焰色與顏色是一回事嗎?

文章編號:1005-6629(2010)01-0077-02 中圖分類號:G633.8 文獻標識碼:B

多種金屬或它們的化合物在灼燒時會使火焰呈現出一種特殊的顏色，這在化學上叫做焰色反應。由此看出焰色也是一種顏色，但這二者也有不同，要弄清二者的不同，要先弄清楚物體的顏色是怎么回事。

世界上除了少數物質是無色透明的以外，大多數都各有自己的顏色，物體呈現的顏色是由什么決定的呢?決定于光線照射到物體上被吸收或透過的情況。地球上的光最主要的是太陽光(還有人造光，如燈光、火光;自然光，如閃電、磷光……等)，陽光在一般情況下給人的感覺是白色的，其實它是由許多不同波長的光混合組成的。1666 年著名的科學家牛頓用三棱鏡把日光分成了紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七種不同的顏色。雨后當陽光穿過均勻的細水滴，由于折射作用也會形成一條五彩繽紛的彩虹，這些現象足以證明陽光是有七色光組成的。太陽光譜中從紅到紫的這七種顏色的范圍就是人眼可以看到的光線，這七種顏色之所以不同，是由于這七色光各自具有不同的波長。各色光在真空中的波長(單位:埃，1 埃=10-10 米)為:波長為7700~6200的光為紅色，6200~6000的為橙色，6000~5800的為黃色，5800~4900的為綠色，4900~4500的為藍~靛色，4500~3900的為紫光。大于7700的光波屬于紅外線，小于3900的光波屬于紫外線。

物體不同的顏色就是由這七種顏色決定的，當陽光照射到物體上時，由于物體對光線吸收不同，也就呈現出不同的顏色。當物體吸收全部的白光時這物體就呈現黑色;如果對不同波長的光都差不多同樣地吸收就呈現灰色;當物體不吸收日光，全都反射出來時物體就呈現白色的。當光線全部透過物體不被吸收時，則為無色透明。如果只吸收某些波長的光，又將其余的光散射出來，物體就呈現相應的補色，如表1所示:

總之，在人眼可見的光線中，無一不是由不同波長的色光組成的，沒有光就沒有色。

物體吸收的光線為什么會不同呢?這與物質的結構有關。

我們知道，光是能的一種形式，不同波長的光能量不同。波長越短(頻率越大)，能量越高。原子核外的電子吸收一定頻率的光，就從離核較近的基態躍遷到離核較遠的激發態。它所吸收光的頻率完全取決于電子在激發態和基態能量的差值。由于原子、離子、分子各自的外層電子由基態躍遷到激發態所需要的能量不同，因此就能吸收不同波長的光，所以在宏觀上所呈現出來的顏色就不同。如鹵族元素的單質:F2、Cl2、Br2、I2，由于同族元素自上而下原子半徑逐漸增大，原子核對外層電子的引力減小，其外層電子逐漸容易被激發，因而碘原子主要吸收可見光中能量較低、頻率較小的那部分光，而顯出頻率較大的那部分光的顏色——紫色。氟原子由于半徑較小，主要吸收可見光中能量較高、頻率較大的那部分光，而顯示出頻率較小的那部分光的顏色——黃綠色。對于金屬，如ⅠA、ⅡA族的離子，由于具有穩定的結構，難以使電子激發，所以這些離子都是無色的。一些過渡元素的離子，由于d軌道上有未成對的電子，這些電子的基態和激發態的能量比較接近，一般的可見光就可以使它們激發，因而這些離子具有不同的顏色，如表2所示:

當然，對于離子以及化合物所顯示的顏色除要考慮陽離子的電子層結構外，還要考慮到陰離子的影響以及離子水化等因素。

至于金屬單質的顏色，也應根據其晶體結構予以解釋，這個問題比較復雜，這里從略了。

總之，物質中的原子、離子或分子中的價電子越容易激發，那么只需要可見光中能量較低、頻率較小的那部分光，就可以使這部分電子激發到離核較遠的軌道上，則物體顯示的顏色越深。反之，物體的顏色就越淺。當原子、離子或分子中的價電子，處于穩定結構時，可見光的能量不足以使其激發，則呈現無色。

綜上所述，我們一般所說的物體顯示什么顏色，均決定于它吸收什么光波。

與吸收光波不同，焰色則是另一種顏色了。許多金屬或它們的化合物在灼燒時，其原子或離子中的電子就被激發，電子吸收了這部分能量，從較低的能級跳到較高的能級，但處于較高能級的電子是很不穩定的，很快跳回低能級，這時就將多余的能量以光的形式放出。原子結構不同，放出的能量就不同，因而發射出的光也就不同，從而使火焰呈現不同的顏色。這就是火焰呈現不同顏色的原理。我們利用焰色反應，也就可以用來檢驗某些金屬離子。如鈉離子、鉀離子的存在，在化學上只有通過焰色反應來檢驗。

由上分析可以看出，顏色和焰色的形成過程是不一樣的，顏色是由吸收光波的頻率決定的，焰色則是由發射光波的頻率決定的。但不管是吸收光波，還是發射光波，從本質上看顏色和焰色都是由光波的頻率決定的。實質一樣，只是形成過程不同而已。

參考文獻:

[1]林樹昌，胡乃非主編. 高等學校教材《分析化學》[M]. 高等教育出版社.