炎色反応の炎は何の発光ですか？

質問

銅をガスバーナーであぶると緑色の炎がでますが、あれは何の発光なのでしょうか？銅の酸化反応は銅の表面で起こっていると思っていますが、それが間違いなのでしょうか？もしかしたら微量でも空気中に銅が飛び出して、緑色の領域で酸化反応が起こっているのでしょうか？その場合は、空気中に銅や酸化銅を撒き散らしていることになるのでしょうか？あの実験は危険ではないのでしょうか？
推論で色々質問をしてしまって申し訳ないのですが、長年のなぞなので、どなたか教えて頂ければと思います。よろしくお願いします。

回答No.2

ht1914

銅線を磨いてバーナーで加熱します。炎色反応は見えません。電線の被覆のプラスティックスとか台所用のラップフィルムに熱い銅線を接触させてからバーナーで加熱するときれいな緑色の炎が見えます。銅自体には可視光の吸収はないようです。何かがついていて（配位していて）その影響で見えるようになるのでしょう。塩素を含むプラスティックスと接触させると塩化銅が出来ます。この物質が気体になりやすいので加熱すると炎の中に飛び出していってそこでまた加熱されます。
だから２つ条件があることになります。光の吸収が可視光線の領域にあるかどうかと加熱で炎の中に飛び出していくだろうかということです。
硫酸銅の結晶をピンセットで挟んでバーナーで加熱してもよく見えます。酸化銅の黒い粉末をぱらぱらと炎に振りかけても見えます。（これは机が汚れますから濡らした濾紙に酸化銅をくっつけてやります。）

熱した銅線を食塩水の中につけてバーナーで加熱するとオレンジ色と緑の混ざった色の炎が見えます。
ラップフィルムや電線の被覆をたくさん銅線につけて炎の中に入れるとプラスティックスの燃える鮮やかな紫の色が見えます。これに緑が混ざってきます。炎の色が変わるということで言うとこれも炎色反応といえるかもしれません。生徒はこれで混乱します。今言われている炎色反応は金属の分析の分野から出てきたものでしょうから実際に炎を見たときに見えるものと立場が違うようですね。
バーナーの炎の青い色もメタンの燃焼の時のラジカルが出す光でしょう。これを言っておかないと青い光は温度が高いという黒体輻射の時の色の話と混ざると混乱します。星の温度や太陽の温度は地学で出てきます。シリウスの青い光がバーナーの青と一緒になると駄目でしょうね。

お礼

多くのご経験から、様々な事例の紹介をいただき、有り難うございます。大変良く分かりました。高温部に銅の何らかの化合物が飛んでいくことが重要なのですね。また、光の発生過程にも幾つか種類があるということも良く考えておかないといけなないですね。ただ、炎色反応の場合、熱される物質に可視光が吸収されることにより、色が見えているのか、その物質の電子が熱励起されて、基底状態に戻る際の発光を見ているのか、少し分からなくなってきました。でも、銅の場合、その化合物の種類によらず、緑色に炎をだすということは、銅原子自体の光吸収か熱励起によるものなのですね。
ご回答どうも有り難うございました。

回答No.1

noname#62864

炎色反応というのは、金属原子における電子状態の変化によるものです。
つまり、金属の電子が、ある軌道から別の軌道に移る時にそのエネルギーに相当するエネルギー（波長、振動数）の光を放出することによるものです。

銅の場合には、ハロゲン化銅(II)が揮発性であるために、強熱によって気化し、それが炎色反応の原因になっています。たとえば、銅線の表面に生じた酸化銅(II)などは揮発性ではないために炎色反応を起こしません。

参考URL：

http://www3.u-toyama.ac.jp/kihara/chem/flame/genri.html

お礼

ご回答有り難うございます。炎というと酸化反応だと思いこんでいました。熱励起状態から戻るときの発光だったのですね。また、銅線にはハロゲン化銅(II)などの不純物が含まれるのですね。気化しやすいものが含まれているとは思いませんでした。どうも有り難うございます。