炎色反応・他 の実験
２３年前の旧版で一連の実験をやりましたが、あまり画像が良くなかったので、久しぶりに今回、再度 ＵＰしました。
１． 演示用の 炎色反応実験：
熱エネルギーによって最外殻電子が励起された結果、高エネルギーの軌道に遷移した電子が基底状態へ戻る際に、その差分のエネルギーを電磁波として放出する。 その波長が可視光の範囲にある場合、その元素の特有の色を呈し、物質を区別することができる。 この方法は、簡易な定性分析や 花火の着色などに利用されている。
ｅｘ） ナトリウム Ｄ線： 黄、５８９．０、５８９．６ｎｍ、 カリウム： 淡紫、４０４．４、（７６６．５）ｎｍ、 リチウム： 赤、６７０．８、６１０．４ｎｍ、 ストロンチウム： 深紅、４６０（青）＋６０５（赤）ｎｍ、 銅： 緑、５１０ｎｍ、 インジウム： 藍、４１０ｎｍ、など。 青色（セシウム：青紫など）ほど高熱源（酸水素炎など）を必要とする。
演示用ということで、バーナーや アルコールランプの代わりに、無水エタノール約２０ｍｌと酢酸カルシウム飽和溶液約６ｍｌ（３５ｇ/１００ｍｌ水・２０℃）を 円錐形に丸めたOHPシートの中で混合し、可燃性ゲルを作って アルミホイル・カップに入れて、その上に 試料の塩（えん）の粉末や 濃溶液をかけて 点火する。 ５～１０分間燃え続ける。
かける塩の量は 約０．５ｇ程度で、やや多めの方が良い。 酢酸カルシウム（１水塩～無水）は、氷酢酸と石灰を中和、蒸発乾固させて 安価に作ることができる。（１６０℃で分解） （（注） 酢酸マグネシウムや メタノール等では ゲルにならない。）
エタノールで濡れている間は、Caの橙色が出ることはなく、エタノールの青色の炎となる。
塩の種類は、とりあえずありあわせの物を使ったが、できれば 塩化物に統一した方がきれいに見えると思われる。 塩化カリウムは着色が弱いので 炭酸カリウムにしたほう良いかもしれない。 ホウ酸はエタノールに溶けるので 溶液として アルコールランプ等で直接点火できる。 ナトリウムは強い黄色で 他にミストがかかると黄色くなるので、これだけやらないか、離して、あるいは一番最後に行なう。
量が多く 有害なミストが発生するので、換気を良くする。 因みに、タリウム塩は 緑 、 セレン化合物（亜セレン酸など）は 青、になるが、どちらも猛毒なので ドラフト内で 従来の白金線で小規模に行なう。
１’． 彩色火薬の燃焼実験： 換気注意
・ 赤色（深紅）： ＫＣｌＯ4（過塩素酸カリウム） ３．５ｇ、 ＳｒＣＯ3（炭酸ストロンチウム） ０．８ｇ、 馬鈴薯デンプン １ｇ、 ・ 緑色（黄緑）： ＫＣｌＯ4 ２．３ｇ、 Ｂａ（ＮＯ3）2（硝酸バリウム） １．５ｇ、 馬鈴薯デンプン １ｇ のそれぞれの混合物を、シリカ皿（熱ショックに強い）に入れ、少量の塩素酸カリウム＋マグネシウム粉末を上に乗せ、マグネシウムリボンを差してこれに点火する。
（追記） 青色： ＫＣｌＯ4 ３．５ｇ、 ろくしょう（ＣｕＣＯ3・Ｃｕ（ＯＨ）2、硫酸銅＋炭酸アンモン製(Ｎａ不使用）） ０．４ｇ、 ＰＶＣ紛末（ポリ塩化ビニル微粉末、２００ﾒｯｼｭ） ０．２ｇ、 デンプン １ｇ を混ぜて シリカ皿に盛り、同様にして点火。
（注意） 混ぜるとき力を入れず、紙の上でごく軽く混ぜること。 多量に作らない事。 塩素酸カリウムは敏感なので使わない事。 セラックや塩化ビニルで固めると強力な爆発玉になるので 絶対やらない事。 硫黄を混ぜると有害ガスが発生する。
（参考） 花火の火薬の組成
２． 硼砂球反応： ・・・ 遷移元素イオンの色 ①
典型元素は、一番外側の電子軌道に電子が一つずつ入る のに対し、遷移元素（第３族～第１１族）は、原子番号が増えても、一番外側の電子軌道ではなく、内側の電子軌道に電子が一つずつ入る。 すなわち、第４周期の Sc～Cuまで、最外殻電子軌道（４ｓ）にはすでに２つずつ電子が入っていて、その内側の３ｄ電子軌道に原子番号が増えるに従って電子が一つずつ入っていく。（一部、Ｃｒと Ｃｕで軌道が入れ替わるが） これらの最外殻電子が取れた状態の ＋２価イオンの ３ｄ電子が、そのイオンの色を決める。 ３ｄ電子の外側に何もないので鮮やかな色になる。
一方 希土類元素は、希土類イオンの色を決める４ｆ 軌道の外殻に、電子が詰まった５ｓ、５ｐ軌道が覆いとなって、薄いくすんだ色になる。
硼砂球というガラス質の媒体に金属イオンとして固溶した状態を作り、その遷移元素イオンの特有の色を確認する。 還元炎で加熱すると 金属単体や酸化物の形で析出する場合がある。
白金線を軟質ガラス（ソーダガラス）管の先を伸ばして差し込んで、加熱封入し、この白金線の先を やや大きめに（φ３～４ｍｍ）環状に曲げておく。 白金線をアルコールランプで加熱して、硼砂（ほうしゃ、四ホウ酸ナトリウム・十水塩、 Ｎａ2Ｂ4Ｏ7・１０Ｈ2Ｏ）につけて さらに加熱すると、一旦膨らんで脱水し、最後にガラス質の球となる。（↓） これをもう一度繰り返して、環に一杯の球になったら 冷えるのを待って、各種塩（えん）の濃溶液に軽く漬けて、バーナーで高温まで加熱して、塩を硼砂球によく溶かす。色が薄いと思ったらもう一度液につけて熱する。
・ 酸化ネオジム（Nd2O3）は 粉末を数回十分に付け、高温で充分加熱して固溶させる。 クロム（Cr2（SO4）2・ｎＨ2Ｏ）も溶けにくい。 因みに、銀（ＡｇＮＯ3）は酸化炎で無色透明になる。
・ 金（Au）とロジウム（Rh）は １０００ｐｐｍの原子吸光用基準液に ３度漬けて用いた。 金の金色は、相対論効果による軌道の収縮による。
鉱石の定性分析でも行なわれるように、結晶を直接付けても良いが、多めになりやすいので注意。 大きな球なので、高温で振るとポロっと落ちるので注意。
終わったら、硼砂球を加熱して 水に漬けて急冷してひびを入らせ 砕いて除く。（そのまま取ろうとすると白金線を痛める。）
