火炎着色は、鉱物の識別に使用される方法です。これは、電子の移動が金属の色を引き起こし、光の形でエネルギーを放出するという原理に基づいています。このライトの色は、使用する金属に基づいて変化します。大きな原子はより低いエネルギーで色を発し、小さな原子はより高いエネルギーで色を発します。
さまざまな金属のスペクトル線には明確なパターンがあり、それがさまざまな炎の色を形成する理由の 1 つでもあります。
炎の色の重要性
科学者は炎の色を使用して、未知の化合物の成分を識別します。この情報は、分子を識別し、メタロイドまたは金属イオンが含まれているかどうかを判断するのに役立ちます。
炎の色の由来
原子やイオンを高温に加熱することで、電子を低軌道から高軌道に移動させることができます。それらがより低いレベルに落ちると (一度に、または一定期間にわたって)、光の形でエネルギーを放出します。これらのジャンプのそれぞれが、特定の波長 (または周波数) で光エネルギーとして一定量のエネルギーを放出します。これらのジャンプは線のスペクトルを形成し、そのうちのいくつかは目に見えます。色の組み合わせで構成されています。
ナトリウム (または他の金属) イオンの高エネルギーにより、目に見えない UV スペクトルに線が生じます。電子は金属原子内で高いレベルから低いレベルに落ちます。これにより、燃焼試験で見られるジャンプが発生します。塩化ナトリウムを炎に入れると、特定のナトリウムイオンが電子を獲得し、加熱すると中性のナトリウム原子になります.励起されていない状態のナトリウム原子の構造は 1s22s22p63s1 ですが、炎の中には電子の励起状態がいくつかあります。促進された電子は 3p1 レベルから通常の 3s レベルに戻り、ナトリウムの炎を明るいオレンジ イエロー色にします。
エネルギー ジャンプのサイズは金属ごとに異なります。これは、各金属が固有のスペクトル線パターンを持ち、したがって異なる炎の色を持っていることを意味します。金属イオンの電子の動きは炎の色を生成し、それらは電子配置 1s22s22p6 を持っています。炎は電子を加熱し、より多くのエネルギーを与えます。電子が炎からどれだけのエネルギーを得るかに応じて、7s、6p、4d などのより高い軌道に電子を移動させることができます。電子がより高く不安定な状態になると、電子は元の状態に戻りますが、必ずしも 1 回の遷移であるとは限りません。
一般的な炎の色の例は?
ナトリウムは黄色の炎、リチウムとストロンチウムは赤い炎、カルシウムはオレンジ色の炎、銅は青い炎、バリウムは緑色の炎を生成します。
フレームテストとは?
燃焼試験は化学の一般的な分析方法であり、化学物質または塩の成分を検出および識別します。燃焼試験は化合物中の金属イオンを検出し、各元素のイオンは発光スペクトルに基づいて異なる特徴を持っているため、燃焼試験は異なります.
金属イオン塩を燃焼させたときに発生する炎の色は、この違いを示しています。各元素の発光スペクトルには、イオンではなく原子が含まれています。燃焼試験で見られる色の線は、電子がイオンに変換されるためです。
火炎試験の背後にある化学
燃焼試験の化学は単純です。原子またはイオンを高温に加熱すると、電子は通常の非励起状態からより高い軌道に進み、通常または基底状態の軌道よりも多くのエネルギーを含みます。
これらの励起された電子がより低い準位に戻るときに放出されるエネルギーは、同時にまたは段階的に発生する可能性があり、このエネルギーは光として放出されます。
各跳躍は一定量の光エネルギーを放出し、各軌道遷移は周波数または波長に対応します。
これらの遷移またはジャンプにより、一連の線が生じます。これらの線はスペクトルに現れます。
私たちが目にする最終的な色は、これらすべての色が混ざり合ったものであり、燃焼試験で見られる要素の独特の色です.
たとえば、電子遷移はカリウム、ナトリウム、および他の多くの金属イオンで非常に高いエネルギーで発生し、UV スペクトルで人間の目には見えない線になります。火炎試験でイオンではなく原子が使用される理由を説明しています。
金属原子の電子は高いレベルから低いレベルに落ち、燃焼試験でジャンプを引き起こします。ナトリウムイオンを含む塩化ナトリウムを高温に加熱すると、一部のイオンが電子を取り戻し、中性のナトリウム原子を形成します。各要素の軌道と構成は、燃焼試験における重要な特徴です。
非励起ナトリウム原子 1s22s22p63s1 と炎内の励起電子状態。ナトリウムは橙黄色の炎を生成し、促進された電子が通常の 3s1 レベルに戻るときに発生します。
ポテンシャル エネルギー ジャンプのサイズは、金属ごとに異なります。各金属にはスペクトル線の固有のパターンがあり、したがって固有の炎の色を持っています。
グループ 1 の金属は、燃焼試験を使用して識別するのが最も簡単です。燃焼試験は、可能性のある化合物のアイデアを提供しますが、他の金属の決定的な識別にはなりません.
燃焼試験の限界
- イオンの濃度が低い限り、燃焼試験では検出されません。
- 光の強さはサンプルによって異なります。たとえば、黄色のナトリウムの放出は、燃焼試験中の赤色のリトマス放出よりも大幅に強くなります。
- サンプル中の汚染物質または不純物の存在は、燃焼試験に影響を与えます。たとえば、ナトリウムはほとんどの化合物に存在し、炎の黄色を提供します。
- 燃焼試験では、すべての要素を区別することはできません。ほとんどの金属は同様の色を生成しますが、他の化合物は色の変化を引き起こしません.
結論
化学で最もよく使用される分析手法の 1 つは、炎の着色テストです。これは、塩または化合物中の特定の成分の存在を検出および分析するための一般的な方法です。燃焼試験は、化合物中の金属イオンの存在を決定します。各元素のイオンは、発光スペクトルに基づいて独特の特徴を持っているため、各元素の燃焼試験は異なります。塩分を含む特定の金属イオンを燃焼させたときに発生する炎の色は、この違いを示しています。イオンではなく、各元素の発光スペクトルが炎の色を決定することに注意してください。燃焼試験で見られる目に見える色の線は、原子内の電子の遷移によるものです.
