對酒精燈火焰焰色的探究及焰色反應的改進方法

劉冬梅

摘要:當我們點燃酒精燈后,觀察到的火焰顏色一般是黃亮的。在教師進行鈉元素的焰色反應的演示實驗時,這種現象帶來了不小的麻煩。為了讓學生觀察到明顯的鈉的焰色反應的現象,教師要想辦法獲得顏色很淡的背景火焰。筆者將本人的探究及改進方法做一陳述。

關鍵詞:酒精燈;火焰;焰色反應;探究;改進方法

中圖分類號:F552.3文獻標識碼:A文章編號:1003-2851(2009)12-0188-01

當我們點燃酒精燈后,觀察到的火焰顏色一般是黃亮的。在教師進行鈉元素的焰色反應的演示實驗時,這種現象帶來了不小的麻煩。為了讓學生觀察到明顯的鈉的焰色反應的現象。我需要想辦法獲得顏色很淡的背景火焰。

如果拋開酒精燈直接點燃蘸酒精的棉芯,就可以避開玻璃的干擾。應該得到淡的酒精火焰了吧!于是我動手進行了操作,在剛點燃的一兩秒內,火焰的顏色的確是淡藍色的,但馬上變成亮黃的火焰。難道是棉芯受到了污染?我又換成脫脂棉蘸酒精點燃進行試驗,現象與點燃棉芯完全相同。

由于白粉筆具有吸附液體的能力,我使用白粉筆蘸酒精點燃,終于得到了淡藍的火焰。為了找到造成酒精燈火焰呈現黃色的真正原因。我把粉筆削細,固定在酒精燈放棉芯的陶瓷套架上,放入酒精燈中,待整根粉筆吸足了酒精后點燃,火焰呈現淡藍色的。據此判斷酒精燈的玻璃燈身沒有對火焰的顏色造成影響。當我正要下結論時,燃燒了一段時間的粉筆芯火焰的頂部出現了紅色,怎么也出現異樣的焰色呢?

在辦公室我翻著課本思索這個問題,突然想起甲烷、乙烯、乙炔幾種氣體的火焰有顏色的差別,是因為各物質含碳質量分數不一樣,含碳量越大,碳燃燒越不完全,火焰越發黃越明亮。再有一般情況下,家用煤氣在充分燃燒時呈現淡藍色火焰,當煤氣火焰呈現紅亮時,鍋外壁會有大量的黑色碳顆粒附著,說明這時煤氣沒有完全燃燒。酒精燃燒的焰色是不是與酒精燃燒的充分程度有關呢?

隨后我有翻閱了一些文獻,發現了在1988年的一期《化學教育》雜志上曾經發表的一篇文章。它從比較高的理論角度揭示了酒精火焰顏色的形成原因。文章提到一般的火焰是指擴散火焰,如蠟燭、酒精燈的火焰。它們的火焰一般分為四個區。如蠟燭的火焰分為:①緊靠燭芯的暗區。②接著是C2和CH區;C2激發綠色火焰,CH激發紫色火焰。③中間是發光區,碳粒子激發出黃色光。④藍色主反應區,在火焰下半部的最外層。可見,要得到藍色火焰,就要想辦法消除溫度較高的碳粒子所激發的黃光,也就是要讓燃料氣化后的氣體迅速完全燃燒,避免碳粒子在高溫區出現。

利用這些知識,我可以較圓滿的解釋探究過程中產生的各種問題了。酒精燈的酒精揮發量是由室溫和燈芯的材料決定的。酒精燈的棉芯吸附酒精能力強。酒精在棉芯表面揮發的較快,所以酒精燃燒的充分程度較低,使火焰呈現了亮黃色。粉筆吸附酒精能力比較差,酒精在粉筆上揮發較慢,酒精燃燒的充分程度較高,所以火焰呈現淡藍色。酒精在坩堝內的揮發受鍋體限制,而坩堝蓋不能限制酒精的充分揮發。所以呈現的火焰的顏色不一樣。

在初步探索了酒精燈火焰顏色的形成原因后,我和同事們對如何獲得很淡的酒精火焰,有了探尋的方向。經過一段時間的試驗和收集整理,總結了幾種做焰色反應課堂展示的改進方法。

第一種方法,如右圖:將一根白粉筆浸泡在酒精中,待粉筆吸飽酒精后。把這根粉筆直立在實驗臺上,將待試的樣品放在粉筆頭上,點燃粉筆上的酒精,酒精的火焰就可以灼燒到藥品,出現焰色變化。此時的背景火焰僅是微弱的淡藍色,灼燒藥品帶來的焰色變化就非常突出,易于觀察。為了激發學生的學習興趣,我同時點燃多根這樣處理過的粉筆,讓學生同時觀察多種金屬元素的焰色反應。教室中便產生了放煙花般的感覺,不僅方便了學生觀察,而且會激起學生極大的學習興趣。

成功使用這種方法需要注意的幾點事項:首先,藥品必須使用塊狀固體。并且要保證塊狀藥品從粉筆頂端支出(如上圖)。這樣,酒精燈火焰可以長時間的灼燒到藥品,實驗現象明顯且持久。否則藥品幾乎不能被火焰灼燒到,也很難讓學生撲捉到實驗現象。其次,不能使用石棉網放在實驗臺上來隔熱,因為石棉網不夠平整,不能滿足使粉筆長時間直立的要求。

第二種方法,取一個干凈的點滴板,在其中一個槽內滴上幾滴酒精后點燃,背景火焰也是微弱的淡藍色。將蘸有潮濕藥品的粉筆在火焰上灼燒,焰色反應的現象同樣非常突出。注意酒精千萬不能放置太多,既不安全,也不會有成功的實驗效果。這種方法適用范圍非常廣,對藥品形狀沒有要求。并且這種方法不僅突出了金屬元素的焰色反應現象,又避免了干燥的藥品的顆粒掉在火焰中,不會影響下一次焰色實驗現象的觀察。缺點是:火焰維持的時間比較短,約一分鐘左右。

第三種方法,將一支粉筆白粉筆削細,卡在酒精燈的陶瓷芯內,替代棉燈芯,再把這個陶瓷燈芯架在盛滿酒精的小試管上,將小試管坐在試管架上。等粉筆吸滿酒精后點燃,也能得到淡藍色的火焰,用另一根白粉筆蘸取潮濕的固體藥品,放在酒精的火焰上灼燒。也會得到滿意的效果。由于酒精燈的陶瓷芯可以把小試管口完全蓋住,小試管內的酒精接觸不到空氣所以不會被引燃,操作起來是安全可靠的。并且它的火焰可以較長時間維持。操作者可以從容不迫的進行多種金屬元素焰色反應的展示操作。當需要熄滅火焰時,用酒精燈的燈帽蓋滅。

以上幾種方法均能夠克服,原課本實驗方法的兩種突出缺點,即第一背景火焰不理想,第二蘸藥儀器不理想且損壞率大 。本實驗方法的主要儀器是鉑絲,由于鉑絲在酒精燈的火焰中反復灼燒,易從鑲結的棒上脫落或折斷。再有鉑絲能粘取的藥品量非常少。學生很難捕捉到顏色變化的瞬間。