炎色反応と沈殿反応による成分元素の検出
カワウソ先生色が出たら炎色反応、固体ができたら沈殿反応。どちらも「元素を確かめる」ための実験だよ。
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- 物質を炎の中に入れたとき、含まれる元素によって特有の色が出ることを炎色反応という。Naは黄、Kは赤紫、Cuは青緑など元素ごとに色が決まっている。
- 水溶液(新しいタブで開きます)に試薬を加え、水に溶けにくい化合物(新しいタブで開きます)(沈殿(新しいタブで開きます))ができるかどうかで元素の存在を確かめる方法を沈殿反応という。塩化物イオン(新しいタブで開きます)は硝酸銀水溶液で白色沈殿ができる。
- 炎色反応は陽イオンになる金属元素、沈殿反応は陰イオンや金属イオンの組み合わせを確かめるのに使われる。
詳しく
元素の確かめ方
物質を炎の中に入れて加熱すると、含まれる元素によって特有の色の光が出ることがある。これを炎色反応という。元素ごとに色が決まっており、Liは赤、Naは黄、Kは赤紫、Caは橙赤、Srは紅(深赤)、Baは黄緑、Cuは青緑の光を出す。
もう一つの確かめ方は沈殿反応だ。水溶液に別の試薬を加えたとき、水に溶けにくい化合物(沈殿)ができれば、もとの水溶液に特定のイオンが含まれていたことがわかる。例えば、塩化物イオンCl⁻を含む水溶液に硝酸銀水溶液を加えると、白色の塩化銀AgClの沈殿ができる。
炎色反応は主に金属元素(陽イオンになる元素)を、沈殿反応は水溶液中のイオンを確かめるのに向いている。花火のさまざまな色も、この炎色反応を利用したものだ。
例:食塩水の炎色反応と塩化物イオンの検出
食塩水をしみこませた白金線をガスバーナーの炎に入れると、ナトリウムによる黄色の光が見える。カリウムを含む水溶液なら、同じように炎に入れたときの色は赤紫色だ。
塩化物イオンを確かめる実験では、塩化物イオンを含む水溶液に硝酸銀水溶液を加えると、白く濁った沈殿(塩化銀AgCl)がすぐにできる。海水や食塩水に硝酸銀水溶液を加えても同じ白色沈殿が生じ、塩化物イオンが含まれていることがわかる。
炎色反応の実験では、白金線を塩酸で洗い、炎に入れても色が出なくなるまで焼いてから使う。前の試料が残っていると、その元素の色が混じってしまうからだ。
なぜ色や沈殿で元素がわかるのか
炎色反応で特有の色が出るのは、熱を受けた元素の電子が、元素ごとに決まったエネルギーの光を放出するためである。放出される光の波長(新しいタブで開きます)(色)が元素によって異なるため、色を見れば含まれる元素を推測できる。
沈殿反応で沈殿ができるのは、イオンの組み合わせによっては、水に溶けにくい化合物ができるからだ。塩化物イオンと銀イオンの組み合わせはその代表例で、沈殿ができたことから、もとの水溶液に塩化物イオンが含まれていたと確かめられる。
どちらの方法も、見えない元素やイオンの存在を、色や沈殿という目に見える変化に変えて確かめる探究の方法である。
確認問題
確認問題(解答用紙)
スマホやタブレットで読み取ると、この問題をその場で解けます。
https://manazoo.com/science/flame-test-and-precipitation/?from=print#quiz
ナトリウムNaの炎色反応の色は何色か。
- ◯ 黄緑
- ◯ 赤
- ◯ 黄
- ◯ 青緑
正解:黄
ナトリウムの炎色反応は黄色。食塩水をしみこませた白金線を炎に入れると確かめられる。カリウムKの炎色反応の色は何色か。
- ◯ 赤紫
- ◯ 黄
- ◯ 青緑
- ◯ 橙赤
正解:赤紫
カリウムの炎色反応は赤紫色。ナトリウムの黄色と見分けがつきやすい。カルシウムCaとストロンチウムSrの炎色反応の色の組み合わせとして正しいのはどれか。
- ◯ Caが黄緑、Srが青緑
- ◯ Caが橙赤、Srが紅(深赤)
- ◯ Caが赤紫、Srが橙赤
- ◯ Caが赤、Srが黄
正解:Caが橙赤、Srが紅(深赤)
カルシウムは橙赤、ストロンチウムは紅(深赤)の炎色反応を示す。色が似ているため、花火では見分けに注意が必要。ある水溶液に硝酸銀水溶液を加えると白色の沈殿ができた。この水溶液に含まれていたと考えられるイオンは何か。
- ◯ 塩化物イオン
- ◯ カリウムイオン
- ◯ 硫酸イオン
- ◯ ナトリウムイオン
正解:塩化物イオン
硝酸銀水溶液(新しいタブで開きます)を加えて白色沈殿(新しいタブで開きます)(塩化銀AgCl)ができたのは、水溶液に塩化物イオン(新しいタブで開きます)が含まれていたためである。
単元のポイント
- Li(リチウム) 赤
- Na(ナトリウム) 黄
- K(カリウム) 赤紫
- Ca(カルシウム) 橙赤
- Sr(ストロンチウム) 紅(深赤)
- Ba(バリウム) 黄緑
- Cu(銅) 青緑
- 塩化物イオンの沈殿反応 硝酸銀水溶液を加えると塩化銀の白色沈殿ができる