花火は炎色反応で出来ている。では炎色反応とは何か？【原理を学ぶ】

夏といえば「花火」

カラフルな花火はまさに夏の風物詩ですね。

ところで、花火の原理を知っていますか？

花火は、炎色反応と呼ばれる化学の現象を使っています。

知らなくても花火は十分ステキなものですが、
知識を身につけて、いつもよりも楽しい夏を過ごしてみませんか？

カラフルな花火は炎色反応で出来ている

花火は炎色反応という化学の現象で出来ています。

では、炎色反応とは何でしょうか？

炎色反応とは、金属塩を炎の中で加熱した時に、特有の色を示すもの

炎色反応とは、金属塩を炎の中で加熱した時に、特有の色を示す反応のことです。

最初に、少しだけ難しい単語で説明してみます。

それぞれの金属原子は、熱エネルギーによって電子が励起状態になります。

そして、励起した電子が基底状態に戻る際に、エネルギーを放出するのですが、
このエネルギーが特有の色として観測できるというわけです。

イメージを掴むため、人間に例えてみます。

サウナのような場所にいくと、暑くて長時間じっとしていられない、不安定な状態になりますね。
これが励起状態です。

暑さの限界がくると、みなさんサウナの外に出ていきます。

サウナの外は安定した状態で、これが基底状態です。

サウナから出ると、体から熱が放出されます。
これがエネルギーの放出です。

電子も同じようなことが起きます。
加熱されて不安定な励起状態にされると、いずれ基底状態という安定な状態に戻ります。
このときに、光エネルギーを放出するわけです。

これが炎色反応という現象のイメージです。

見える色は波長で決まる

それでは、特有の色とはどうやって決まるのでしょうか。

励起した電子が放出するエネルギーは次のような式で表されます。

ΔE＝hν

ΔE：放出されるエネルギー（原子の種類で決まる）
h：プランク定数（定数）
ν：波長

ΔEは原子の種類によって決まります。

hは定数なので、変化しません。

つまり、金属原子の種類によって、ν（波長）が変化します。

人が見ることができる（可視光）の波長は380nm〜780nmです。

波長によって目に見える色が決まります。

つまり、原子の種類によって、放出されるエネルギーの大きさが決まり、エネルギーの大きさで色（波長）が決まります。

色	紫	青	緑	黄	橙	赤
波長	380〜430nm	430〜490nm	490〜550nm	550〜590nm	590〜640nm	640〜780nm

赤の領域より波長が大きくなると、いわゆる赤外線などの領域となります。

一方、紫より波長が小さくなると、紫外線等の領域になります。

紫外線（UV)は日焼けの原因となるやつですね。

語呂合わせで炎色反応を覚えよう

炎色反応の有名な覚え方です。

「リアカー　無き　K村　動力　借りると　するもくれない　馬力　で行こう」
「Li（赤） Na（黄） K（紫） Cu（青緑） Ca（橙） Sr（紅） Ba（黄緑）で行こう」

注意点としては、Cuの語呂が「動力」だと緑と思いがちですが、青緑となります。

ちなみに個人的には、Cu（青緑色）が1番きれいで好きです。

炎色反応を知れば、花火がさらに楽しくなる

夏の風物詩で、みんな大好きな「花火」

花火は炎色反応で出来ています。

炎色反応を知れば、より楽しく花火を楽しむことができます。

ただし、みんなでワイワイしている時に、

「あ、この色は硫酸銅！」

などと発言すると引かれる可能性があるので、その点はご注意を。