炎色反応

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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。

炎色反応（えんしょくはんのう）とは、アルカリ金属やアルカリ土類金属、銅などの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。

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。

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、近紫外光のみ透過するコバルトガラスを通すとほとんど見えなくなり、他の元素からの発光が観察しやすくなる。ただし、その他の元素でも長波長成分がカットされるため、青～紫の光のみが観察される。

[編集] 主な金属元素の炎色反応

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。

実験のようす

第1族元素（アルカリ金属）
- リチウム - 深紅色、670 nm（赤紫色）
- ナトリウム - 黄色、588 nm（無色）
- カリウム - 淡紫色、760 nm（紫色）、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（赤紫色）
- 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）

試料を加えない場合のガスバーナーの色	ナトリウム	ナトリウム（コバルトグラスが薄いため色が残ってしまっている）	カリウム
カルシウム	ストロンチウム	リチウム	銅
ホウ素	アンチモン	ヒ素