化學示範實驗：自製焰色試驗棒演示焰色試驗（Homemade Flame Test Stick for Flame Test）〔II〕

Posted on 2011/08/24 in 化學, 化學教育, 化學與社會 with 沒有迴響 11,134 views

化學示範實驗：自製焰色試驗棒演示焰色試驗（Homemade Flame Test Stick for Flame Test）〔II〕
國立玉里高級中學化學科黃有道老師 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

請按此連結，參閱「自製焰色試驗棒演示焰色試驗［I］」

原理和概念

● 本生燈或瓦斯噴燈的火焰為淡藍色，光度極低，此火焰稱為無光焰。

● 光是一種電磁波，一般人的眼睛可以感受的電磁波波長在400（紫色）到700（紅色）奈米（nm）之間，如圖十一所示。

圖十一可見光只佔電磁波譜的一小部分。圖片來源：http://www.electricalfun.com/visible_spectrum.htm

● 當一個元素被激發（加熱）時，其電子會躍遷至能量較高的軌域上。當它返回低能量的軌域時，高低軌域的能量差會以電磁波的形式輻射出來，出現在某些特定的波長上，稱為發射光譜。每種元素都有其個別的光譜，這些譜線就好比人類的指紋一般，科學家可據以鑑定元素，如圖十二所示。

圖十二銅（CuCl2）（上）、鈉（中上）、鋰（中下）和鈣（下）的發射光譜。圖片來源：http://webmineral.com/help/FlameTest.shtml

● 非金屬元素也有其特定之原子吸收光譜，但因其原子能階差較大，發射光譜可能不在可見光區，而且需要很高的溫度才能提昇其到激發態。因此，一般燄色試驗是針對金屬進行檢測。

● 一些常見的金屬與其相對應的火焰顏色，如表一所示：

表一一些常見的金屬與其相對應的火焰顏色

資料來源：http://en.wikipedia.org/wiki/Flame_test

● 工業用途上的焰色試驗：在部分工業上會使用焰色試驗，這是因為聚合物、金屬類會發出許多獨特的燃燒方式，所以在鑑定聚合物及金屬化合物上是特別有用的。

● 焰色試驗的限制：大部分離子在低濃度時無法做此試驗。從一個樣品到另一個樣品亮度會產生變化。例如：鈉所釋放出來的黃色光比鋰所釋放出的紅色光還要亮。由於雜質或汙染物會影響試驗結果，尤其是大部分的化合物中都有鈉的存在而產生鈉的焰色，因此有時會使用一種藍色玻璃來過濾鈉的黃色焰色。由於若干金屬會產生相同的焰色，此試驗無法完全區分所有元素，且有些化合物在燃燒時並不會改變其顏色。

教學提示

● 教師準備藥品與器材：30分鐘。課堂時間：5-10分鐘。本實驗教師可在教室或實驗室示範，也可以讓學生在實驗室操作。若由學生實驗操作，則操作時間為15-20分鐘。

● 本示範實驗可以融入原子發射光譜、電磁波和金屬元素的性質於課堂教學中。

● 使用自製焰色試驗棒時，用溼潤的鎳鉻絲可以容易沾取金屬鹽類，方便進行焰色試驗。

● 示範時，瓦斯噴燈的噴火方向務必側對學生，不可面對學生，以策安全。噴霧方向與噴火方向應盡可能同向，而且盡量勿讓水霧落在噴燈金屬管上。

● 為加強焰色試驗的效果，可在金屬鹽類水溶液中加入一些酒精或甲醇，但不宜加入太多以免影響焰色。

● 可使用酒精燈代替本生燈，但其溫度較低效果較差。環境光害愈少（愈昏暗），焰色觀察愈容易。可使用參考資料第3.項「簡易直視型分光器」，讓學生觀察焰色。

問題

1. 日常生活中，哪些地方或場所可見到彩色的火焰？這些彩色的火焰是如何產生的？

2. 使用鎳鉻絲與噴霧示範焰色試驗各有甚麼優缺點？

3. 在化學分析上，為何常用焰色試驗來鑑定鹼金屬元素？

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