焰色反应
焰色反应
焰色反应，也称作焰色测试及焰色试验，是某些金属或它们的化合物在无色火焰中灼烧时使火焰呈现特征的颜色的反应。在化学上，常用来测试某种金属是否存在在于化合物。同时利用焰色反应，人们在在烟花中有意识地加入特定金属元素，使焰火更加绚丽多彩。
简介
焰色反应是某些金属或它们的挥发性化合物在无色火焰中灼烧时使火焰呈现特征的颜色的反应.有些金属或它们的化合物在灼烧时能使火焰呈特殊颜色。这是因为这些金属元素的原子在接受火焰提供的能量时，其外层电子将会被激发到能量较高的激发态。处于激发态的外层电子不稳定，又要跃迁到能量较低的基态。不同元素原子的外层电子具有着不同能量的基态和激发态。在这个过程中就会产生不同的波长的电磁波，如果这种电磁波的波长是在可见光波长范围内，就会在火焰中观察到这种元素的特征颜色。利用元素的这一性质就可以检验一些金属或金属化合物的存在。这就是物质检验中的焰色反应。
进行焰色反应应使用铂丝。把嵌在玻璃棒上的铂丝在稀盐酸里蘸洗后，（用盐酸是因为它在灼烧时易汽化，若用硫酸，由于其熔点，沸点较高而难以挥发，会对实验产生干扰）放在酒精灯的火焰(最好是煤气灯，因为它的火焰颜色浅、温度高)里灼烧，直到跟原来的火焰的颜色一样时，再用铂丝蘸被检验溶液，然后放在火焰上，这时就可以看到被检验溶液里所含元素的特征焰色。例如，蘸取碳酸钠溶液灼烧时，看到的火焰呈黄色。蘸取碳酸钾溶液，放到灯焰上灼烧，隔着蓝色钴玻璃观察，火焰呈浅紫色。实验完毕，要用稀盐酸洗净铂丝，在火焰上灼烧到没有什么颜色后，才能再去蘸另一种溶液进行焰色反应。
在材料有限的情况下可以用纯净的铁丝代替铂丝，因为铁丝的焰色反应为无色。
原因
当碱金属及其盐在火焰上灼烧时，原子中的电子吸收了能量，从能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道，但处于能量较高轨道上的电子是不稳定的，很快跃迁回能量较低的轨道，这时就将多余的能量以光的形式放出。而放出的光的波长在可见光范围内（波长为400nm～760nm），因而能使火焰呈现颜色。但由于碱金属的原子结构不同，电子跃迁时能量的变化就不相同，就发出不同波长的光，从焰色反应的实验里所看到的特殊焰色就是光谱谱线的颜色.每种元素的光谱都有一些特征谱线,发出特征的颜色而使火焰着色，根据焰色可以判断某种元素的存在.如焰色洋红色含有锶元素，焰色玉绿色含有铜元素，焰色黄色含有钠元素等。
实验
实验用品
铂丝(或铁丝）、酒精灯(或煤气灯)、稀盐酸、蓝色钴玻璃(检验钾时用)。
操作过程
①将铂丝蘸稀盐酸在无色火焰上灼烧至无色;②蘸取试样（固体也可以直接蘸取）在无色火焰上灼烧观察火焰颜色(若检验钾要透过蓝色钴玻璃观察，因为大多数情况下制钾时需要用到钠，因此钾离子溶液中常含有钠离子，而钠的焰色反应为黄色，黄色与少量的紫色无法分别出来).③将铂丝再蘸稀盐酸灼烧至无色，就可以继续做新的实验了。
若在焰色反应时，看到的火焰为黄色，那是玻璃中的钠燃烧的颜色掩盖了金属燃烧的颜色
历史
焰色反应是一种非常古老的定性分析法，早在中国南北朝时期，著名的炼丹家和医药大师陶弘景(456 —563) 在他的《本草经集注》中就有这样的记载“以火烧之，紫青烟起，云是真硝石(硝酸钾)也”。由于当时及以后的许多年里，生产力水平不高，这种方法一直没有得到广泛的应用及发展。
到18 世纪以后欧洲的近代化学时期，由于冶金、机械工业的巨大发展，要求提供数量更大，品种更多的矿石；同时，也为了降低生产成本，合理使用原材料及提高产品质量，因而对分析化学提出了新的要求。德国人马格拉夫(1709～1782) 是这一时期的著名的定性分析化学家。他的一项重要的研究成果是观察到了植物碱(草木灰，即碳酸钾) 与矿物碱(苏打，即碳酸钠) 的区别。1762 年他系统地对比了这2 种碱转化生成的各种钾盐与钠盐的晶形、潮解性和溶解度，并发现钠盐和钾盐可以分别使火焰着上各自特征的焰色。从此以后利用焰色反应鉴别钾、钠盐就成为常用手段了。后来有不少人也注意到，有很多的盐类、氧化物在火焰中也能呈现不同的颜色，例如格梅林在1818 年发现锂盐呈红色、铜盐呈绿色??但却不明白其中的道理。而锂盐和锶盐都使火焰呈红色，这又影响了焰色反应检验物质的可靠性。
19 世纪中叶，德国著名化学家本生( 1811 ～1899) 设计制造了本生灯，它使煤气燃烧时产生几乎无色的火焰，温度高达两千多度。本生利用这种灯研究各种盐类在火焰中呈现不同焰色的现象，试图根据火焰中的彩色信号来检测各种元素。他同时点燃3 盏煤气灯，并分别往每个灯焰中滴加食盐溶液。
其中一滴是纯食盐溶液，另一滴混有锂盐，第三滴混有钾盐。结果3 个火焰全呈黄色，看不出任何差别。显然是钠焰的黄色把其他的颜色掩盖了。本生又通过蓝色玻璃或靛蓝溶液作滤色镜观察火焰，发现黄色得以滤去，滴加纯食盐溶液的火焰变成无色，混有锂盐的食盐溶液火焰显深红色，混有钾盐的火焰呈紫色。后来他收集很多不同颜色的玻璃并配制许多不同颜色的溶液作为滤色材料试图提高焰色反应的选择性，来区别锂盐与锶盐在火中呈现的深红色，但没有成功。显然凭肉眼观察焰色来鉴别元素受到了很大的限制。直到现在，我们用焰色反应也只能有限地鉴别钾、钠等少数几种金属，用蓝色的钴玻璃来观察钾的焰色也来源于本生的试验。
本生除了利用煤气火焰外，还利用煤炭火焰、氢氧焰、氢焰等。经过对焰色反应的详细研究后，他还发现一种元素即使处于不同的化合物中，即使在火焰中发生了化学变化，即使火焰的温度不同，即使所使用的火焰类型不同，但这些因素对某一元素的特征焰色都没有影响。
后来，本生在好友物理学家基尔霍夫的建议下，通过观察光谱实现了对元素的定性检验，开创了分析化学的一个重要分支：光谱分析。
常见的焰色反应
元素符号 元素名称 焰色
As 砷 蓝
B 硼 青绿
Ba 钡 黄绿
Ca 钙 砖红
Cs 铯 浅紫
Cu(I) 铜(没卤素) 浅蓝
Cu(II) 铜(II) (没卤素) 祖母绿
Cu(II) 铜(II) (有卤素) 蓝绿
Fe(III) 铁(III) 金黄
In 铟 蓝
K 钾 浅紫
Li 锂 紫红
Mn(II) 锰 黄绿
Mo 钼 黄绿
Na 钠 金黄
P 磷 青绿
Pb 铅 绿
Rb 铷 浅紫
Sb 锑 浅绿
Se 硒 天蓝
Sr 锶 洋红
Te 碲 浅绿
Tl 铊 绿
Zn 锌 蓝绿
检验离子
钠离子
钠的焰色反应本应不难做，但实际做起来最麻烦。因为钠的焰色为黄色，而酒精灯的火焰因灯头灯芯不干净、酒精不纯而使火焰大多呈黄色。即使是近乎无色（浅淡蓝色）的火焰，一根新的铁丝（或镍丝、铂丝）放在外焰上灼烧，开始时火焰也是黄色的，很难说明焰色是钠离子的还是原来酒精灯的焰色。要明显看到钠的黄色火焰，可用如下方法。⑴方法一（镊子－棉花－酒精法）：用镊子取一小团棉花（脱脂棉，下同）吸少许酒精（95%乙醇，下同），把棉花上的酒精挤干，用该棉花沾一些氯化钠或无水碳酸钠粉末（研细），点燃。
⑵方法二（铁丝法）：①取一条细铁丝，一端用砂纸擦净，再在酒精灯外焰上灼烧至无黄色火焰，②用该端铁丝沾一下水，再沾一些氯化钠或无水碳酸钠粉末，③点燃一盏新的酒精灯（灯头灯芯干净、酒精纯），④把沾有钠盐粉末的铁丝放在外焰尖上灼烧，这时外焰尖上有一个小的黄色火焰，那就是钠焰。以上做法教师演示实验较易做到，但学生实验因大多数酒精灯都不干净而很难看到焰尖，可改为以下做法：沾有钠盐的铁丝放在外焰中任一有蓝色火焰的部位灼烧，黄色火焰覆盖蓝色火焰，就可认为黄色火焰就是钠焰。
钾离子
⑴方法一（烧杯－酒精法）：
取一小药匙无水碳酸钾粉末（充分研细）放在一倒置的小烧杯上，滴加5～6滴酒精，点燃，可看到明显的浅紫色火焰，如果隔一钴玻璃片观察，则更明显看到紫色火焰。
⑵方法二（蒸发皿-酒精法）：
取一药匙无水碳酸钾粉末放在一个小发皿内，加入1毫升酒精，点燃，燃烧时用玻棒不断搅动，可看到紫色火焰，透过钴玻璃片观察效果更好，到酒精快烧完时现象更明显。
⑶方法三（铁丝-棉花-水法）：
取少许碳酸钾粉末放在一小蒸发皿内，加一两滴水调成糊状；再取一条小铁丝，一端擦净，弯一个小圈，圈内夹一小团棉花，棉花沾一点水，又把水挤干，把棉花沾满上述糊状碳酸钾，放在酒精灯外焰上灼烧，透过钴玻璃片可看到明显的紫色火焰。
⑷方法四（铁丝法）：
同钠的方法二中的学生实验方法。该法效果不如方法一、二、三，但接近课本的做法。
观察钾的焰色时，室内光线不要太强，否则浅紫色的钾焰不明显。
锂离子
⑴方法一（镊子-棉花-酒精法）：
用镊子取一团棉花，吸饱酒精，又把酒精挤干，把棉花沾满Li2CO3粉末，点燃。
⑵方法二（铁丝法）：跟钠的方法二相同。
钙离子
⑴方法一（镊子-棉花-酒精法）：
同钠的方法一。
⑵方法二（烧杯-酒精法）：
取一药匙研细的无水氯化钙粉末（要吸少量水，如果的确一点水也没有，则让其在空气吸一会儿潮）放在倒置的小烧杯上，滴加7～8滴酒精，点燃。⑶方法三（药匙法）：用不锈钢药匙盛少许无水氯化钙（同上）放在酒精灯外焰上灼烧。
锶离子
同碳酸锂的方法。
钡离子
⑴方法一（铁丝－棉花－水法）：
取少量研细的氯化钡粉末放在一小蒸发皿内，加入一两滴水调成糊状，取一根小铁丝，一端用砂纸擦净，弯一个小圈，圈内夹一小团棉花，棉花吸饱水后又挤干，把这团棉花沾满上述糊状氯化钡，放在酒精灯火焰下部的外焰上灼烤，可看到明显的黄绿色钡焰。
⑵方法二（棉花－水－烧杯法）：
跟方法一类似，把一小团棉花沾水后挤干，沾满糊状氯化钡，放在一倒置的烧杯上，滴加七八滴酒精，点燃。可与棉花+酒精燃烧比较。
铜离子
⑴方法一（铁丝－棉花－水法）：同钡离子的方法一相同。
⑵方法二（镊子－棉花－酒精法）：同钠离子方法。
⑶方法三（烧杯－酒精法）：同钾离子的方法一。
⑷方法四（药匙法）：同钙离子的方法三。
总结
焰色反应现象要明显，火焰焰色要象彗星尾巴才看得清楚，有的盐的焰色反应之所以盐要加少量水溶解，是为了灼烧时离子随着水分的蒸发而挥发成彗星尾巴状，现象明显；而有的离子灼烧时较易挥发成彗星尾巴状，就不用加水溶解了。
焰色干扰
改进装置和用具
挡风夹可以防止焰色干扰
对于常用型号的酒精灯，取一块14×7.5cm2大小的薄铁片，按2.5cm折两次，变成长和宽各为2.5cm，高为14cm的挡风夹。将其下端稍弯曲，用时夹在酒精灯上，如右图。 再取几根无锈铁丝分别固定在玻璃棒上，贴上标记。每根铁丝专用于蘸取一种样品。以此代替铂丝(由于条件限制，许多学校没有那么多的铂丝，分组实验时更是如此)。
简化操作程序
课堂演示实验时，将酒精灯上挡风夹空缺的一面朝向学生。用专用铁丝蘸取相应样品。可以不“先灼烧……每次用完后都要用稀盐酸洗净……”而直接置于外焰部位灼烧。演示钾的焰色反应时，可先用铁丝蘸取少量合成胶水，再“粘上”少量氯酸钾固体直接灼烧，把钴玻片置于挡风夹空缺部位进行观察，待铁丝稍冷后可重复进行实验。对于其它易受外界条件干扰，焰色展示不明显的也可采用此法。实验结束后，取下挡风夹，熄灭酒精灯。
改进后的优点
通过增设挡风夹既能避免实验时酒精灯火焰受风干扰，能有效地提升火焰的长度，又不会挡住学生视线，还可以形成背景底色，有利于对比观察；改用专用铁丝蘸取样品解决了缺少铂丝之苦，还能简化操作。而用合成胶水“粘”取固体样品灼烧，不但不会影响观察焰色，还能有效防止样品飞溅，延长焰色时间，简单实用。
其他
碱金属和其它一些金属及其相应离子所发生的焰色反应可用于分析物质的组成,进行有关物质的鉴别.如:钠或含有Na+的化合物焰色反应为黄色;钾或含K+的化合物焰色反应为浅紫色(透过钴玻璃).
镁、铝，还有铁、铂、镍等金属无焰色。
特别注意：焰色反应是物理变化，不是化学变化。
焰色反应在使用中只能用盐酸来洗铂丝（考虑盐酸的挥发）。