炎試験
炎色試験は、試料中の特定の元素の存在を比較的迅速に調べる方法です。この手法は時代遅れで信頼性にも疑問が残りますが、かつては定性無機分析の一要素でした。この現象は花火や原子発光分光法と関連しています。[1]炎 の色は、原子の電子遷移と光電子放出の原理によって解明されています。これらの原理では、元素によって電子遷移に必要なエネルギーレベル（光子）が異なります。[2] [3]
歴史
ロバート・ブンゼンは1855年に、今では有名なブンゼンバーナーを発明しました。これは、試験物質が放出する色を妨げない非発光炎のため、炎色試験に役立ちました。[4] [1]ブンゼンバーナーは、プリズム（汚染物質の色干渉をフィルタリングする）と組み合わされ、さまざまな元素のスペクトル放出を放出できる分光器の作成につながりました。[1] 1860年に、ロバート・ブンゼンとグスタフ・キルヒホフは、スペクトル放出で予期せぬ空色と暗赤色の出現を観測し、セシウム（空色）とルビジウム（暗赤色）の2つのアルカリ金属の発見につながりました。 [4] [1]今日、この低コストの方法は中等教育で生徒にサンプル中の金属を定性的に検出することを教えています。[2]
プロセス
炎色試験では、元素または化合物のサンプルを熱い非発光炎の中に入れ、生じる炎の色を観察する。[4] 化合物は濃塩酸でペースト状にすることができる。揮発性の金属ハロゲン化物を使用するとより良い結果が得られるからである。[5]色の正確さを検証するために、様々な炎を試すことができる。木製の添え木、ニクロム線、白金線、マグネシア棒、綿棒、メラミンフォームが支持体として提案されている。[6] [7] [8]関連する物質の中には可燃性や毒性のあるものもあるため、安全上の注意が極めて重要である。 [9] [10] [11] [6]添え木を使用する場合は、添え木自体が燃えてしまわないように、長時間炎の中に添え木を保持せず、炎の中で添え木を振るように注意する必要がある。綿棒やメラミンフォーム（「消しゴム」掃除スポンジに使用）を支持体として使用することも提案されている。[7] [8] [6] ナトリウムは多くのサンプルに含まれる一般的な成分または汚染物質であり、 [2]そのスペクトルは多くの炎色試験で支配的になる傾向があります。[5]試験炎は、ナトリウムの黄色を除去し、他の金属イオンをより簡単に観察できるようにするために、コバルトブルーガラスを通して観察されることがよくあります。[引用が必要]
炎の色は一般的に温度と供給される酸素量に依存します。炎の色を参照してください。[5]この手順では、様々な溶媒と炎を使用し、コバルトブルーガラスまたはジジムガラスを通して試験炎を観察し、ナトリウムなどの汚染物質の干渉光をフィルタリングします。[12]
炎色試験には多くの限界がある。標準条件下で確実に検出できる元素の範囲は狭い。一部の元素は弱く発光するが、他の元素（Naなど）は非常に強く発光する。金、銀、白金、パラジウム、その他多くの元素は特徴的な炎色を示さないが、一部の元素は火花を発する（金属チタンや鉄のように）ことがある。ベリリウムと金の塩は、冷却すると純粋な金属が析出すると報告されている。[12]この試験は非常に主観的である。
原理
炎色試験では、イオンは熱的に励起されます。これらの励起状態は、光子を放出しながら基底状態へと緩和します。励起状態とそれに伴う放出光子のエネルギーは、元素の特性に依存します。励起状態と基底状態の性質は、元素によってのみ異なります。通常、切断される結合はなく、分子軌道理論は適用されません。炎色試験で観測される発光スペクトルは、 炎色発光分光法、原子発光分光法、炎色光度測定法の基礎にもなっています。[4] [13]
共通要素
一般的な要素とそれに対応する色は次のとおりです。
| シンボル | 名前 | 色[5] | 画像 |
|---|---|---|---|
| アル | アルミニウム | 銀白色、電弧のような非常に高温では水色 | |
| として | 砒素 | 青 |  |
| B | ボロン | 明るい緑 |  |
| バ | バリウム | ライトアップルグリーン |  |
| なれ | ベリリウム | 白 | |
| バイ | ビスマス | アズールブルー | |
| カルシウム | カルシウム | レンガ色/オレンジがかった赤。青いガラスを通して見ると明るい緑色。 |  |
| CD | カドミウム | レンガ色 | |
| セ | セリウム | 黄色 | |
| 共同 | コバルト | 銀白色 |  |
| Cr | クロム | 銀白色 |  |
| Cs | セシウム | 青紫 |  |
| 銅(I) | 銅（I） | 青緑 | |
| 銅(II) | 銅(II)（非ハロゲン化物） | 緑 |  |
| 銅(II) | 銅(II)（ハロゲン化物） | 青緑 | |
| Fe(II) | 鉄（II） | 金色。電弧など非常に高温になると、明るい青色や緑色がオレンジがかった茶色に変わります。 | |
| 鉄(III) | 鉄（III） | オレンジブラウン |  |
| ゲ | ゲルマニウム | 淡い青 | |
| H | 水素 | 淡い青 | |
| HF | ハフニウム | 白 | |
| 水銀 | 水銀 | 赤 | |
| で | インジウム | インディゴブルー | .jpg/1280px-Flammenf%C3%A4rbung_Indium_(In).jpg){kind=small} |
| K | カリウム | ライラック（ピンク）；コバルトブルーのガラス越しには見えない（紫） |  |
| 李 | リチウム | カーマインレッド。緑色のガラス越しには見えない。 |  |
| マグネシウム | マグネシウム | 酸化マグネシウム層のため無色ですが、マグネシウム金属を燃焼させると濃い白色になります。 | |
| マンガン(II) | マンガン（II） | 黄緑色 |  |
| モ | モリブデン | 黄緑色 | |
| ナ | ナトリウム | 明るい黄色、金色、コバルトブルーのガラス越しには見えない。ナトリウム蒸気ランプも参照。 |  |
| 注記 | ニオブ | 緑か青か | |
| ニ | ニッケル | 無色から銀白色 |  |
| P | リン | 淡い青緑色 | |
| 鉛 | 鉛 | 青白 |  |
| ラ | ラジウム | 深紅 | |
| Rb | ルビジウム | バイオレットレッド |  |
| S | 硫黄 | 青 |  |
| SB | アンチモン | 淡い緑 |  |
| Sc | スカンジウム | オレンジ | |
| セ | セレン | アズールブルー | |
| スン | 錫 | 青白 | |
| シニア | ストロンチウム | 深紅から緋色、緑色のガラスを通しては黄色がかっており、青色のコバルトガラスを通しては紫色 |  |
| タ | タンタル | 青 | |
| テ | テルル | 淡い緑 | |
| ティ | チタン | 銀白色 | |
| テル | タリウム | 純粋な緑 | |
| V | バナジウム | 黄緑色 | |
| W | タングステン | 緑 | |
| はい | イットリウム | カーマイン、クリムゾン、またはスカーレットレッド | |
| 亜鉛 | 亜鉛 | 無色から青緑色 |  |
| Zr | ジルコニウム | マイルド/くすんだ赤 |
参照
参考文献
- ^ abcd 「今月の物理学史」www.aps.org . 2023年11月2日閲覧。
- ^ abc Moraes, Edgar P.; da Silva, Nilbert SA; de Morais, Camilo de LM; Neves, Luiz S. das; Lima, Kassio MG de (2014-11-11). 「学部生向け分析化学実験のためのココナッツウォーターと海水中のナトリウム定量のための低コスト法：炎色試験、携帯電話カメラ、画像処理」 . Journal of Chemical Education . 91 (11): 1958– 1960. Bibcode :2014JChEd..91.1958M. doi :10.1021/ed400797k. ISSN 0021-9584.
- ^ Wacowich-Sgarbi, Shirley; Langara Chemistry Department (2018). 「8.2 電子エネルギーの量子化」Pressbooks BC Campus .
- ^ abcd 「ロバート・ブンゼンとグスタフ・キルヒホフ」。科学史研究所。2023年10月21日閲覧。
- ^ abcd Helmenstine, Anne (2022-06-15). 「炎色試験の色と手順（化学）」. Science Notes and Projects . 2023年11月1日閲覧。
- ^ abc Clark, Jim (2018年8月). 「Flame Tests」. chemguide.co.uk . 2020年11月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2021年1月10日閲覧。
- ^ ab サンガー、マイケル・J.; フェルプス、エイミー・J.; キャサリン・バンクス (2004-07-01). 「綿棒を用いた簡易炎色試験法」 .化学教育ジャーナル. 81 (7): 969. Bibcode :2004JChEd..81..969S. doi :10.1021/ed081p969. ISSN 0021-9584.
- ^ ab ランディス, アーサー・M.; デイヴィス, マロン・I.; ランディス, リンダ; ニコラス・C・トーマス (2009-05-01). 「マジックイレイザー」炎試験.化学教育ジャーナル. 86 (5): 577.書誌コード:2009JChEd..86..577L. doi :10.1021/ed086p577. ISSN 0021-9584.
- ^ 「安全警告：メタノールベースの炎試験を開放型実験室の机上で行わないでください | NSTA」www.nsta.org . 2023年10月24日閲覧。
- ^ エマーソン、ジリアン・メリ. 「新しく改良された炎試験デモンストレーション（「レインボーデモンストレーション」）」アメリカ化学会.
- ^ Sigmann, Samuella B. (2018-10-09). 「火遊び：化学安全の専門知識が必要」. Journal of Chemical Education . 95 (10): 1736– 1746. Bibcode :2018JChEd..95.1736S. doi : 10.1021/acs.jchemed.8b00152 . ISSN 0021-9584.
- ^ ab 「炎色試験｜説明、定義、情報、概要」化学辞典. 2019年10月14日. 2023年11月2日閲覧。
- ^ 「原子吸光分光法（AAS）|PerkinElmer」www.perkinelmer.com . 2023年11月19日閲覧。
外部リンク
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- 炎試験 - 着色炎 - いくつかの炎試験の写真、説明書付き
- WebMineral.com - 元素による炎の色
