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藍綠對決~銅離子的焰色是藍還是綠? 無次要群組 列印 推薦
作者或來源 zfang 2013-04-22 21:12:28
關鍵字 1焰色 2銅離子
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文章歡迎轉載,請尊重版權註明連結來源。
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這篇文章的產生來自於回應王大胖在仙女棒教學篇~仙女棒的觀察與聯想的提問:『您提到銅化合物燃燒時的顏色是藍色,但是根據自己演示過的一些焰色反應實驗,硫酸銅酒精溶液在燃燒時的火焰是呈現綠色?』

我當時的回覆:『我以銅離子做焰色實驗,的確只能得到綠色火焰(藍色~在早期煙火製作中是一個高難度技巧),有次我們玩銅幣,在火焰中長期加熱,則也會出現綠色火焰~先以補充方式附加說明,至於銅的吸收光譜是否有藍色波長??我要再去詳查一下(說不定~又找出有意思的故事呢)......』金屬化合物含有金屬離子,受火焰加熱會發出特有顏色,這種實驗叫做焰色測試。不同種類的金屬化合物在燃燒時,會發放出不同顏色的光芒。煙火也是利用金屬的這種特性製成的,另外還加了鎂而產生炫目的白光。

真相只有一個,於是趕緊查詢手邊資料,在余岳川教授的生活與化學2一書,在第二章生活與光化學裡提及:『……藍液綠焰示範實驗,將硫酸銅的甲醇飽和溶液(藍色的,因為銅離子),裝在噴霧器中,關燈,噴向幾乎無色的丁烷火焰,火焰會發出漂亮的綠光。銅離子在火焰中得到電子先還原為銅原子,再被火焰能量激發到電子激發態,由激態到基態,將多餘的能量以光子放出,而它正好是綠光……』(如果要做此實驗,用乙醇便好,50%的酒精就可以燃燒了。)

所以說,銅的焰色是綠色!(註~余教授特來信回應,請參考回應『藍綠之爭』~銅的明線光譜補充 )

*******

那~為什麼我會有藍色的記憶?到舊版查了去年寫的變色打火機(為了方便連結,重貼在新版),那時我寫:『銅,藍綠色』銅的焰色究竟是綠還是藍?再翻出大學普化課本(十多年前的書),在介紹煙火的小文章中,是這麼寫的:(只保留藍綠,其他顏色省略)

綠:Ba(NO3)2、Ba(ClO4)2,以及某些Cu(II)鹽類
藍:CuCO3、CuSO4、CuO,與Cu(I)Cl

嘿!激起我的好奇心,同樣是銅(II),何以會有不同焰色?

以『焰色反應』為關鍵字查詢維基百科:『焰色反應是化學上用來測試某種金屬是否存在在化合物的方法,其原理是每種元素都有其個別的光譜。由於鈉很常見,其金黃色焰容易蓋過其他金屬的焰色,所以有時會經鈷藍玻璃觀察其他金屬的焰色。常見的金屬及其對應的焰色:砷As3-(藍)、硼B3+(青綠)、鋇Ba2+(黃綠)、鈣Ca2+ (磚紅)……
其中,銅的部分:
銅(沒鹵素)Cu(I) Cu+,淺藍;
銅(II) (沒鹵素) Cu(II) Cu2+,祖母綠;
銅(II) (有鹵素)Cu(II)      Cu2+,藍綠。』

原來,銅的焰色與離子價數以及是否有鹵素有關。用藍綠色是最適合的,CuSO4為不含鹵素的銅(II),根據這個說法是綠色。(但是不解,我的普化課本為何是說藍??也許新版的有做更正,看看有沒有人能再提供更多資料。)現在服務的學校,實驗室藥品取得不易(被管制),想做做看,有沒有可能再搭配阿簡教的自製分光器自製直視型分光器觀察光合色素的吸收光譜,看看它的光譜顏色究竟為何!

*******

另外,在yahoo知識中還發現有趣問題:『為什麼有時家中瓦斯的火焰,一開始出現一點點綠色的火,之後才變藍色?』 那正是因為銅的關係,許多鍋具中,多多少少有一些銅合金的成分,燃燒時表面微量銅被高溫的火焰激發,接著放出綠色火焰。

你知道,什麼是『爐火純青?』我也看到一個有趣的介紹,提到青銅器與銅礦的精練過程:實驗證明,青銅中錫的成分占17%-20%的最為堅韌。所以得透過精煉。加溫到一定程度時,金錫配料中的雜質首先氣化,發出黑色的渾濁氣體。黑氣揮發的過程完結了,錫首先熔化,發出黃白色的氣體。黃白色的氣體冒完了,銅開始熔化,銅的青銅色混進白色,所以出現青白的焰色。溫度繼續上升,銅全部熔化,銅量大於錫量,青白色隨著變為青色。到青色純淨時,表示火候已熟(所謂“爐火純青”),可以澆鑄了。(引用自青銅器的生產工序

從文章敘述中就可以知道,銅的焰色是青色!!

不過哩~至於什麼是青色?青草是綠,青天是藍,究竟是藍是綠??只怕又要讓大家糊塗了!

 

2008/07/24 附註:

上回在藍綠之爭討論到銅的焰色(藍綠對決~銅離子的焰色是藍還是綠?),因為有提到余岳川教授的書,為求慎重,他特別來信針對銅的焰色補充與說明。這已經是余教授第三次給予指教了(神奇測電條 、飛天法寶~水晶黏土 ),他的書是我手邊重要的參考資料之一,而透過他詳細補充說明,才知原來銅的焰色與價數、配位基有關呢!即便是學化學的我,也才恍然大悟~又學了一課。

余教授來信原文如下,原信有附加圖片,但因版權問題,我不能在網路上附加圖片,請參考連結:
(1). http://members.misty.com/don/spectra.html
(2). http://webmineral.com/help/FlameTest.shtml
(3). http://ioannis.virtualcomposer2000.com/spectroscope/elements.html#elements

1. 以顏色來描述光或顏色是很粗略的方法,比較準確的要以光譜為準。我有在網路找到銅的放射(明線)光譜,如附件(略),由光譜看來,是藍(400 nm左右)綠(500 nm左右)都有。這個光譜沒有assign每根光譜的躍遷,所以我不知藍、綠光是否來自同一個激發態。如果來自不同激發態,有可能有時藍光強會蓋掉綠光,反之亦然。
2. 不同價數銅離子能階不同,光譜當然不同。另外不同陰離子對銅可能有配位基(ligand)效應,會改變銅的能階,使光譜位移。
3. 因人眼對藍光較綠光不敏感,因此正常人看到綠光機會較大。另外一個變因是產生焰色的環境不同,如有些火焰本身是藍色,會影響觀察。如有分光儀可先掃描火焰便可去除背景干擾。
4. 銅在鹵素存在時會反應生成Cu + Cl --> CuCl的激發態再放光,那是藍光。(見生活與化學1,p.32)
5. 青色(cyan)就是藍加綠。見生活與化學2,p.128.
6. 藍液綠焰示範實驗我是跟蕭次融教授學的。改用乙醇當然更安全但可能有溶解度問題,我沒有試過。


以上資料請參考。


余岳川博士
中山大學化學系退休教授
 


分類:科學五四三 2008/06/28 10:21

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