对酒精灯火焰焰色的探究及焰色反应的改进方法

刘冬梅

摘要:当我们点燃酒精灯后,观察到的火焰颜色一般是黄亮的。在教师进行钠元素的焰色反应的演示实验时,这种现象带来了不小的麻烦。为了让学生观察到明显的钠的焰色反应的现象,教师要想办法获得颜色很淡的背景火焰。笔者将本人的探究及改进方法做一陈述。

关键词:酒精灯;火焰;焰色反应;探究;改进方法

中图分类号:F552.3文献标识码:A文章编号:1003-2851(2009)12-0188-01

当我们点燃酒精灯后,观察到的火焰颜色一般是黄亮的。在教师进行钠元素的焰色反应的演示实验时,这种现象带来了不小的麻烦。为了让学生观察到明显的钠的焰色反应的现象。我需要想办法获得颜色很淡的背景火焰。

如果抛开酒精灯直接点燃蘸酒精的棉芯,就可以避开玻璃的干扰。应该得到淡的酒精火焰了吧!于是我动手进行了操作,在刚点燃的一两秒内,火焰的颜色的确是淡蓝色的,但马上变成亮黄的火焰。难道是棉芯受到了污染?我又换成脱脂棉蘸酒精点燃进行试验,现象与点燃棉芯完全相同。

由于白粉笔具有吸附液体的能力,我使用白粉笔蘸酒精点燃,终于得到了淡蓝的火焰。为了找到造成酒精灯火焰呈现黄色的真正原因。我把粉笔削细,固定在酒精灯放棉芯的陶瓷套架上,放入酒精灯中,待整根粉笔吸足了酒精后点燃,火焰呈现淡蓝色的。据此判断酒精灯的玻璃灯身没有对火焰的颜色造成影响。当我正要下结论时,燃烧了一段时间的粉笔芯火焰的顶部出现了红色,怎么也出现异样的焰色呢?

在办公室我翻着课本思索这个问题,突然想起甲烷、乙烯、乙炔几种气体的火焰有颜色的差别,是因为各物质含碳质量分数不一样,含碳量越大,碳燃烧越不完全,火焰越发黄越明亮。再有一般情况下,家用煤气在充分燃烧时呈现淡蓝色火焰,当煤气火焰呈现红亮时,锅外壁会有大量的黑色碳颗粒附着,说明这时煤气没有完全燃烧。酒精燃烧的焰色是不是与酒精燃烧的充分程度有关呢?

随后我有翻阅了一些文献,发现了在1988年的一期《化学教育》杂志上曾经发表的一篇文章。它从比较高的理论角度揭示了酒精火焰颜色的形成原因。文章提到一般的火焰是指扩散火焰,如蜡烛、酒精灯的火焰。它们的火焰一般分为四个区。如蜡烛的火焰分为:①紧靠烛芯的暗区。②接着是C2和CH区;C2激发绿色火焰,CH激发紫色火焰。③中间是发光区,碳粒子激发出黄色光。④蓝色主反应区,在火焰下半部的最外层。可见,要得到蓝色火焰,就要想办法消除温度较高的碳粒子所激发的黄光,也就是要让燃料气化后的气体迅速完全燃烧,避免碳粒子在高温区出现。

利用这些知识,我可以较圆满的解释探究过程中产生的各种问题了。酒精灯的酒精挥发量是由室温和灯芯的材料决定的。酒精灯的棉芯吸附酒精能力强。酒精在棉芯表面挥发的较快,所以酒精燃烧的充分程度较低,使火焰呈现了亮黄色。粉笔吸附酒精能力比较差,酒精在粉笔上挥发较慢,酒精燃烧的充分程度较高,所以火焰呈现淡蓝色。酒精在坩埚内的挥发受锅体限制,而坩埚盖不能限制酒精的充分挥发。所以呈现的火焰的颜色不一样。

在初步探索了酒精灯火焰颜色的形成原因后,我和同事们对如何获得很淡的酒精火焰,有了探寻的方向。经过一段时间的试验和收集整理,总结了几种做焰色反应课堂展示的改进方法。

第一种方法,如右图:将一根白粉笔浸泡在酒精中,待粉笔吸饱酒精后。把这根粉笔直立在实验台上,将待试的样品放在粉笔头上,点燃粉笔上的酒精,酒精的火焰就可以灼烧到药品,出现焰色变化。此时的背景火焰仅是微弱的淡蓝色,灼烧药品带来的焰色变化就非常突出,易于观察。为了激发学生的学习兴趣,我同时点燃多根这样处理过的粉笔,让学生同时观察多种金属元素的焰色反应。教室中便产生了放烟花般的感觉,不仅方便了学生观察,而且会激起学生极大的学习兴趣。

成功使用这种方法需要注意的几点事项:首先,药品必须使用块状固体。并且要保证块状药品从粉笔顶端支出(如上图)。这样,酒精灯火焰可以长时间的灼烧到药品,实验现象明显且持久。否则药品几乎不能被火焰灼烧到,也很难让学生扑捉到实验现象。其次,不能使用石棉网放在实验台上来隔热,因为石棉网不够平整,不能满足使粉笔长时间直立的要求。

第二种方法,取一个干净的点滴板,在其中一个槽内滴上几滴酒精后点燃,背景火焰也是微弱的淡蓝色。将蘸有潮湿药品的粉笔在火焰上灼烧,焰色反应的现象同样非常突出。注意酒精千万不能放置太多,既不安全,也不会有成功的实验效果。这种方法适用范围非常广,对药品形状没有要求。并且这种方法不仅突出了金属元素的焰色反应现象,又避免了干燥的药品的颗粒掉在火焰中,不会影响下一次焰色实验现象的观察。缺点是:火焰维持的时间比较短,约一分钟左右。

第三种方法,将一支粉笔白粉笔削细,卡在酒精灯的陶瓷芯内,替代棉灯芯,再把这个陶瓷灯芯架在盛满酒精的小试管上,将小试管坐在试管架上。等粉笔吸满酒精后点燃,也能得到淡蓝色的火焰,用另一根白粉笔蘸取潮湿的固体药品,放在酒精的火焰上灼烧。也会得到满意的效果。由于酒精灯的陶瓷芯可以把小试管口完全盖住,小试管内的酒精接触不到空气所以不会被引燃,操作起来是安全可靠的。并且它的火焰可以较长时间维持。操作者可以从容不迫的进行多种金属元素焰色反应的展示操作。当需要熄灭火焰时,用酒精灯的灯帽盖灭。

以上几种方法均能够克服,原课本实验方法的两种突出缺点,即第一背景火焰不理想,第二蘸药仪器不理想且损坏率大 。本实验方法的主要仪器是铂丝,由于铂丝在酒精灯的火焰中反复灼烧,易从镶结的棒上脱落或折断。再有铂丝能粘取的药品量非常少。学生很难捕捉到颜色变化的瞬间。