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焰色反應

焰色反應,也稱作焰色測試及焰色試驗,是某些金屬或它們的化合物在無色火焰中灼燒時使火焰呈現特殊顏色的反應。其原理是每種元素都有其個別的光譜。樣本通常是粉或小塊的形式。用一根清潔且較不活潑的金屬絲(例如鉑或鎳鉻合金)盛載樣本,再放到無光焰(藍色火焰)中。在化學上,常用來測試某種金屬是否存在於化合物。同時利用焰色反應,人們在在煙花中有意識地加入特定金屬元素,使焰火更加絢麗多彩。焰色反應是物理變化。它並未生成新物質,焰色反應是物質原子內部電子能級的改變,通俗的說是原子中的電子能量的變化,不涉及物質結構和化學性質的改變。焰色反應是某些金屬或它們的揮發性化合物在無色火焰中灼燒時使火焰呈現特徵的顏色的反應。有些金屬或它們的化合物在灼燒時能使火焰呈特殊顏色。進行焰色反應應使用鉑絲(鎳絲、鐵絲)。把嵌在玻璃棒上的金屬絲在稀鹽酸里蘸洗後,(這是因為金屬氧化物與鹽酸反應生成的氯化物在灼燒時易氣化而揮發;若用硫酸,由於生成的硫酸鹽的沸點很高,少量雜質不易被除去而干擾火焰的顏色)放在酒精燈的火焰(最好是煤氣燈,因為它的火焰顏色淺、溫度高,若無的話用酒精噴燈也可以)里灼燒,直到跟原來的火焰的顏色一樣時,再用金屬絲蘸被檢驗溶液,然後放在火焰上,這時就可以看到被檢驗溶液里所含元素的特徵焰色。

簡介

焰色反應是一種非常古老的定性分析法,早在中國南北朝時期,著名的煉丹家和醫藥大師陶弘景(456 —536) 在他的《本草經集注》中就有這樣的記載「以火燒之,紫青煙起,雲是真硝石(硝酸鉀)也」。由於當時及以後的許多年裡,生產力水平不高,這種方法一直沒有得到廣泛的應用及發展。到18 世紀以後歐洲的近代化學時期,由於冶金、機械工業的巨大發展,要求提供數量更大,品種更多的礦石;同時,也為了降低生產成本,合理使用原材料及提高產品質量,因而對分析化學提出了新的要求。德國人馬格拉夫(1709~1782) 是這一時期的著名的定性分析化學家。他的一項重要的研究成果是觀察到了植物鹼(草木灰,即碳酸鉀) 與礦物鹼(蘇打,即碳酸鈉) 的區別。1762 年他系統地對比了這2 種鹼轉化生成的各種鉀鹽與鈉鹽的晶形、潮解性和溶解度,並發現鈉鹽和鉀鹽可以分別使火焰着上各自特徵的焰色。從此以後利用焰色反應鑑別鉀、鈉鹽就成為常用手段了。後來有不少人也注意到,有很多的鹽類、氧化物在火焰中也能呈現不同的顏色,例如格梅林在1818 年發現鋰鹽呈深紅色、銅鹽呈藍綠色,但卻不明白其中的道理。而鋰鹽和鍶鹽都使火焰呈紅色,這又影響了焰色反應檢驗物質的可靠性。

評價

9 世紀中葉,德國著名化學家本生( 1811 ~1899) 設計製造了本生燈,它使煤氣燃燒時產生幾乎無色的火焰,溫度高達一千多度。本生利用這種燈研究各種鹽類在火焰中呈現不同焰色的現象,試圖根據火焰中的彩色信號來檢測各種元素。他同時點燃3 盞煤氣燈,並分別往每個燈焰中滴加食鹽溶液。其中一滴是飽和食鹽溶液,另一滴混有鋰鹽,第三滴混有鉀鹽。結果3 個火焰全呈黃色,看不出任何差別。顯然是鈉焰的黃色把其他的顏色掩蓋了。本生又通過藍色玻璃或靛藍溶液作濾色鏡觀察火焰,發現黃色得以濾去,滴加飽和食鹽溶液的火焰變成無色,混有鋰鹽的食鹽溶液火焰顯深紅色,混有鉀鹽的火焰呈淺紫色。後來他收集很多不同顏色的玻璃並配製許多不同顏色的溶液作為濾色材料試圖提高焰色反應的選擇性,來區別鋰鹽與鍶鹽在火中呈現的深紅色,但沒有成功。顯然憑肉眼觀察焰色來鑑別元素受到了很大的限制。我們用焰色反應也只能有限地鑑別鉀、鈉等少數幾種金屬,用藍色的鈷玻璃來觀察鉀的焰色也來源於本生的試驗。 本生除了利用煤氣火焰外,還利用煤炭火焰、氫氧焰、氫焰等。經過對焰色反應的詳細研究後,他還發現一種元素即使處於不同的化合物中,即使在火焰中發生了化學變化,即使火焰的溫度不同,即使所使用的火焰類型不同,但這些因素對某一元素的特徵焰色都沒有影響。後來,本生在好友物理學家基爾霍夫的建議下,通過觀察光譜實現了對元素的定性檢驗,開創了分析化學的一個重要分支:光譜分析。 [1]

參考文獻