みなさんこんにちは、まっつんです。
夏の風物詩といえば何を思い浮かべるでしょうか？かき氷や花火、セミの声、風鈴、海水浴、館林市の最高気温など色々あると思います。本日は花火に関連して炎色反応について解説していきます。
先に結論だけ記載しておきますね。
ちょっと専門的に言うと、
花火と炎色反応
あなたは夜空に打ち上げられる花火をみて何を思いますか？私はきれいだなあと思って終わります。
そんな花火ですが、打ち上げられるものによって色鮮やかに変わりますよね。当然、インクや染料が使われているわけではありません。高校化学で習う、あの炎色反応を利用しているのです。
炎色反応、覚えていますか？「リアかーなきK村動力、するも紅馬黄緑」なんて覚えたんじゃないでしょうか。鉄板ですね。
リアカー⇒Li(リチウム)は赤
なき⇒Na(ナトリウム)は黄
K村⇒K(カリウム)は紫
動力⇒Cu(銅)は緑
するも紅⇒Sr(ストロンチウム)は紅色
馬黄緑⇒Ba(バリウム)は黄緑
他にも炎色反応を示す金属はありますが、高校化学ではこのくらいでしょう。
炎色反応はこれら金属を燃やすことでその金属の種類に応じた色を発する、というものでした。つまり花火は火薬にリチウムやナトリウムといった金属を含ませることで、夜空を鮮やかに照らしているのです。
それでは一体なぜ赤色や黄色などの色を発するのでしょうか？？
光はエネルギー
空が青いのはなぜ？や雲が白いのはなぜ？でも説明しているように、光は電磁波の一種であり波の性質を持っています。そして可視光線という波長領域にある波を光（色）として人間は認識しています。
さてこの光は波長に応じてエネルギーを持っています。高校物理で習うような位置エネルギーとか運動エネルギーなどのエネルギーです。
イメージがつかないかもしれませんが、光はエネルギーを持っており波長が短いほどエネルギーは大きくなります。つまり青色や紫色は赤色や黄色よりもエネルギーが大きくなります。紫外線やX線が身体に悪いのもこのエネルギーの大きさに由来します。
さて光はエネルギーを持っていると説明しましたが、逆に考えると、適切なエネルギーを発することが出来れば色づいて光ることが出来るということです。
炎色反応は漢字からも分かる通り、モノが燃焼しています。燃焼が起きると熱エネルギーが生じます。すると原子が持つ電子(e-)がその熱エネルギーを吸収し、通常よりも多く（過剰に）エネルギーを持つ状態になります。この状態を励起状態といいます。
しかしモノは常にエネルギーが低くなる状態を好みます。例えばモノを高いところから落とせば落下します。これは位置エネルギーを小さくしたいためです。同時に運動エネルギーが大きくなりますが、いずれは止まります。
このように自然界では出来るだけ持っているエネルギーを小さくしたいという性質が働きます。
上記のように熱エネルギーをもらって通常より大きなエネルギーを持ってしまった電子は、もとのエネルギーが小さい状態に戻ろうとします。
この元の状態に戻るときに過剰に持っていたエネルギーを外に放出します。この放出したエネルギーがちょうど可視光線のエネルギーと一致しているものが、いわゆる炎色反応です。
モノが燃焼するときに電子が過剰にエネルギーを持ち、その後過剰分のエネルギーを放出することはどの原子でも起きる現象です。そしてちょうど運よく可視光線のエネルギーと一致すれば、黄色や赤色に発色するというわけです。ちなみにこの安定なエネルギー状態のことを基底状態といいます。
まとめ
どうでしたか。炎色反応の仕組み、原理についてご理解いただけましたでしょうか。
炎色反応はとても小さな世界、電子の世界でのエネルギーのやりとりにより起こる現象でした。
当ブログでは光や色に関連して以下のような記事も書いています。いろんな知識を吸収しましょう。
以上、 炎色反応の原理でした。
