單元四 初步試驗法 燄色試驗 熔球反應

大綱 燄色反應的原理 燄色試驗法 熔球反應的原理 熔球試驗法

一、燄色反應的原理 燄色反應是鑑別金屬離子的一個簡便且有效的方法 當金屬鹽類被放入本生燈的火燄中時，會釋出特定的離子顏色，例如，鋇：黃綠色；鈉：黃色；鈣：橘紅色。

1.鈉原子的燄色 11Na (z=11) 電子組態：1S2,2S2,2P6,3S1 最外層的電子(3S)在高溫下被激發至更高能階如3P軌域，在此能階的電子很不穩定，當其回返低能階時即釋出相當量的能量，此能量是以光能的型式釋出，所以火燄中即出現黃色光(589nm) 。 4P 3P 330.3nm 紫外光 吸收能量 放出黃光 589.0nm 3S

2.各種離子的燄色 離子 鋰 鈉 鉀 鈣 鍶 鋇 銅 燄色 紫紅 黃色 紫色 橘紅 磚紅 黃綠 藍綠 待改

二、燄色試驗法 1.燄色試驗的步驟 2.鈷玻璃的使用

1.燄色實驗的步驟 準備一支尾端圈成小圈的白金絲或鎳鉻絲作為燄色試驗棒。 試驗棒的小圈以6MHCl(aq) 浸洗後，移入本生燈的氧化燄中灼燒。接著將小圈浸入去離子水中潤濕，再移入火燄中灼燒，當火燄呈無色時燄色試驗棒的清洗方完成。 將試驗棒的小圈沾少許金屬鹽的粉末或浸入溶液中，再移至本生燈火燄的溫度最高處(氧化燄)灼燒 。 由火燄的顏色判斷金屬離子的種類。

2.鈷玻璃的使用 當溶液中含有鈉離子時，由於其強烈的黃色燄色會遮蔽其他離子的顏色，而無法判斷。 紫藍色的鈷玻璃片可吸收黃色，而使其他離子的顏色顯現。 例如：鉀離子與鈉離子共存時，隔著鈷玻璃，才能看到鉀離子的紫紅色。

三、熔球反應的原理 熔球實驗的結果，可以和燄色反應的結果相佐證。也是檢驗金屬離子的簡便方法。 將硼砂燒成無色透明的小球，再沾少許金屬鹽類的粉末，重新灼燒後會顯現特殊的顏色，而可判斷金屬離子的種類。

3-1 固體的顏色 可見光的波長範圍為400~780nm。這個範圍的各色光混合時成為白光。 當物體受到白光照射時，可見光中的部分輻射被吸收，人們看到的颜色則是未被吸收光的颜色(即補色)。 例如：物體若吸收藍色光時，會顯示它的補色－黄色；反之，若物體吸收黃色光時，會顯示藍色。 固體物質若將白光全部吸收將呈黑色而固體若全部反射白光則呈白色；全部透過可見光者，為無色。 

3-2 物質顏色與吸收光顏色的關係 物質顏色 吸 收 光 顏色 波長/nm 綠 紅 760～630 藍 橙 630～600 紫紅 黄 3-2 物質顏色與吸收光顏色的關係 物質顏色 吸 收 光 顏色 波長/nm 綠 紅 760～630 藍 橙 630～600 紫紅 黄 600～570 570～500 青 500～450 450～430 黄綠 紫 430～400

3-3 金屬離子的顯色 過渡金屬離子內的d-d電子躍遷會吸收可見光所以大部份的過渡金屬離子帶有顏色 3-3 金屬離子的顯色 三個主要原因： 過渡金屬離子內的d-d電子躍遷會吸收可見光所以大部份的過渡金屬離子帶有顏色 有些原子團的電子在配位子和中心原子間躍遷也會吸收可見光而且顏色鮮明，如：MnO42-(紫色)、CrO42-(黃色) 。  電子在固體能帶間躍遷也可能吸收可見光而呈現顏色。

四 熔球試驗法 熔球試驗法是以無色的熔球為基底，使金屬離子顯現其在氧化態或還原態的特殊顏色，而作為金屬離子的鑑別方法。 四 熔球試驗法 熔球試驗法是以無色的熔球為基底，使金屬離子顯現其在氧化態或還原態的特殊顏色，而作為金屬離子的鑑別方法。 熔球試驗法對在燄色反應中呈無色的離子，或其燄色無法與其他離子區別的離子，是方便有效的鑑別法。 一般熔球試驗法以硼砂珠為熔球。

4-1 硼砂珠 硼砂(Borax) 的化學式為Na2B4O7•10H2O 學名Sodium tetraborate 。 4-1 硼砂珠 硼砂(Borax) 的化學式為Na2B4O7•10H2O 學名Sodium tetraborate 。 硼砂熔融後冷卻為成為無色透明的圓珠，稱為硼砂珠(Borax bead)，成份為偏硼酸鈉。 Na2B4O7•10H2O→2NaBO2+10H2O+B2O3 熔融的偏硼酸鈉可與許多金屬氧化物形成固溶體，而呈現金屬離子的特殊顏色，例如： 　　Na2B4O7 + CoO →2NaBO2 + Co(BO2)2 (無色） (墨綠色)　(無色）　（藍色） 碳酸鈉(Na2CO3)可代替硼砂作試驗，但顏色稍有不同。

4-2 硼砂珠試驗法 將白金絲的尾端圈成小圈。將小圈浸入濃鹽酸中清洗，然後移入本生燈的氧化燄中灼燒。重覆數次，直到無離子燄色為止。 4-2 硼砂珠試驗法 將白金絲的尾端圈成小圈。將小圈浸入濃鹽酸中清洗，然後移入本生燈的氧化燄中灼燒。重覆數次，直到無離子燄色為止。 將白金絲的小圈沾少許硼砂粉，移入本生燈的氧化燄中灼燒，使硼砂熔化成無色小球。若熔球太小，可將白金絲移出火燄外，再沾硼砂粉重新灼燒。熔球凝固後即成透明圓珠。 使熔球沾少量的待測金屬鹽的粉末，移入氧化燄中灼燒至熔化。移出至燄外，觀察熔球的顏色。 同法使熔球置於還原燄中，可獲得不同的顏色。

4-3 氧化燄與還原燄 過渡金屬離子在氧化態與還原態常有不同的電子組態，亦即有不同的氧化數，所以有不同能量的電子遷移，而呈現不同的燄色。 4-3 氧化燄與還原燄 過渡金屬離子在氧化態與還原態常有不同的電子組態，亦即有不同的氧化數，所以有不同能量的電子遷移，而呈現不同的燄色。 例如：Mn在氧化態(+7)呈紫紅，而在還原態(+2)呈淡紅或無色。

4-4 金屬離子在硼砂珠中的顏色 離子 氧化燄顏色 還原燄顏色 熱 冷 Fe Co Ni Cu Mn Cr 深黃到橘紅 黃 深綠 淺綠 藍 4-4 金屬離子在硼砂珠中的顏色 離子 氧化燄顏色 還原燄顏色 熱 冷 Fe 深黃到橘紅 黃 深綠 淺綠 Co 藍 Ni 紫 紅棕 灰白 Cu 綠 無色到綠 淺紅 Mn 紅紫 無色 Cr 黃到橘紅 黃綠

(續表) 離子 氧化燄顏色 還原燄顏色 熱 冷 Pb,Sb,Cd 淺黃 無色或白色 無色 Bi 灰 Ca,Sr,Ba,Mg,Zn