高校 · 10分
炎色反応：金属イオンの色
塩をブンゼンバーナーの炎に入れ、炎の色から金属を見分ける。
目的
炎の色を励起された電子の発光と結びつけ、見分けやすい金属と見分けにくい金属を知る。
器具と試薬
ブンゼンバーナー、清潔な白金線またはニクロム線の輪、希塩酸で湿らせた Li・Na・K・Ca・Sr・Ba・Cu の塩化物。
手順
- 7種類の金属を順に選び、それぞれの炎の色を記録する。
- 針金につける塩の量を変え、炎の強さの変化を見る。
- Li と Sr、Na と K を比べる。目で見分けにくいのはどの組か。
観察すること
- Li と Sr は赤、Ca は橙赤、Na は濃い黄橙、K は薄紫、Ba は淡い緑、Cu は青緑（見た目の色のおよその目安）。
- ごく微量のナトリウムでも他の色を隠してしまう。カリウムは黄色をさえぎるコバルトガラス越しに見るのが普通である。
解説
加熱により価電子は高い準位へ跳び上がるエネルギーを得る。元の準位に戻るとき、準位の間隔に等しいエネルギー の光子を放出する。元素ごとに間隔の組（線スペクトル）が異なり、可視域で最も強い線が見える色を決める。ナトリウムでは 589 nm 付近の二重線が黄色である。同じ原理を目ではなく分光器で正確に測るのが、原子発光・吸光分析（AAS、ICP）である。
実験の歴史
キルヒャーやマルクグラーフはナトリウムの橙、カリウムの淡紫といった着色炎に古くから気づいていたが、バーナーごとに炎が違うため塩の区別は難しかった。ローベルト・ブンゼンの非光炎ガスバーナー（1855）がきれいで高温の炎を与え、キルヒホッフとともにこの試験を分光学に変え、見えないスペクトル線からセシウム（1860）とルビジウム（1861）を発見した。この実験は今も Na⁺、K⁺、Ca²⁺ の最速の定性試験である。
ゆかりの化学者
バーチャル実験は直感をつかむための簡略化したモデルです。実際の実験や安全教育の代わりにはなりません。指導者なしに自宅で再現しないでください。