる反応
  • ヒ素 - 淡青色（淡紫色）
  • アンチモン - 淡青色（淡紫色）

• Flametest--.swn.jpg

  試料を加えない場合のガスバーナーの色

• FlammenfärbungLi.png

  リチウム

• Flametest--Na.swn.jpg

  ナトリウム

• Flametest-Co-Na.swn.jpg

  カリウム（コバルトガラスを通した場合）

• FlammenfärbungK.png

  カリウム

• Die Flammenfärbung des Rubidium.jpg

  ルビジウム

• FlammenfärbungCa.png

  カルシウム

• FlammenfärbungSr.png

  ストロンチウム

• Flametest--Cu.swn.jpg

  銅

• Boratflamme.jpg

  ホウ素

• FlammenfärbungSb.png

  スズ

• FlammenfärbungPb.png

  鉛

• FlammenfärbungAs.jpg

  ヒ素

• FlammenfärbungSb.png

  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ことで、不要な波長をカットして観察することができる。例えば、ナトリウムは炎色反応が起こりやすく、微量であっても波長 589nm の強い黄色を呈するが、500-700nm の範囲に強い吸収を持つ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り、他の元素からの発光が観察しやすくなる。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。

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