ストークせやせや・・・せやから、高校化学で習うKLM殻の概念だけではナトリウムの黄色を説明することができんたい。シママなるほど・・・。シママじゃあ、金属の種類によって色が違うのはなぜ?ストークナトリウムの場合は3sから3pに遷移するわけやが、例えばカリウムなんかは4sから4pへ、4sから5pへという二つの遷移ルートがある。ストークそして、それぞれのエネルギーギャップはギャップの大きさが違うたい。シママ3s~3pと4s~4pと4s~5pとでは3つとも違うギャップを持っている、というわけね・・・。発光スペクトルは物質の指紋ストークさっき、ナトリウムの場合は589nmの発光がほとんどやが、多くの金属はいろいろな波長の光を出す。カリウムなんかは2本やったやろ?光を波長ごとに分解する作業を分光、波長ごとの光の強さ、つまり強度を取得する作業を「スペクトルをとる」というたい。シママなんか、化学の専門の人が「スペクトルがどうのこうの」とか言ってたような・・・。ストークナトリウムの発光スペクトルの例はこんな感じたい。ナトリウムランプストークそれで水銀の発光スペクトルの例はこんな感じ。ネオンランプと水銀ランプストーク水銀の方が量子的に許された遷移が多いということやな。基底状態からいろいろな励起状態がとれる。ストークそれで、このスペクトルのグラフというのは金属特有やから、金属を含む未知サンプルのスペクトルを取ることでサンプルに含まれている金属の種類がわかるということたいね。シママお~すご~い!!探偵みた~い!ストークせやろ?まさかこんな炎色反応が綺麗~すてき~っていう話から、こんな探偵みたいな話になるとは思わんやろ?そういうところが面白いたい。シママうん!ストークそれで、実際にこの原理を応用したのがICP発光分光分析法。Plasmaの略で誘導結合プラズマという。俺らはエタノールに入れて火を点けただけやが、本格的に化学分析するとなるともっと高温の炎が必要で、このICPってヤツを使えば10000Kの炎を出すことができる。それでより高感度な分析が可能になる。シママあ~よく化学の友達がICPとってくる~!とか言ってたけど、これのことなのか~。ストーク10000Kの炎から出る光を回折格子いうもので分光し、それぞれの光の強度を検出してスペクトルとして結果を得るたい。アルミニウムの炎色反応は?ストークここで、数ある炎色反応実験のレシピの中には、アルミホイルのカップを利用したものもあったよな。ストークあの実験、おかしいと思わないか?シママおかしいの?ストークいや、やり方としては正しいんやが、一つ疑問を持って、その疑問を解決してから、あの手の実験はやるべきやと思う。シママあ・・・なんでアルミニウムの炎色反応はでないんだろう?ストークせや。実際、アルミニウムの炎色反応は観察されない。アルミニウムカップに入れて炎色反応を行う実験は成立する。アルミニウムの炎色反応は観察できないと思う?シママアルミニウムは励起と発光が起こりにくい物質だから?ストークちゃう。アルミニウムも励起と発光は起こる。アルミニウムの場合、励起するときのエネルギーギャップがナトリウムやカリウムと比べて大きい。シママあ、発光する光が可視光から外れているから!エネルギーギャップが大きいということは・・・紫外線だから?ストークせや。アルミニウムの発光スペクトルはこんな感じ。308~309nmの光って紫外線やろ?せやから、アルミニウムの炎色反応は起こらないんじゃなしに、観察できない、見ることができないと表現する方が正しいんや。出典:http://www.elec.chubu.ac.jp/kuzuya-Lab/lma-j.htmシママなるほど・・。アルミニウムカップで炎色反応するならそのことを理解したうえでやらないといけないのね・・・。ストークまぁ、少なくとも実験指導者はな。理解しておくべきやと思う。まとめ今回は「炎色反応の原理を量子化学の観点から詳しく解説」ということで、小中学校の自由研究課題や理科の授業で出てくる身近な炎色反応という現象を量子化学的観点から詳しく説明しました。スピン量子数の話を踏まえ、大学で学習するより詳細な電子配置図を示し、炎色反応とは電子がエネルギーの低いところから高いところへ遷移し、それが元に戻る際に金属特有の波長の光でもってエネルギーが放出される現象であることをナトリウム、カリウムを例に具体的に説明しました。金属ごとに放出する光の波長が異なるという事実から、未知試料を燃焼させたときに発生するスペクトルを分析することで、未知試料にどのような金属が含まれているかがわかることを説明しました。このことを応用したICP発光分光法が確立しており、重要な機器分析法の一つになっています。このように、炎色反応は金属ごとに決まった波長の光を出すことで起きる現象であること、それを応用すれば花火だけでなく、化学分析までできるということを説明しました。コメントをキャンセルメールアドレスが公開されることはありません。