ろうそくの火は、なぜオレンジ色なの?

ろうそくの火は、なぜオレンジ色なの?

こたえ:ろうにふくまれる炭素(たんそ)の温度(おんど)が上(あ)がり、明(あか)るく光(ひか)るからです。

「火(ひ)」「炎(ほのお)」と聞(き)いてイメージするのは、何色(なにいろ)ですか? オレンジ色(いろ)や赤色(あかいろ)でしょうか。それとも、青色(あおいろ)でしょうか。オレンジ色(いろ)や赤色(あかいろ)と答(こた)えた人(ひと)はろうそくやたき火(び)を、青色(あおいろ)と答(こた)えた人(ひと)は台所(だいどころ)のガスこんろを思(おも)いうかべたのではないでしょうか。このように、同(おな)じ炎(ほのお)でも色(いろ)がちがうのは、燃(も)える材料(ざいりょう)(燃料(ねんりょう))が異(こと)なるため。ろうそくの“ろう”のように炭素(たんそ)をふくむ材料(ざいりょう)を燃(も)やすと、炎(ほのお)がオレンジ色(いろ)や赤色(あかいろ)になり、ガスを燃(も)やすと青色(あおいろ)になります。では、ろうそくの炎(ほのお)がなぜオレンジ色(いろ)なのか、くわしく見(み)てみましょう。

多(おお)くのろうそくは、主(おも)に炭素(たんそ)と水素(すいそ)からできた「パラフィン」(パラフィンろう、以下(いか)では“ろう”とよびます)を燃(も)やします※。ろうそくの芯(しん)に火(ひ)をつけると、芯(しん)にしみこんでいたろうが溶(と)けて気化(きか)し、燃焼(ねんしょう)します。このとき、おなじみのオレンジ色(いろ)の炎(ほのお)が出(で)るのですが、よく見(み)ると、ろうそくの炎(ほのお)は3層(そう)に分かれていて、場所(ばしょ)によって少(すこ)しずつ色(いろ)がちがいます。3層(そう)のうち最(もっと)も芯(しん)に近(ちか)い「炎心(えんしん)」は暗(くら)く、その外側(そとがわ)の「内炎(ないえん)」は明(あか)るいオレンジ色(いろ)に見(み)え、さらに外側(そとがわ)の「外炎(がいえん)」は透明(とうめい)に近(ちか)くもやもやとしているはずです。つまり、わたしたちがイメージするろうそくの炎(ほのお)の色(いろ)は、内炎(ないえん)の色(いろ)ということになります。

炎心(えんしん)は、ろうが気化(きか)したばかりでほとんど燃(も)えていないため、暗(くら)く見(み)えます。温度(おんど)は低(ひく)く、300~400℃ほどです。内炎(ないえん)は、気化(きか)したろうが十分(じゅうぶん)に燃(も)えきっていない状態(じょうたい)。ろうの気体(きたい)が熱(ねっ)せられると、炭素(たんそ)や水素(すいそ)に分解(ぶんかい)されます(熱分解(ねつぶんかい))。このうち炭素(たんそ)は、酸素(さんそ)が足(た)りないため炭素(たんそ)のつぶが集(あつ)まった“すす”の状態(じょうたい)で温度(おんど)が上(あ)がります。すると、熱放射(ねつほうしゃ)によって赤(あか)くなり、明(あか)るい光(ひかり)を出(だ)します。温度(おんど)は500~600℃くらいです。外炎(がいえん)は、気化(きか)したろうが空気(くうき)中(ちゅう)の酸素(さんそ)と結(むす)びついて燃(も)えているため透明(とうめい)に近(ちか)く、温度(おんど)は1400℃程度(ていど)まで上(あ)がります。

ガスこんろの炎(ほのお)は、ガスが燃(も)えるときにできる分子(ぶんし)によって青色(あおいろ)になります。けれども、鍋(なべ)の中身(なかみ)が噴(ふ)きこぼれて炎(ほのお)に入(はい)ると赤(あか)っぽい色(いろ)に変化(へんか)しますね。これは、不完全(ふかんぜん)燃焼(ねんしょう)を起(お)こしてすすが発生(はっせい)し、ろうそくと同(おな)じように熱放射(ねつほうしゃ)するからです。

 ろうそくの炎(ほのお)といえばオレンジ色(いろ)ですが、この色(いろ)を変(か)える方法(ほうほう)があります。それは、金属(きんぞく)を炎(ほのお)に入(い)れて熱(ねっ)すると、炎(ほのお)がその金属(きんぞく)特有(とくゆう)の色(いろ)に変化(へんか)する「炎色(えんしょく)反応(はんのう)」を利用(りよう)する方法(ほうほう)です。たとえば、ナトリウムは黄色(きいろ)を、カリウムは淡(あわ)い紫色(むらさきいろ)を発色(はっしょく)します1)。銅(どう)は、それだけでは炎色(えんしょく)反応(はんのう)を起(お)こしませんが、ハロゲン(フッ素(そ)、塩素(えんそ)など)をふくむプラスチックなどといっしょに炎(ほのお)に入(い)れると、青緑色(あおみどりいろ)を発色(はっしょく)します2)。

 夜空(よぞら)に色(いろ)とりどりの絵(え)を描(か)く花火(はなび)は、この炎色(えんしょく)反応(はんのう)を生(い)かしたもの(関連(かんれん)記事(きじ)「花火(はなび)の火(ひ)の色(いろ)がカラフルなのはどうして?」)。火薬(かやく)に金属(きんぞく)の粉(こな)を混(ま)ぜて、上空(じょうくう)で炎色(えんしょく)反応(はんのう)を起(お)こすようにしているのです。花火(はなび)師(し)は、赤色(あかいろ)を発色(はっしょく)するストロンチウムや黄緑色(きみどりいろ)を発色(はっしょく)するバリウムなど、いくつかの金属(きんぞく)を使(つか)い分(わ)けてさまざまな色(いろ)をつくりだしています。

※ パラフィンろうは石油(せきゆ)からつくられ、ろうそくのほかにはクレヨンや化粧品(けしょうひん)などにも使(つか)われます。一方(いっぽう)、日本(にほん)の伝統的(でんとうてき)な製法(せいほう)でつくられる「和(わ)ろうそく」は、ハゼの実(み)や植物性(しょくぶつせい)の油脂(ゆし)、ハチの巣(す)から取(と)ったみつろうなどを原料(げんりょう)とします。

記事(きじ)公開(こうかい):2022年(ねん)9月(がつ)

参考(さんこう)資料(しりょう)

1)日本(にほん)化学(かがく)工業(こうぎょう)協会(きょうかい)「炎色(えんしょく)反応(はんのう)と打揚花火(うちあげはなび)の技(わざ)」『アクティビティーノート』.第(だい)294号(ごう).2021年(ねん)8月(がつ):https://www.nikkakyo.org/system/files/column294.pdf

2)名古屋市(なごやし)科学館(かがくかん)「展示(てんじ)ガイド 炎色(えんしょく)反応(はんのう)」:http://www.ncsm.city.nagoya.jp/visit/exhibition_guide/keyword.html

監修者(かんしゅうしゃ):大山(おおやま)光晴(みつはる)

1957年(ねん)東京都(とうきょうと)生(う)まれ。東京(とうきょう)工業(こうぎょう)大学(だいがく)大学院(だいがくいん)修士(しゅうし)課程(かてい)修了(しゅうりょう)。高等(こうとう)学校(がっこう)の物理(ぶつり)教諭(きょうゆ)、千葉県(ちばけん)教育(きょういく)委員会(いいんかい)指導(しどう)主事(しゅじ)、千葉(ちば)県立(けんりつ)長生(ちょうせい)高等(こうとう)学校(がっこう)校長(こうちょう)等(など)を経(へ)て、現在(げんざい)、秀明大学(しゅうめいだいがく)学校(がっこう)教師(きょうし)学部(がくぶ)教授(きょうじゅ)として「理数(りすう)探究(たんきゅう)」や「総合的(そうごうてき)な学習(がくしゅう)の時間(じかん)」の指導(しどう)方法(ほうほう)について講義(こうぎ)・演習(えんしゅう)を担当(たんとう)している。科学(かがく)実験(じっけん)教室(きょうしつ)やテレビの実験(じっけん)番組等(ばんぐみなど)への出演(しゅつえん)も多数(たすう)。千葉市(ちばし)科学館(かがくかん)プロジェクト・アドバイザー、日本(にほん)物理(ぶつり)教育(きょういく)学会(がっかい)常務(じょうむ)理事(りじ)、日本(にほん)科学(かがく)教育(きょういく)学会(がっかい)及(およ)び日本(にほん)理科(りか)教育(きょういく)学会(がっかい)会員(かいいん)、月刊(げっかん)『理科(りか)の教育(きょういく)』編集(へんしゅう)委員(いいん)等(など)も務(つと)める。

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