對(duì)酒精燈火焰焰色的探究及焰色反應(yīng)的改進(jìn)方法

劉冬梅

摘要:當(dāng)我們點(diǎn)燃酒精燈后,觀察到的火焰顏色一般是黃亮的。在教師進(jìn)行鈉元素的焰色反應(yīng)的演示實(shí)驗(yàn)時(shí),這種現(xiàn)象帶來了不小的麻煩。為了讓學(xué)生觀察到明顯的鈉的焰色反應(yīng)的現(xiàn)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(jìn)方法做一陳述。

關(guān)鍵詞:酒精燈;火焰;焰色反應(yīng);探究;改進(jìn)方法

中圖分類號(hào):F552.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1003-2851(2009)12-0188-01

當(dāng)我們點(diǎn)燃酒精燈后,觀察到的火焰顏色一般是黃亮的。在教師進(jìn)行鈉元素的焰色反應(yīng)的演示實(shí)驗(yàn)時(shí),這種現(xiàn)象帶來了不小的麻煩。為了讓學(xué)生觀察到明顯的鈉的焰色反應(yīng)的現(xiàn)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(diǎn)燃蘸酒精的棉芯,就可以避開玻璃的干擾。應(yīng)該得到淡的酒精火焰了吧!于是我動(dòng)手進(jìn)行了操作,在剛點(diǎn)燃的一兩秒內(nèi),火焰的顏色的確是淡藍(lán)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(diǎn)燃進(jìn)行試驗(yàn),現(xiàn)象與點(diǎn)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(diǎn)燃,終于得到了淡藍(lán)的火焰。為了找到造成酒精燈火焰呈現(xiàn)黃色的真正原因。我把粉筆削細(xì),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(diǎn)燃,火焰呈現(xiàn)淡藍(lán)色的。據(jù)此判斷酒精燈的玻璃燈身沒有對(duì)火焰的顏色造成影響。當(dāng)我正要下結(jié)論時(shí),燃燒了一段時(shí)間的粉筆芯火焰的頂部出現(xiàn)了紅色,怎么也出現(xiàn)異樣的焰色呢?

在辦公室我翻著課本思索這個(gè)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?yàn)楦魑镔|(zhì)含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)不一樣,含碳量越大,碳燃燒越不完全,火焰越發(fā)黃越明亮。再有一般情況下,家用煤氣在充分燃燒時(shí)呈現(xiàn)淡藍(lán)色火焰,當(dāng)煤氣火焰呈現(xiàn)紅亮?xí)r,鍋外壁會(huì)有大量的黑色碳顆粒附著,說明這時(shí)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(guān)呢?

隨后我有翻閱了一些文獻(xiàn),發(fā)現(xiàn)了在1988年的一期《化學(xué)教育》雜志上曾經(jīng)發(fā)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(kuò)散火焰,如蠟燭、酒精燈的火焰。它們的火焰一般分為四個(gè)區(qū)。如蠟燭的火焰分為:①緊靠燭芯的暗區(qū)。②接著是C2和CH區(qū);C2激發(fā)綠色火焰,CH激發(fā)紫色火焰。③中間是發(fā)光區(qū),碳粒子激發(fā)出黃色光。④藍(lán)色主反應(yīng)區(qū),在火焰下半部的最外層?？梢?要得到藍(lán)色火焰,就要想辦法消除溫度較高的碳粒子所激發(fā)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(qū)出現(xiàn)。

利用這些知識(shí),我可以較圓滿的解釋探究過程中產(chǎn)生的各種問題了。酒精燈的酒精揮發(fā)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(qiáng)。酒精在棉芯表面揮發(fā)的較快,所以酒精燃燒的充分程度較低,使火焰呈現(xiàn)了亮黃色。粉筆吸附酒精能力比較差,酒精在粉筆上揮發(fā)較慢,酒精燃燒的充分程度較高,所以火焰呈現(xiàn)淡藍(lán)色。酒精在坩堝內(nèi)的揮發(fā)受鍋體限制,而坩堝蓋不能限制酒精的充分揮發(fā)。所以呈現(xiàn)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(duì)如何獲得很淡的酒精火焰,有了探尋的方向。經(jīng)過一段時(shí)間的試驗(yàn)和收集整理,總結(jié)了幾種做焰色反應(yīng)課堂展示的改進(jìn)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(shí)驗(yàn)臺(tái)上,將待試的樣品放在粉筆頭上,點(diǎn)燃粉筆上的酒精,酒精的火焰就可以灼燒到藥品,出現(xiàn)焰色變化。此時(shí)的背景火焰僅是微弱的淡藍(lán)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(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,我同時(shí)點(diǎn)燃多根這樣處理過的粉筆,讓學(xué)生同時(shí)觀察多種金屬元素的焰色反應(yīng)。教室中便產(chǎn)生了放煙花般的感覺,不僅方便了學(xué)生觀察,而且會(huì)激起學(xué)生極大的學(xué)習(xí)興趣。

成功使用這種方法需要注意的幾點(diǎn)事項(xiàng):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(shí)間的灼燒到藥品,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)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(xué)生撲捉到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。其次,不能使用石棉網(wǎng)放在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上來隔熱,因?yàn)槭蘧W(wǎng)不夠平整,不能滿足使粉筆長時(shí)間直立的要求。

第二種方法,取一個(gè)干凈的點(diǎn)滴板,在其中一個(gè)槽內(nèi)滴上幾滴酒精后點(diǎn)燃,背景火焰也是微弱的淡藍(lán)色。將蘸有潮濕藥品的粉筆在火焰上灼燒,焰色反應(yīng)的現(xiàn)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(huì)有成功的實(shí)驗(yàn)效果。這種方法適用范圍非常廣,對(duì)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(yīng)現(xiàn)象,又避免了干燥的藥品的顆粒掉在火焰中,不會(huì)影響下一次焰色實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察。缺點(diǎn)是:火焰維持的時(shí)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(xì),卡在酒精燈的陶瓷芯內(nèi),替代棉燈芯,再把這個(gè)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(diǎn)燃,也能得到淡藍(lán)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(huì)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(nèi)的酒精接觸不到空氣所以不會(huì)被引燃,操作起來是安全可靠的。并且它的火焰可以較長時(shí)間維持。操作者可以從容不迫的進(jìn)行多種金屬元素焰色反應(yīng)的展示操作。當(dāng)需要熄滅火焰時(shí),用酒精燈的燈帽蓋滅。

以上幾種方法均能夠克服,原課本實(shí)驗(yàn)方法的兩種突出缺點(diǎn),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(shí)驗(yàn)方法的主要儀器是鉑絲,由于鉑絲在酒精燈的火焰中反復(fù)灼燒,易從鑲結(jié)的棒上脫落或折斷。再有鉑絲能粘取的藥品量非常少。學(xué)生很難捕捉到顏色變化的瞬間。