研究者：邱琪芳、凌典安

1、研究者：邱琪芳、凌典安、黃珮雯奇妙的火焰壹、摘要火焰有許多用途'當然'也可以用來觀賞。像煙火就是其中之一，所以我們就實驗看看， 可以用銅、鐵、鋅、鋁、鉛、鎂來燒出幾種顏色。我們除了單種元素的燃燒之外,還有 混合後燃燒的實驗,而熱源是使用酒精燈,並使用燃燒匙來燃燒。我們經過實驗後發現, 要真正看出明顯的結果並不容易，而一步步的過程也都用照相機來紀錄了，以下就是我 們的實驗貳、硏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， 我們都認爲不同顏色是因爲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。塞、硏究目

2、的一、了解銅、鐵、鋅、鋁、鉛、鎂的特性和用途。二、了解銅、鐵、鋅、鋁、鉛、鎂是否易燃。三、了解銅、鐵、鋅、鋁、鉛、鎂的遇熱反應有相同及不同處0四、了解銅、鐵、鋅、鋁、鉛、鎂，任取幾種混合後的遇熱反應0五、了解銅、鐵、鋅、鋁、鉛、鎂是否溶於水。六、了解銅、鐵、鋅、鋁、鉛、鎂爲什麼會使火焰顏色產生變化0肆、硏究器材銅粒、鐵片、鋅粉鋁粒、鉛粒、鎂粉刮杓x2、酒精燈、火柴上皿天秤、護目鏡x3、試管、試管架、廣用試紙、捏子。伍、硏究過程一、上網或查書尋找銅、鐵、鋅、鋁、鉛、鎂的特性及用途。二、將銅、鐵、鋅、鋁、鉛、鎂分別置於刮杓上，觀察其顏色，並用酒精燈加熱約三分 鐘，觀察其變化及反應。三、將銅、鐵、鋅

3、、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。四、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。五、上網或查書尋找銅、鐵、鋅、鋁、鉛、鎂爲什麼會使火焰顏色產生變化。陸、硏究結果一、特性和用途:銅(cu)：(一)特性:銅具有良好強度、展性、抗腐蝕性及對電流及熱的良好導性，銅具有永久 可塑性變形，可在製造過程中，製成許多模式形狀，甚至在溫度已接近絕對零度 時，也不喪失其延展性的特性，但銅經加熱處理易於氧化，使性質變脆，而且銅 不具磁性o銅在盛裝水時可免於氧化。銅俗稱紅金。以單位體積而言，銅之導電 性僅次於銀。銅之導電性

4、爲國際標準之一，即長1公尺重1公克之銅在20°c時之 導電量公認爲100%，但現代之精煉技術已可生產出同品級銅其導電量可較此國際 標準高出4%5%，純銅呈鮮明的粉紅色，打磨光亮後呈明亮的金屬光澤。(二)用途:銅是全球使用量僅次於鐵及鋁的金屬，在工業上是不可或缺的原料。銅的 產量很多，古代使用銅製造工具及武器'純銅或其合金亦曾用於建築或裝飾材料； 今fi銅在電器、水管工程、電線電纜業、建築業、珠寶業(合金之用)上應用廣泛， 並爲電鍍、衛生、電動馬達、電視機、飛機及人造衛星等迥異科技不可或缺之重 要原料；銅之化合物則是農業及化工業之重要原料。也可作爲電冰箱、蒸發器、加熱線圈、化工

5、上使用之蒸餾器。而且當銅管用於運送自來水時'管壁不沉積 物質'此點爲鐵質力c管所遠不能及。c(fe):(一) 特性:分子量爲55.847，有四種同位素，54(5.82%)和56(91.66%)，57(2.19%)，與 58(0.33%)，是地殼中組成元素僅次鋁的第二位，約佔5%，地球的核心主要是由 鐵所構成的，鋼鐵是一種會生銹的金屬，但是如果鋅層覆蓋在鋼材表面，則鋼材 便不易生銹。其理由爲當鋅層被刮傷或有切口時，鋅層與曝露的鋼材之間會產生 電化學保護效應，即在腐蝕環境下，鋅層會先腐蝕而放出電子來保護鋼材。經由 長期的大氣或特殊區域曝露試驗，結果證實鋅層有極佳的耐候性。(二) 用

6、途：可與c，或mn或cr與ni等形成合金或其他元素形成鋼鐵，55fe與59fe 可用於跟蹤筆，前者普用於生物硏究中。鋅(zn):(一)特性：分子量爲65.38，佔地殼中存量0.02%，大自然中的同位素與存量分別如 後:64(49.89%)，66(27.81) ，67(4.11%)，70(0.62%)，其有八種具輻射線的同位素 和種同分異構物'如菱鋅礦或閃鋅礦等各種鋅的晶體'鋅是藍白色的晶體'具有防腐蝕能力，科學硏究表明，鋅是人體內200多種輛的組成部分，它直接參與了 核酸、蛋白質的合成、細胞的分化和增殖以及許多重要的代謝。人體內還有一些 輛需要鋅的激活而發揮其活性作用。

7、鋅是人體生長髮育、生殖遺傳、免疫、內分 泌等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，在水溶液中則容易 失去電子，鋅和氫氧化銷等強鹼反應而得的zno尹，對人類是有毒的，吸入會覺 得有甜甜的味道'喉嚨會覺得乾乾的'可能會咳嗽'可能會暈眩'全身會有疼痛感，會覺得寒冷或是發燒，反胃亦有可能會嘔吐，氧化鋅的蒸氣可能會引起黏膜 的傷害與皮膚的傷害，不小心吃到鋅鹽，可能會引起反胃，或引起嘔吐，或是反 胃與腹瀉。(二)用途：主要用於鍍鋅和製造各類合金、鍍鋅業'尤其是製造汽車外殼和鍍

8、鋅鋼板， 是鋅是傳統的用途，而在銅中加鋅可製成黃銅，鋅的含量約在百分之五至四十之 間，隨著鋅含量的增加，其顏色會由原來的紅色逐漸變黃，黃銅被認爲是高功能 合金，它能被所有傳統的方法，如鑄造、軋製、擠壓鍛造和熱壓製造成型。因此， 鋅作爲僅次於銅鋁的第三大有色金屬。鋅可用於橡膠(mbber)油漆(paint)陶瓷 (ceramics)化學品(chemicals)農業(agriculture)照相複 e 卩(photocopying)紡織品塗敷 (coated fabric textiles)地板覆蓋(floor covering) °鋁(al):(一) 特性：分子量爲26.98154，其

9、具有彳?a1之同位素，而另外有六種具輪射線的同位 素與一種同分異構物，其爲佔地殼組成要素中的8.8%，經常是與si與o共同存 在於自然界中，外觀看起來像錫的白色金屬，具延展性，爲略帶青色的金屬，可 以棒狀，粉末或薄片與絲狀等型態存在，粉狀的鋁是易燃的，且可能會爆炸，它 會與鹽酸，或硫酸與氫氧化鉀與氫氧化鋪反應時可能會產生蒸氣或是氫氣，其會 還原離子而形成al3+，也有可能與稀鹽酸或弱酸相互反應，對人類具有毒性，鋁 的粉末可能會引起肺塵症。(二) 用途：純鋁片可以製成合金，這些合金可用於飛行器，且器皿或儀器與電導器等， 甚至可替代銅以當作牙醫器具的材料，粗糙的粉末可用以鋁冶術中，而細粉可應 用於

10、閃光燈，或用於炸藥或煙火中，製造鋼鐵時，史可當作氣體的吸收劑，可測 試金與汞和础，可凝結膠體溶液，可用以沉澱出銅，當作硝酸與亞硝酸的檢定劑， 可與鏈與硼形成氫的化合物。鋁還可以硏磨寶石，使寶石得以存在乾空氣中很長 的時間'在濕空氣中其亦可能形成保護膜以防止被腐蝕'鉛(pb)：(一)特性：分子量爲207.2，是在古代便是眾所皆知的金屬，地殼中的存量約爲0.002%， 外觀爲亮白或銀灰色，當琢磨過時，其具有銀白色的光澤，當曝露於空氣中太久 後，此金屬柔軟貝有延展性，會與熱的濃硝酸相互反應，可與沸騰的濃鹽酸與硫 酸反應，可被純水所攻擊或當有氧氣存在下的有機酸作用下，對人類具有相當 強

11、烈的毒性，鉛會對小孩所造成的傷害乃是因爲頭顱內壓加大，而有可能引起孩 童產生厭食'嘔吐或鬱抑等症狀，甚至造成了永久的腦部傷害，慢性病方面，會 引起孩童的體重減輕，變得衰弱'鉛對於成人的傷害'乃是凶爲長期與鉛的塵灰或蒸氣接为而產生了職業病'可能產生腕垂症或是腹痛的機會甚少'若是血液中鉛的濃度超過0.05mg%或是尿液中每升中的含量超過0.08mg%的鉛便是代表有可 能已經鉛中毒了，刺激性排泄物的測試是貝有法律效用的以幫助檢定是否已吸收(二)用途：可當儲水池的建築材料，或製造吹笛，與製造其他如硫酸工業中可用於吸 收刺激性的液體或氣體的儀器，精練，鹵化與硫化或

12、甚至用以萃取，可以壓縮以作爲kjw x-ray或其他具有原子放射性的保護罩'製造四乙鉛'畫圖用的色料或其他有機與無機鉛的化合物'輒承金屬與合金的成分'作儲存式電池或塑膠與電 子儀器的材料'使用於鋼鐵或其他金屬的冶金過程中。鎂（mg）：（一）特性：鎂是地表第8大的豐富元素，佔地表所有混合物的2%以上。是海水中第3 大的元素。 鎂的密度（20°c ） 1 : 1.738、熔點：650°c、沸點：1103 ±8°c、是屬於活性的金屬，具有高度自燃性o分子量爲24.305，其爲地殼中重要的元素之 一，占2.1%，在自然界中

13、以白雲岩，或以光鹵石存在，可在海水裡找到，存於動 植物體中，其外觀銀白色金屬，爲裝塡緊密的六角形體的結構，其在空氣中慢慢 地氧化，是爲帶狀，或碎片與粉末狀，常溫下和水反應但速度很慢，若是在100 度反應則是很快的'若和稀酸反應則會產生氫氣'也可和銭鹽水溶液反應'而可 還原co與co2，或so2與no，在空氣中是易燃的，可和n2，s與h2反應， 且可與甲醇再200度時可得到甲醇鎂等化合物，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，而粉末狀的鎂是具有刺激性的o（二）用途：可當作燈泡內的金屬合金'或用於製作精密儀器，或光學鏡子，在煙火製造業使用

14、'在冶金術當去硫或去氧劑使用'可替代鋅被使用於閃光燈中o 但鎂最早爲人知的用途是飛機的燃料箱、引擎零件'及航太用途之配件o最近因 無限的供應與價格史吸引人'鼓勵各種工業用途投入使用鎂合金的行列，已經開 發出許多的延伸應用。如3c產品、攜帶式手工具、紡織機械、印刷機械、車輛 工業、家用製品、辦公用品、電子硬体、量具、運動器材等o睜有些金屬在產生化學反應後，會放出電子而變爲可溶性的陽離子，這個過程叫做氧化, 而相對的在溶液中的陽離子會得到其他種金屬所放出的電子變爲原來的金屬狀態'這個過程叫還原。活性大的金屬容易氧化，活性小的金屬容易被還原，一般常見金屬活性由

15、大到小順序如下：鉀、鈣、鋪、鎂、鋁、鋅、鐵、鎳、錫、鉛、銅、汞、銀、鉗、金。 辱金屬在高溫下會產生該金屬特有的燄色,此現象稱爲燄色反應,如鎮是綠色；鉀是紫 色；鋪是黃色等等,由於不同的元素會有不同的顏色,因此可用光譜分析鑑定金屬元素 的種類o美麗的煙火就是由各種不同的金屬化合物粉末混合而成的。二、其他資料:發現 年代發現者學名命名依據銅史前copper源自產銅的塞浦路斯（cyprus）古名 cuprun。鐵史前iron源自古英文名字iron，符號fe則源自 拉丁文fcitum。鋅鋁1825丹麥人奧斯特h. c. oersted）aluminum源自拉丁文alumen5意思是明。鉛史前lead源

16、自古英文字lead，pb源自拉丁文 r plumbum5意思是水管修理。鎂三、燃燒反應：兀素顏色是否易燃焰色酸鹼性是否溶於水銅燃燒前橘紅色否沒改變鹼性不溶於水燃燒後外：黑色 內：紅色鹼性不溶於水鐵燃燒前亮銀色否沒改變鹼性不溶於水燃燒後暗灰色鹼性不溶於水鋅燃燒前黑色是藍白色 藍綠色鹼性溶於水燃燒後黑色一黃色一燃燒一 藍色閃光鹼性溶於水鋁燃燒前銀色否沒改變鹼性不溶於水燃燒後銀色鹼性不溶於水鉛燃燒前灰色 （亮亮的）是（遇熱變 軟、彎曲，融 化）沒改變鹼性不溶於水燃燒後淺灰色（有 出現黃和白色）鹼性不溶於水鎂燃燒前黑色 灰色 白色是（燃燒後變一塊）有閃光 （白色）鹼性不溶於水燃燒後白色閃光 （30秒時） 火花（50秒到 1分20秒）鹼性不溶於水四、混合後燃燒的反應:兀素顏色是否易燃焰色酸鹼性是否溶於水鎂和鋅灰白色是（類似煙火 的效果）藍白色一綠白色鹼性部分溶於水灰白色（其他均只有原來反應）五、顏色變化原因因爲火焰熱量使原子中的電子轉動而發光，而每個金屬的電子數都不同，因而有不