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花火に色が出る理由

江戸時代の花火は燃焼温度が低い黒色を使っていたため、赤っぽくて暗い花火のはずですが、時代劇「水戸黄門」では青い花火が生まれています。
うろ覚えですが、高橋元太郎さんが演じるうっかり八兵衛が火薬の中にうっかり銅の錆を入れてしまった失敗から生まれました。
この錆は緑青(塩基性炭酸銅)と言われ、お寺の銅葺き屋根にはよく見られ、昔は有毒と言われていましたが、現在は毒性はないと言われているものです。

金属を無色の炎で熱して高温にすると、その金属特有の色を発します。
これは、金属原子内の電子が熱せられることによってエネルギーを得るので高い位置に行きますが、 励起状態という不安定な状態なので元の位置の基底状態に戻ります。
励起状態から基底状態に戻るときにエネルギーを光として放出します。
このときに放出される光の波長(色)はその光が捨てるエネルギーの大きさと関連しているので、 捨てるエネルギーの大きさで放つ色が決まります。
そして、電子が捨てるエネルギーの大きさは、励起状態と基底状態の差で、この差は原子によって決まっていますから、 逆に言えば、原子によって放つ光の色が決まっているわけです。
熱した金属から色のある光が出ることを炎色反応と呼びます。
銅線をガスコンロの炎で熱して出した炎色反応写真
電気配線用銅線を調理用ガスコンロで熱して現れた炎色反応の写真です。手持ちのスルーシャッタなのでボケていますが。

花火の場合には、火薬の燃焼する熱によって金属化合物が分解し、金属原子が炎色反応によって色の付いた光を出します。
  • 赤色は、硝酸ストロンチウムなどのストロンチウム化合物
  • 緑色は、硝酸バリウムなどのバリウム化合物
  • 黄色は、シュウ酸ナトリウムなどのナトリウム化合物
    ただし、塩化ナトリウム(塩)は空気中の水分を吸収して湿気るので使えません
  • 青色は、硫酸銅などの銅の化合物
八兵衛が入れた緑錆は銅の化合物ですから青い光が出たわけです。
しかし、青色発光ダイオードの開発が遅れたように、青色は高温にしないと出ないので花火で青色を出すのも難しいようです。