奇妙的火焰

1. 奇妙的火焰

2. 一、研究動機 • 看到天空上美麗的煙火，我們覺得奇怪，那些煙火的顏色哪裡來的呢？經過一番討論，我們認為不同顏色是因為不同的化學元素燃燒所導致。所以我們決定去查證一番，去看看各種化學元素可燃燒出什麼顏色。

3. 二、研究目的 • 了解銅、鐵、鋅、鋁、鉛、鎂的特性。 • 了解銅、鐵、鋅、鋁、鉛、鎂是否易燃。 • 了解銅、鐵、鋅、鋁、鉛、鎂的遇熱反應有何相同及不同處。 • 了解銅、鐵、鋅、鋁、鉛、鎂任取幾種混合後的遇熱反應。 • 了解銅、鐵、鋅、鋁、鉛、鎂是否溶於水。 • 了解銅、鐵、鋅、鋁、鉛、鎂為什麼會使火焰顏色產生變化。

4. 三、研究器材 • 銅粒、鐵片、鋅粉、鋁粒、鉛粒、鎂粉、刮杓×2、酒精燈、火柴、上皿天秤、護目鏡×3、試管、試管架、廣用試紙、捏子。

5. 四、研究過程 • 上網或看書查銅、鐵、鋅、鋁、鉛、鎂的特性及用途。 • 將銅、鐵、鋅、鋁、鉛、鎂分別置於刮杓上，用酒精燈加熱約三分鐘，觀察其變化及反應。 • 將銅、鐵、鋅、鋁、鉛、鎂任取兩種置於刮杓上，用酒精燈加熱約三分鐘，觀察其變化及反應。 • 把燃燒前和燃燒後的銅、鐵、鋅、鋁、鉛、鎂分別置於十二個試管內，觀察其是否溶於水，並用試紙測酸鹼。 • 上網或看書查銅、鐵、鋅、鋁、鉛、鎂為什麼會使火焰顏色產生變化。

6. 五、研究結果 銅的燃燒 鋅的燃燒 鋁的燃燒 鎂的燃燒 鉛的燃燒 鐵的燃燒 測酸鹼

8. 六、文獻探討 • 銅、鐵、鋅、鋁、鉛、鎂的特性 • 銅(Cu)： • 特性：有良好強度、展性、抗腐蝕性及導性，具有永久可塑性變形，甚至在溫度接近絕對零度時，也不喪失其延展性，但銅經加熱處理易於氧化，使性質變脆，而且銅不具磁性。銅在盛裝水時可免於氧化。銅俗稱紅金。純銅呈鮮明的粉紅色。 銅

9. 鐵(Fe)： • 特性：會生銹，是地殼中第二多的元素，約佔5%，地球的核心主要是由鐵所構成。 • 鋅(Zn)： • 特性：是藍白色的晶體，具防腐蝕能力，鋅是人體重要生理過程中必不可少的物質，人體含鋅總量減少時，會引起免疫組織受損，免疫功能缺陷。鋅在空氣中燃燒時，會帶青綠色的火焰，對人體有害。 鋅 鐵

10. 鋁(Al)： • 特性：為略帶青色的白色金屬，具延展性，可以許多型態存在，粉狀的鋁易燃且可能會爆炸，對人類具有毒性，鋁的粉末可能會引起肺塵症。 • 鉛(Pb)： • 特性：為亮白或銀灰色，琢磨後具有銀白色的光澤，曝露於空氣中太久後，柔軟具有延展性，對人類具有相當強烈的毒性，因為長期與鉛的塵灰或蒸氣接觸而產生的職業病，會使小孩頭顱內壓加大，產生厭食，嘔吐，體重減輕，變得衰弱，鬱抑等症狀，甚至造成永久的腦部傷害，對於成人的影響甚少。

11. 鎂(Mg)： 特性：是海水中第3多的元素。具有自燃性。可在海水裡找到，存於生物體中，為銀白色的六角形結構，在空氣中會氧化，可為帶狀，或碎片與粉末狀，對人體是具有毒性的，會累積於體內，和皮膚接觸時，可能會產生氣泡，粉末狀的鎂是具有刺激性的。 由左到右：鎂、鋁、鉛

12. 顏色變化原因： 當金屬化合物放入火中燃燒時，火焰的熱能使得原子內的電子吸收了能量，跳動到「激發態」（也就是較高能階的狀態），當電子又再恢復到原來的低能狀態「基態」時，能量就會被釋放出來，並轉變為特定波長的光線。 不同原子內，電子的能量狀態原本就不同，如果我們加以分析，會發現：每一種元素，都有自己特定的光譜，而且和別種元素的光譜都不同（稱為原子發射光譜）。如果，光譜煙火就是利用不同金屬化合物的焰色反應來設計的中有某些波段是屬於我們肉眼看得見的可見光，那我們就會看到特定的焰色。 金屬的活性大小： 序列表如右：鉀、鈉、鈣、鎂、鋁、鋅、鐵、鉛、銅、汞、銀、鉑、金。

13. 七、討論 • 有些金屬沒有預期中的反應，可能是因為不是粉末狀而不容易燃燒。 • 鎂+鋅可以產生像煙火的燃燒，是所有實驗中最成功的一次。 • 有一些金屬燃燒的時候，因反應的速度過快而沒有相片，實在很可惜。 • 酒精燈的溫度不夠高，無法使所有金屬起反應。

14. 八、結論 • 大部分的金屬，只要進入人體的量過多，就會產生中毒症狀。 • 金屬的活性越大，燃燒時就越激烈。 • 大部分的金屬都是鹼性。

15. 九、參考資料 • 新世紀科學百科全書 P.63 貓頭鷹出版社 • http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/JavaScript/s_pertab.html • http://www.bud.org.tw/answer/0204/020404.htm • http://www.bud.org.tw/answer/0003/000304.htm