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中学の自由研究で炎色反応!実験方法・色が出る仕組み

   

さくっと済ませたいなら、自由研究の中でも炎色反応は早いですね。
なぜなら、反応が一瞬で終わるからw
*ちなみに、金属などを炎であぶると色が赤・紫・緑など様々な色が出る反応を炎色反応といいます。

自宅でも簡単に実験できます。
炎色反応の実験キットなどもあるようですが、まぁ自宅にあるものでサクッと終わらせる方法を中心にお伝えします。

なお、中学生を想定して書いていますが、小学校高学年ならこれくらいのものでも難しすぎることはないと思います。

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中学の自由研究で炎色反応は?

まず、自由研究の構成は、
・動機
・予想&仮説
・実験方法の記述
・実験結果
・仮説通りだったか?を考察
・(場所が余ってたら)メカニズムの解説
・結論
という感じでまとめればOKです。

ということで、まず「動機」「仮説」を書きましょう。
「動機」は花火を見て色が違うのはなぜか気になったからとかその手の適当な理由を書きます。
「仮説」は炎色反応の語呂合わせの通りに書けばOKです。

Li:赤 Na:黄 K:赤紫 Cu:青緑 Ca:橙 Sr:深赤 Ba:黄緑
リアカー無きk村動力借るとするもくれない馬力

というおそらく戦前から使われてそうな語呂合わせで管理人は覚えましたw
今時リアカーもK村もなさそうですがそれはおいておいて。

で、日常生活でどれだったら炎色反応が出るのを手に入れられそうか?という話ですね。
次の項で実験方法で詳しく書きますねー。

炎色反応の実験方法@自宅

さくっと以下のものくらいは手に入れましょう。
・食塩(塩化ナトリウム、NaCl
→ナトリウム(Na) → 黄色

・ホウ酸(B(OH)3)
→ ホウ素(B) → 緑

・ミョウバン(AlK(SO4)2·12H2O)
→ カリウム(K) → 赤紫

・銅線(Cu) → 青緑

・カルシウムのサプリ(カルシウムと何か)
→ カルシウム(Ca) → 橙 

・消毒用のエチルアルコール
・アルミケース(お弁当に入れるアルミの容器)
・アルミケースを載せるための耐熱皿など

・溶かすための棒(割りばしやストロー):薬品の数と同じだけ

あとの金属化合物はちょっと手に入れるのが難しいかと思います…。
まぁ一応リチウムなら、古いリチウムイオン電池(携帯などの充電池)をバラしてリチウムをゲットする方法もありますが、
バラすな危険と書いてありますし、自己責任でお願いします。

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【やり方】
1.アルミケースに各々0.2gずつくらい試料を入れる
目分量でOK
このときに皿の上に載せます(この後火をつけるため)

2.試料を入れたアルミケースに、エチルアルコールを10ml入れる
エチルアルコールは気化しやすいので、火を入れる直前に注ぐようにします

3.試料を棒を使って溶かす
試料の混合を防ぐために、毎回棒を変えましょう

4.2にライターなどで火をつける
瞬時に燃えるので、その瞬間にパシャッと写真を撮れるようにスタンバイ

*銅線は溶けないし細かくもできないので、直接ガスコンロなどにかざしてあぶってください。

基本的に全部薬局で手に入ります。
ただ、正直ミョウバンはAlK(SO4)2·12H2Oという組成なので、カリウム以外の部分が多くあまり綺麗に出ないかも…。
同じくカルシウムサプリもあまり綺麗にでないかも。
サプリは砕いて溶けるようにしましょう。

銅は、小学校のときなんかに実験で使った銅線が余ってたら、そこから銅をゲット。
銅線は純度が高いはずなので、いい色が出ると思います。

もしなかったらあまりおすすめはしませんが10円玉でもそれなりの色は出ますかね。
ただ、通貨にはあまり手を加えない方がいいのと、10円玉は他の鉱物も多少入っていると思いますので、あまりきれいな色が出ないと思います。

炎色反応で色が出る仕組み

ざっくり言うと、熱でエネルギーを与えると、原子化して電子が一つ外側の電子軌道に移動します。
その電子がエネルギーを光として放出すると、また元の電子軌道に戻ります。

その時の光が、各々の元素によって異なります。
そして、比較的低温で熱励起(電子の移動が起きること)され、発光波長が可視領域にある元素が、
微粉末や塩化物のような原子化されやすい状態になっているときにのみ、炎色反応が観察されます。

ちなみに、アルミニウムは炎色反応が出ないので、アルミカップを使うことになっています。

まとめ

これで、実験の結果が仮説通りになったかどうかをまとめて、メカニズムを書いたら自由研究終了です。
1日でさっくり終わらせられるので、おすすめ。

頑張ってください。

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