夏の夜空を彩る花火の美しさは、まさに高校化学で学ぶ炎色反応そのものです。しかし、なぜ金属元素を炎の中に入れると、それぞれ固有の鮮やかな光を放つのでしょうか。この「なぜ」を理解することは、知的好奇心を満たすだけでなく、新課程入試で重視される「物理・化学の境界領域問題」への最高の対策になります。
原子は中心にある原子核と、その周りを回る電子から構成されています。電子は普段、エネルギーの最も低い安定した軌道（基底状態）に存在しています。ところが、バーナーの熱エネルギーを受け取ると、電子はそのエネルギーを吸収して、より外側のエネルギー準位が高い不安定な軌道へと飛び跳ねます。これを「励起（れいき）状態」と呼びます。
励起状態の電子は極めて不安定なため、わずか10億分の1秒という刹那の時間で、元の安定した基底状態へ戻ろうとします。この際、余分になった軌道間のエネルギー差（ΔE）が、光エネルギー（光子）として外部に放出されます。物理化学の基本式であるプランクの法則（ΔE = hν = hc/λ）が示す通り、エネルギー差ΔEが大きければ波長λは短く（紫〜青側）、エネルギー差が小さければ波長λは長く（赤側）なります。
原子ごとに電子の収容される軌道のエネルギー準位は厳密に決まっているため、放出される光の波長も元素特有の値となります。これが、炎色反応が元素ごとに固有の色を示す根本原理です。花火職人は、赤色を出したいときは炭酸ストロンチウム（SrCO₃）、緑色なら硝酸バリウム（Ba(NO₃)₂）、黄色ならシュウ酸ナトリウム（Na₂C₂O₄）を火薬に精巧に配合しています。なお、花火でパチパチと眩しく激しい白色光を放つのはアルミニウムやマグネシウム粉末の酸化熱による発熱発光（熱放射）であり、これは特定の波長のみを放つ炎色反応とは原理が異なる点も、難関大入試で突かれやすい盲点です。
