花火大会の空に広がる赤・金・緑・青——それぞれの色は偶然ではなく、特定の金属元素が燃えるときに放つ「炎色反応」によるものです。高校化学では7元素が頻出ですが、実際はさらに多くの元素が固有の色を示します。本記事では、アルカリ金属・アルカリ土類金属からその他の遷移金属まで15種以上の元素について、炎の色・波長の目安・花火や日常での応用例を一覧表で解説します。
炎色反応とは
炎色反応（えんしょくはんのう）とは、金属や金属塩を炎の中に入れると、元素固有の色の光を発する現象です。英語では「flame test（フレームテスト）」と呼ばれ、化学分析の現場では元素の同定（特定）に今も使われています。
仕組み：電子励起と発光
炎の高温（ガスバーナーで約1,500〜1,700℃）で気化した金属原子は、外殻の電子がエネルギーを受け取って「励起状態」という高いエネルギー準位に跳び上がります。この状態は不安定なため、電子はすぐに元の「基底状態」に戻ろうとします。このとき2つのエネルギー準位の差に相当するエネルギーが光として放出されます。
放出される光の波長（色）は元素ごとに固有の値を持つため、炎の色を見るだけで「どの元素か」を識別できます。
発見の歴史
炎色反応を化学分析に体系的に応用したのは、19世紀ドイツの化学者ロベルト・ブンゼン（バーナーの発明者）と物理学者グスタフ・キルヒホッフです。1860年代に二人は分光器を使って元素固有のスペクトル線を解析し、セシウム（1860年）とルビジウム（1861年）を炎のスペクトルから新元素として発見しました。
元素の組成を知るために元素一覧｜全118元素の記号・性質・名前の由来まとめも参考にどうぞ。
炎色反応の色一覧
炎色反応を示す主要な元素を分類別にまとめました。高校化学必修の7元素に加え、花火・工業・分析で使われる元素も収録しています。
アルカリ金属（第1族）の炎色反応
アルカリ金属は最も鮮やかで強烈な炎色反応を示します。
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| 元素名（記号） | 炎の色 | 波長の目安 | 花火・身近な用途 |
|---|---|---|---|
| リチウム（Li） | 赤（紅） | 671 nm | 花火の深い赤・リチウム電池の廃棄焼却 |
| ナトリウム（Na） | 黄（橙黄） | 589 nm | 花火の黄・コンロの炎に混じる黄色 |
| カリウム（K） | 紫（ライラック） | 766〜770 nm | 花火の紫・木灰を燃やすと現れる紫 |
| ルビジウム（Rb） | 赤紫〜暗赤 | 780〜795 nm | 主に研究・分光分析用 |
| セシウム（Cs） | 青紫 | 455〜460 nm | 原子時計の研究・核分析用 |
アルカリ土類金属（第2族）の炎色反応
花火に最もよく使われるグループです。ストロンチウムとカルシウムは日本の花火に欠かせません。
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| 元素名（記号） | 炎の色 | 波長の目安 | 花火・身近な用途 |
|---|---|---|---|
| マグネシウム（Mg） | 白（強烈な白光） | 多数の輝線スペクトル | 閃光弾・発炎筒・旧式カメラのフラッシュ |
| カルシウム（Ca） | 橙赤 | 616〜646 nm | 花火の橙・線香の灰に含まれるCaが発色 |
| ストロンチウム（Sr） | 深紅（鮮赤） | 606〜674 nm | 花火の赤・道路用非常発炎筒の赤色 |
| バリウム（Ba） | 黄緑 | 553〜554 nm | 花火の緑（近年は安全性から使用が制限される） |
その他の金属・非金属の炎色反応
高校では扱わないものの、花火・工業・分析で重要な元素です。
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| 元素名（記号） | 炎の色 | 波長の目安 | 花火・身近な用途 |
|---|---|---|---|
| 銅（Cu） | 青緑 | 510〜530 nm | 花火の青緑・銅製品を炎にかざすと確認できる |
| ホウ素（B） | 黄緑（鮮緑） | 547 nm | 花火の緑（バリウムの代替として注目） |
| インジウム（In） | 藍（インジゴ） | 451 nm | 半導体製造の分析・ITO電極の品質管理 |
| タリウム（Tl） | 純緑 | 535 nm | 分析化学（毒性が高いため取り扱い要注意） |
| 鉛（Pb） | 淡青 | 406〜724 nm | 旧式花火（現在は規制）・鉛分析の定性試験 |
| 亜鉛（Zn） | 青緑〜白 | 472〜636 nm | 花火の銀白色の添加剤・亜鉛めっきの品質確認 |
| 鉄（Fe） | 金黄（スパーク） | 多数の輝線 | 花火の金色スパーク・砂鉄を炎にかざして観察 |
| アンチモン（Sb） | 淡青〜白（弱い発色） | ─（主要線は紫外域） | マッチの頭薬の成分・難燃剤の分析 |
花火の色のヒミツ
花火の「星」（玉の中に入っている発色材）には、金属塩（硝酸塩・炭酸塩・塩素酸塩など）が着色剤として配合されています。炎の高温でこれらが分解・気化し、炎色反応を起こすことで色が生まれます。
主な花火の色と使われる化合物
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| 花火の色 | 主な着色剤となる化合物 |
|---|---|
| 赤 | 硝酸ストロンチウム、炭酸ストロンチウム |
| 橙 | 硝酸カルシウム、炭酸カルシウム |
| 黄 | 硝酸ナトリウム、シュウ酸ナトリウム |
| 黄緑 | 硝酸バリウム |
| 青緑〜青 | 塩化銅（CuCl₂）、塩基性炭酸銅 |
| 白 | マグネシウム粉末、アルミニウム粉末 |
| 金スパーク | 鉄粉 |
変色する花火のヒミツ
上空で「赤から金に変化」する花火があります。これは異なる着色剤を層状に配置した「変色星」の技法です。外側の層が先に燃え終わると、内側の別の着色剤が現れて色が変わります。日本の花火師が代々受け継ぐ技術の一つです。
身近な炎色反応
コンロの炎に塩を振ると黄色くなる
ガスコンロの青い炎に食塩（NaCl）を少量振りかけると、一瞬だけ炎が黄色に変わります。ナトリウムの589 nm（フラウンホーファーDライン）の発光は非常に強烈で、微量でもはっきりとした黄色に見えます。実験室でナトリウム以外の炎色反応を確認するとき、ガラス製器具のナトリウム汚染が邪魔になるのはこのためです。
銅製品を炎にかざすと青緑に
10円玉（銅）や緑青のついた銅管をコンロにかざすと、青緑の炎が確認できます。これが銅の炎色反応（510〜530 nm）です。
非常用発炎筒の赤はストロンチウム
道路事故などで使う非常用発炎筒の鮮やかな赤色はストロンチウムの炎色反応です。視認性が高く、夜間でも遠くから確認できるため安全用品に採用されています。
豆知識
なぜナトリウムの黄は他の色を隠すのか
炎色反応の実験で、ナトリウムの黄が混入して他の色が見えにくくなることがあります。ナトリウムの589 nm発光線は地球上で最も明るく鋭い発光線のひとつで、1 ppm（百万分の1）程度のわずかな混入でも肉眼で黄色に見えてしまいます。ガラスにもナトリウムが含まれているため、正確な実験には白金線や石英ガラスが必要です。
元素名に炎色反応の色が刻まれている
分光器で新元素を発見した際、そのスペクトル線の色にちなんで命名された元素があります：
- ルビジウム（Rb）：ラテン語 rubidus（深紅・暗赤）に由来。スペクトルの赤紫色から命名
- セシウム（Cs）：ラテン語 caesius（空色・青灰）に由来。青い輝線から命名
- インジウム（In）：indigo（藍色）に由来するとされます。451 nmの藍色輝線から命名
- タリウム（Tl）：ギリシャ語 thallos（緑の小枝）に由来。535 nmの鮮やかな緑から命名
元素名の語源については元素の漢字130選｜118元素の中国語表記と日本の当て字まとめでも詳しく紹介しています。
炎色反応と分析化学
炎色反応は「定性分析」の手法として現在も使われています。試料を白金線に付けて炎にかざし、色で金属元素を識別します。ナトリウムは1 μg（マイクログラム）以下でも検出できるほど感度が高く、現場での簡易テストに活躍しています。より精密な分析では「炎光光度法（FES）」や「原子吸光分析（AAS）」に発展した技術が使われます。
また、炎色反応を含む化学法則の一覧は化学の法則・定理31選｜発見エピソードと名前の由来まとめもあわせてご覧ください。
まとめ
炎色反応は、金属原子の電子が励起状態から基底状態に戻るときに発する光の現象です。アルカリ金属・アルカリ土類金属から遷移金属まで、元素ごとに固有の色と波長を持ちます。高校化学で必修の7元素（Li赤・Na黄・K紫・Ca橙赤・Sr深紅・Ba黄緑・Cu青緑）を押さえつつ、インジウムの藍・タリウムの純緑・セシウムの青紫など、名前に色が刻まれた元素まで幅広く把握できたでしょうか。今年の花火大会では、空に広がる色を「あれはストロンチウム」「あの青緑はCuCl₂」と読み解いてみてください。
