炎色反応（えんしょくはんのう、焔色反応とも）とは、アルカリ金属、あるいはアルカリ土類金属などの塩を炎の中に入れると、揮発してできた金属原子が励起され、元素固有の可視光線を出す[1]現象のこと。あるいは単体または化合物を炎の中に入れて熱すると炎がそれらの元素に固有の色を呈する反応のこと[2]。

全ての金属元素について可視光内で観測できるわけではないものの、炎色反応を示す金属元素の場合は、その定性分析に利用できる。また、花火の着色にも利用されている。
反応の原理熱エネルギーによって電子が励起された結果、高エネルギーの軌道へと遷移した電子が、基底状態へ戻る際に電子はエネルギーを電磁波の光として放出する場合が有る。この電子がエネルギーを放出した際に生じた光が、炎色反応である。

高温の炎中に、ある種の金属粉末や金属化合物を置くと、試料が熱エネルギーによって解離し、原子化される。それぞれの原子は熱エネルギーによって電子が励起され、外側に存在する高エネルギーの電子軌道へと移動する。励起された電子が、安定な基底状態に戻ろうとする際に、余分なエネルギーを電磁波として放出する。電磁波のエネルギーは、その周波数で決まるわけだが、この際に放出するエネルギーが、ちょうどヒトの可視光線の範囲に入る場合が有る。これが、炎色反応を示す原理である。

したがって、比較的低温で熱励起され、発光波長が可視光線の領域に存在する元素が、微粉末や塩のような原子化され易い状態になっている場合にのみ、炎色反応が観察される。

なお、原子の電子軌道のエネルギーは、連続した値ではなく、飛び飛びの値であるため、励起された電子が基底状態に戻る際に放出されるエネルギーも、連続した値ではない。このため、炎色反応として放出された光は、連続スペクトルではなく、輝線スペクトルを示す。また、元素によっても、電子軌道のエネルギーは、ある程度決まるため、元素によって特徴的な輝線スペクトルを示す。これが、炎色反応を示す元素の種類により、炎色反応によって放出される光の色が決まる理由である。
主な元素の炎色反応

炎色反応を呈する主な元素が、炎色反応を起こした際に放出する主な輝線スペクトルの波長と、その色を示した。なお、かっこ内には、コバルトガラスを通して観察した場合の色を示した。

第1族元素の全て元素のアルカリ金属。

リチウム - 深紅[3]、670.8 nm[4]（紫紅[5]あるいは赤紫[6]）

ナトリウム - 黄、589.3[7] nm（無色[注釈 1][8]）

カリウム - 淡紫、すみれ[9]、あるいは紫[10]、404.4 nm[11]（赤紫[12]）、特にナトリウムに邪魔され易いためコバルトガラスが役立つ。

ルビジウム - 暗赤、深赤[13]、795.0、781.1 nm[14]（紫[15]）

セシウム - 青紫[16]。（紫青[17]あるいは紫[18]）励起に必要な高温を得るため、酸水素炎で観察する。


第2族元素の一部の元素であるアルカリ土類金属。

カルシウム - 橙赤[19]（橙緑[20]）

ストロンチウム - 深紅[21]、460 nm（紫[22]）

バリウム - 黄緑[23]（青緑[24]）