夏休み化学特別教室! | 東進ハイスクール土気校|千葉県

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2018年 8月 3日 夏休み化学特別教室!

本日のブログは竹島がお送りします!

 

ここ3日ほど体調を崩してを出していて家で寝込んでいました。

この時期の熱は嫌ですね。クーラーをつけるにも強くできないし暑いし。

本当に大変でした。この時期に体調崩して熱を出す人のほうが

少ないとは思いますが皆さんも体調管理にはくれぐれも気を付けてください!

 

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今日のブログのテーマは

「夏休み化学特別教室」

です!気になって見てもらえるようなそれらしい題名を付けました。

 

内容は夏の風物詩花火の原理です!

大学で習うようなレベルで話をするので興味がない人からしたら気持ち悪いと感じるかもしれません(笑)

まぁへぇ~そうなんだ~という程度でいいので見ていただけたらなと思います。笑

 

花火の原理は物質の炎色反応で起こっているというのはみなさんご存知ですかね?

Li  Na  K  Cu  Ba  Ca  Sr  (左から色は青緑黄緑)

よく高校の授業では“リアカーなきK村、動力に馬力を借るとするがくれない

というゴロで先生から教わるのではないでしょうか?

つまりは黄色の花火はナトリウムを爆発させて、赤色の花火はリチウムを爆発させて色を出しているということなんですね!

これだけじゃつまらないので炎色反応の原理まで理解することで花火の原理を理解しましょう!

花火では金属が入った玉に火をつけて上空に飛ばし爆発させて色を出します。爆発の際に燃えるのでそこでとても大きなエネルギーを受けます。ここでのエネルギーとは熱エネルギーです。(ガスバーナーやバーベキューの時に火に近づけると熱く感じるのは皮膚が熱エネルギーを受けているから)

ここでいったん金属原子の話をします。原子には原子番号と同じ数の陽子(プラス)電子(マイナス)があり電子は決まったレールの上を決まった数ぐるぐるしています。(専門的に言うとK殻、L殻、M殻…など。高校化学でやります)その中でも一番外をぐるぐるしている電子(最外殻電子)などによって大きなエネルギーを得るともう1個外のレールに飛ぶことができます!(LiであればK殻にある最外殻電子がL殻に飛んでいく[励起する])しかし、外のレールに電子がいるのは非常に不安定ですぐに元のレールに戻りたがります。適切なたとえであるかわかりませんが陸上のトラックでアウトコースのほうが走る距離が長くインコースのほうが走る距離が短いのでリレーのスタートの時とかみなさんインコースに行きたがりますよね?そのようなイメージです。

内のレールから外のレールに行ったときは炎などによってエネルギーをもらったので逆に外のレールから内のレールに行くときはエネルギーを放出します。

その放出するエネルギーが不思議なことに各原子によって必ず決まりきった値なんですね!!(不思議なことではなくその原理もわかっているのですが今回は省略します)だから原子によって違う色の炎色反応がみられるのです!

ここで一つの疑問が。エネルギーと色の関係ってなに?はいそうですね。これについて話していきます。まず、私たちが見ている色って全部波なんですね。これは納得してください。笑それぞれの色によって波長が決まっています。赤なら約650nm(ナノメートル)、黄色なら約580nmです。そしてその波長とエネルギーの関係式があります。ある決まった数をkとすると(波長)=k÷(エネルギー)で表されます。(k=hc  hはプランク定数,cは光速 高校物理の原子の分野で習う公式です)

つまり、エネルギーが原子によって決まりきった値ならばkは定数なので波長も必ず決まりきった値となり原子によって決まった色の炎色反応が見れるということなんですね!

最後のほうがかなり難しくなりましたがまとめると外のレールから内のレールの電子が戻るときに原子によって決まったエネルギーを放出し、そのエネルギーの値によって波長が定まって決まった色が見えてくるんですね!

 

ざっとですが、花火の仕組み、炎色反応の仕組みを解説してみました。

より専門的な話が聞きたい方やよくわからなかった人はぜひ竹島まで聞きに来てください!

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