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火の色は温度によってどう違う?

      2016/07/02

 - 科学・IT

火の色は身の回りで利用しているものを見てもいろいろと違いますね。ろうそくやガスコンロの火の色はなぜ違うのでしょうか?火の色の違いは温度や燃える物質が関係しているようです。

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燃焼する時、火の色はなぜ違うのか

炎の光には、つぎのようなものがあります。

(1)固体粒子の熱放射によるもの

炭素原子を含む物質が不完全燃焼すると、炭素の粒子(すす)が炎中に生じ、これが熱せられて黄色っぽく光ります。ろうそくの光は主にこれです。
また、マグネシウムを燃やすと酸化マグネシウムの粒子が生じ、これが高温になって白く光ります。
光の色は温度によって異なり、比較的低温では赤、温度が上がるにしたがって橙→黄→白と変化します。
炭火の赤い光、白熱電球の黄色い光も熱放射によるものです。
熱放射は原子・分子の熱運動が原因なので、どんな物でも温度に応じた熱放射をします。人体のように温度が低いものも赤外線を出していて、体温測定や、侵入警報装置などに利用されています。
赤外線ストーブは、金網などを炎で加熱して熱放射させるものです。

(2)気体分子の発光によるもの

都市ガスが燃えるときの青い光がこれです。
燃焼時にラジカルとよばれる不安定な分子(C2, OH, CH)ができて、これらが励起状態(エネルギーの高い状態)からエネルギーの低い状態に下りるときに、差の分のエネルギーを光として出すものです。
完全燃焼のときは「すす」ができないので、ラジカルによる青い発光が見られます。
ろうそくでも、根元の部分で見られます。

(3)炎色反応によるもの

塩分を含むものが炎に触れると黄色の強い光が出ますが、これはナトリウム原子が発光するもので、炎色反応とよばれています。
炎色反応は(2)と同様に、励起状態からエネルギーの低い状態に下りるときに差の分のエネルギーを光として出すものです。
炎色反応のある原子は限られています。また、原子の種類により色は異なります(リチウムやストロンチウムは赤、カルシウムは橙、カリウムは紫、銅は緑など)。
花火の色も炎色反応を活用しています。

引用元- Yahoo!知恵袋

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火の色は温度によって変化する

炎は、物質から発散した(炭素や水素などからなる)揮発性体が急速に酸化(燃焼)するために生じる。
この炎に色があるのは、物質が燃焼するときにエネルギーが放出されるためであり、その色が様々だというのは、このエネルギーの大きさや性質が違うから、と考えると理解しやすい。

 つまり、炎や火の色は燃えている物質の温度などの条件によって変化する、というわけだ。
よくみると、同じ炭火でも、赤くなっている炭の部分とチロチロ燃え上がっている炎の部分とでは色が違う。
燃え始めの暗赤色の炭火は約 700℃、燃え盛っている赤い炭火は約 1,000℃、橙色のローソクの炎は約 1,400℃、アルコールランプの青色の炎は 1,700℃にも達する。

 温度はもともと、発光体の性質の一つだが、光源から発する光の色を温度で表して(色温度)、光の性質の一つとして使うことがある。
この方法だと、太陽の昼色光は約 6,500℃であり、蛍光灯やストロボの出す光の温度もこれに近い。
ちなみに、この関係は、夜空の星の色にも当てはまる。
今の季節、21時頃、南の空にかかっているオリオン座の星々のうち、左手の1等星ベテルギュウスは赤い色だし、三つ星をはさんで右手に位置するリゲルは青白い星だ。

 最近のキャンプ場には、白ガスランタンなどをこうこうと照らして、夜遅くまで騒いでいるキャンパーもいる。
しかしモラルは別にしても、夜にはこのような高い色温度の灯りはさけた方がよい。
太陽光など、色温度の高い光はものを見るためには好都合だが、同時に、視神経を疲れさせる。
というのも、人間は本来、昼行性の動物としてこの世に生れてきている。
読書などでも、夜に灯りを使うときには、蛍光灯よりもタングステン灯の方がよい、というのはこのような考え方によっている。

引用元-鉱床学研究室

火の温度はどのくらいか

・下限濃度の炎
多くの炭化水素ガスが燃える最低濃度付近の火炎温度のことです。
これをふつうの炎の生ずる最低温度と考えてよいことになります。

・ろうそく
黄色の中心の外側に薄い青色炎がとりまいており、ここは1400℃と意外に高い。
中心は600℃くらいです。

・都市ガス
1700℃~1900℃くらいです。ガスコンロやガスバーナーの炎の温度もこのくらいです。
LPGでは1900℃近くです。

・油やガスを吹き込む炉
熱が速くとらえられるので、平均は1400~1600℃と案外低くなります。
しかし、拡散炎で燃えている炎の薄い層は、短時間ながら2000℃以上になることもあります。

・アセチレン
よく知られたガスのうちでは最も高温の炎をつくります。
空気中で2300℃、酸素で燃やすと3000℃に達し、溶接バーナーとして使われます。

・たばこの火
強く吸えば光が強くなり、中心は850℃くらいになります。
端の方は650℃くらいです。

・練炭
燃焼の盛んな時は白く輝いており、1000~1200℃くらいの温度が数時間続きます。
燃えがらの赤いところは700℃くらいです。
木炭も、酸素の供給が十分で赤熱状態のときは1000℃近くになります。

・マッチ
火をつけた直後は酸化剤を含んでおり、2500℃の高温の炎をつくります。

・ニトログリセリン
はげしく爆発し、一瞬の閃光(せんこう)であり、炎らしいものは見えないが、最高は4000℃にもなっている。

・太陽
表面温度は6000℃、中心は数千万度といわれています。

引用元-身の回りの化学

火の色は燃える物質によって変化する

炎色反応

炎色反応は、炎の中にある種の元素を含む化合物を入れると、炎がその元素特有の色を示す反応です。
こうした炎色反応を示す元素には、
・ストロンチウム(Sr)の赤、
・セシウム(Cs)の青、
・リチウム(Li)の赤紅、
・ホウ素(B)の緑、
・カリウム(K)の藤紫、
・カルシウム(Ca)の黄橙、」
・ナトリウム(Na)の黄、
・銅(Cu)の緑、
・インジウム(In)の青紫
などがあり、よく知られています。

炎色反応は、炎の中で熱せられた元素の最外殻電子が、そのエネルギーを受けて一つ外側の軌道に遷移し、この後電子がエネルギーを失って元の軌道に戻る際に、そのエネルギーを光の形で放出するために起きているものです。
2つの軌道間のエネルギーは、元素によって決まった値となっており、このエネルギー差が放出される光の波長を決めており、元素によって決まったそれぞれの光の色が見える原因となっています。

引用元-不思議な色の世界

花火の火の色の仕組み

花火の色ってどれくらいあるの?

打ち上げ花火の色は赤色、緑色、黄色、青色、銀(白)、金(錦)の6色があります。
この色の組み合わせによって、様々な打ち上げ花火を作ることが出来るのです。
人の目の錯覚などではなく、しっかりと色を付けて打ち上げているのです。
考えてみれば不思議なことですよね。

最近ではカラフルな打ち上げ花火も多くなってきました。
形だけではなく、色での演出も花火の印象を大きく変える要因の1つになっているのです。

色が違って見える理由は?

ではどうやったら花火の色は変わるのでしょうか?
それは炎色反応という反応を利用しているのです。

物質が燃える際の色というのは、その物質によっても変わってくるのです。
その物質に含まれている元素によって、炎の色が変わるのです。

この特徴を生かして、色を作り出します。
花火は色を出す焔色剤、酸素を供給する酸化剤、燃焼を促進する可燃材の3つが混ざってできています。
ここにそれぞれ出したい色に混ぜる物質を含んでいくのです。
具体的には、
・赤色 → 炭酸ストロンチウム
・緑色 → 硝酸バリウム
・黄色 → シュウ酸ソーダ、炭酸カルシウム
・青色 → 花緑青、酸化銅
・銀(白)色 → アルミニウム
・金(錦)色 → チタン合金
というようなものを混ぜていくのです。

引用元- Happy Everyday

まとめ
いかがでしたか?火の色は燃えている温度や物質で変わります。花火は様々な物質の組み合わせできれいな色が出るんですね。

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