Χρώμα φλόγας

Ο χρωματισμός φλόγας είναι μια μέθοδος που χρησιμοποιείται για την αναγνώριση ορυκτών. Βασίζεται στην αρχή ότι η κίνηση των ηλεκτρονίων προκαλεί το χρώμα στο μέταλλο και απελευθερώνει ενέργεια με τη μορφή φωτός. Τα χρώματα αυτού του φωτός αλλάζουν με βάση τα μέταλλα που χρησιμοποιούνται. Τα μεγαλύτερα άτομα εκπέμπουν χρώματα με χαμηλότερη ενέργεια, ενώ τα μικρότερα άτομα παράγουν χρώματα με μεγαλύτερη ενέργεια.

Οι φασματικές γραμμές διαφόρων μετάλλων έχουν ξεχωριστά σχέδια και είναι επίσης ένας από τους λόγους για τον σχηματισμό διαφορετικών χρωμάτων φλόγας.

Σημασία χρωματισμού φλόγας

Οι επιστήμονες χρησιμοποιούν χρωματισμό φλόγας για να αναγνωρίσουν συστατικά σε άγνωστες ενώσεις. Αυτές οι πληροφορίες τους βοηθούν να αναγνωρίσουν το μόριο και να προσδιορίσουν αν περιέχει μεταλλοειδή ή μεταλλικά ιόντα.

Προέλευση των χρωμάτων φλόγας

Είναι δυνατό να μετακινηθούν τα ηλεκτρόνια από τα χαμηλότερα τροχιακά ενός ατόμου ή ενός ιόντος σε υψηλότερα, θερμαίνοντάς τα σε υψηλή θερμοκρασία. Καθώς πέφτουν σε χαμηλότερα επίπεδα (είτε όλα ταυτόχρονα είτε σε μια χρονική περίοδο), απελευθερώνουν ενέργεια με τη μορφή φωτός. Κάθε ένα από αυτά τα άλματα απελευθερώνει μια ορισμένη ποσότητα ενέργειας ως φωτεινή ενέργεια σε ένα δεδομένο μήκος κύματος (ή συχνότητα). Αυτά τα άλματα σχηματίζουν ένα φάσμα γραμμών, μερικές από τις οποίες είναι ορατές. Αποτελείται από ένα συνδυασμό χρωμάτων.

Οι υψηλές ενέργειες των ιόντων νατρίου (ή άλλων μετάλλων) προκαλούν γραμμές στο φάσμα UV που τα μάτια σας δεν μπορούν να δουν. Τα ηλεκτρόνια πέφτουν από ένα υψηλότερο σε χαμηλότερο επίπεδο στο άτομο μετάλλου, γεγονός που προκαλεί τα άλματα που βλέπετε στις δοκιμές φλόγας. Όταν βάζετε χλωριούχο νάτριο σε φλόγα, ορισμένα ιόντα νατρίου αποκτούν ηλεκτρόνια και γίνονται ουδέτερα άτομα νατρίου όταν θερμαίνονται. Αν και η δομή ενός ατόμου νατρίου στη μη διεγερμένη του κατάσταση είναι 1s22s22p63s1, θα υπάρχουν αρκετές διεγερμένες καταστάσεις ηλεκτρονίων μέσα στη φλόγα. Τα προωθούμενα ηλεκτρόνια πέφτουν πίσω από το επίπεδο 3p1 στο κανονικό τους επίπεδο 3s, παρέχοντας στη φλόγα του νατρίου ένα έντονο πορτοκαλοκίτρινο χρώμα.

Το μέγεθος των ενεργειακών αλμάτων ποικίλλει από μέταλλο σε μέταλλο, πράγμα που σημαίνει ότι κάθε μέταλλο έχει ένα μοναδικό σχέδιο φασματικής γραμμής και ως εκ τούτου ένα ξεχωριστό χρώμα φλόγας. Οι κινήσεις των ηλεκτρονίων σε μεταλλικά ιόντα δημιουργούν χρώματα φλόγας και έχουν τη διαμόρφωση ηλεκτρονίων 1s22s22p6. Μια φλόγα μπορεί να θερμάνει ένα ηλεκτρόνιο, δίνοντάς του περισσότερη ενέργεια. Ανάλογα με το πόση ενέργεια παίρνει το ηλεκτρόνιο από τη φλόγα, μπορεί να το μετακινήσει σε υψηλότερο τροχιακό, όπως 7s ή 6p ή 4d. Η υψηλότερη και πιο ασταθής κατάσταση του ηλεκτρονίου το αναγκάζει να επιστρέψει στην αρχική του κατάσταση, αλλά όχι απαραίτητα σε μία μετάβαση.

Ποια είναι μερικά κοινά παραδείγματα χρωματισμού φλόγας;

Το νάτριο παράγει μια κίτρινη φλόγα, το λίθιο και το στρόντιο μια κόκκινη φλόγα, το ασβέστιο μια πορτοκαλί φλόγα, ο χαλκός μια μπλε φλόγα και το βάριο μια πράσινη φλόγα είναι παραδείγματα χρωματισμού της φλόγας.

Τι είναι το Flame Test;

Η δοκιμή φλόγας είναι μια κοινή αναλυτική μέθοδος στη Χημεία, και ανιχνεύει και προσδιορίζει συστατικά σε μια χημική ουσία ή ένα αλάτι. Η δοκιμή φλόγας ανιχνεύει μεταλλικά ιόντα σε μια ένωση και τα ιόντα κάθε στοιχείου έχουν διαφορετικό χαρακτηριστικό με βάση το φάσμα εκπομπής τους, επομένως η δοκιμή φλόγας είναι διαφορετική.

Το χρώμα των φλόγων που παράγονται όταν το καμένο άλας ιόντων μετάλλου δείχνει αυτή τη διάκριση. Το φάσμα εκπομπής κάθε στοιχείου περιέχει άτομα και όχι ιόντα. Οι χρωματικές γραμμές που εμφανίζονται στις δοκιμές φλόγας οφείλονται στη μετατροπή των ηλεκτρονίων σε ιόντα.

Δοκιμή Χημείας Πίσω από τη Φλόγα

Η χημεία της δοκιμής φλόγας είναι απλή. Όταν θερμαίνουμε ένα άτομο ή ένα ιόν σε υψηλή θερμοκρασία, τα ηλεκτρόνια προωθούνται από την κανονική τους μη διεγερμένη κατάσταση σε υψηλότερα τροχιακά, που περιέχουν περισσότερη ενέργεια από τα τροχιακά κανονικής ή θεμελιώδης κατάστασης.

Η ενέργεια που απελευθερώνεται όταν αυτά τα διεγερμένα ηλεκτρόνια επιστρέφουν σε χαμηλότερα επίπεδα μπορεί να συμβεί ταυτόχρονα ή σε βήματα και αυτή η ενέργεια εκπέμπεται ως φως.

Κάθε άλμα απελευθερώνει μια καθορισμένη ποσότητα φωτεινής ενέργειας και κάθε τροχιακή μετάβαση αντιστοιχεί σε μια συχνότητα ή ένα μήκος κύματος.

Αυτές οι μεταβάσεις ή άλματα καταλήγουν σε ένα φάσμα γραμμών. Αυτές οι γραμμές εμφανίζονται στο φάσμα.

Το τελικό χρώμα που βλέπουμε είναι ένας συνδυασμός όλων αυτών των χρωμάτων και είναι το χαρακτηριστικό χρώμα του στοιχείου που βλέπουμε στη δοκιμή φλόγας.

Για παράδειγμα, οι μεταπτώσεις ηλεκτρονίων συμβαίνουν σε εξαιρετικά υψηλές ενέργειες σε κάλιο, νάτριο και πολλά άλλα μεταλλικά ιόντα, με αποτέλεσμα γραμμές αόρατες στο ανθρώπινο μάτι στο φάσμα UV. Εξηγεί γιατί χρησιμοποιούνται άτομα και όχι ιόντα στη δοκιμή φλόγας.

Τα ηλεκτρόνια στα άτομα μετάλλων πέφτουν από υψηλότερα σε χαμηλότερα επίπεδα, προκαλώντας άλματα στις δοκιμές φλόγας. Όταν το χλωριούχο νάτριο, το οποίο περιέχει ιόντα νατρίου, θερμαίνεται σε υψηλές θερμοκρασίες, ορισμένα ιόντα ανακτούν τα ηλεκτρόνια τους και σχηματίζουν ουδέτερα άτομα νατρίου. Τα τροχιακά και η διαμόρφωση κάθε στοιχείου είναι κρίσιμα χαρακτηριστικά σε μια δοκιμή φλόγας.

Το μη διεγερμένο άτομο νατρίου 1s22s22p63s1 και το διεγερμένο ηλεκτρόνιο καταστάσεις εντός της φλόγας. Το νάτριο παράγει μια πορτοκαλοκίτρινη φλόγα και εμφανίζεται όταν τα προωθημένα ηλεκτρόνια επανέρχονται στο κανονικό τους επίπεδο 3s1.

Το μέγεθος των αλμάτων δυναμικής ενέργειας ποικίλλει από μέταλλο σε μέταλλο. Κάθε μέταλλο έχει ένα μοναδικό μοτίβο φασματικών γραμμών και ως εκ τούτου ένα μοναδικό χρώμα φλόγας.

Τα μέταλλα της ομάδας 1 αναγνωρίζονται ευκολότερα χρησιμοποιώντας τη δοκιμή φλόγας. Η δοκιμή φλόγας δίνει μια ιδέα για την πιθανή ένωση και όχι μια οριστική ταυτοποίηση για άλλα μέταλλα.

Περιορισμοί της δοκιμής φλόγας

• Όσο η συγκέντρωση των ιόντων είναι χαμηλή, η δοκιμή φλόγας δεν θα τα ανιχνεύσει.
• Η ένταση του φωτός ποικίλλει μεταξύ των δειγμάτων. Για παράδειγμα, οι εκπομπές κίτρινου νατρίου είναι πολύ πιο έντονες από τις εκπομπές κόκκινης λακκούβας κατά τη δοκιμή φλόγας.
• Η παρουσία μολυσματικών ουσιών ή ακαθαρσιών στο δείγμα επηρεάζει τη δοκιμή φλόγας. Για παράδειγμα, το νάτριο υπάρχει στις περισσότερες ενώσεις και δίνει το κίτρινο χρώμα της φλόγας.
• Η δοκιμή φλόγας δεν μπορεί να διακρίνει όλα τα στοιχεία. Τα περισσότερα μέταλλα δημιουργούν παρόμοια χρώματα, ενώ άλλες ενώσεις δεν προκαλούν καμία αλλαγή χρώματος.

Συμπέρασμα

Μία από τις πιο χρησιμοποιούμενες αναλυτικές τεχνικές στη χημεία είναι η δοκιμή χρωματισμού φλόγας. Είναι μια δημοφιλής μέθοδος για την ανίχνευση και την ανάλυση της παρουσίας ορισμένων συστατικών σε άλατα ή ενώσεις. Η δοκιμή φλόγας προσδιορίζει την παρουσία μεταλλικών ιόντων σε μια ένωση και δεδομένου ότι τα ιόντα κάθε στοιχείου έχουν διακριτικά χαρακτηριστικά με βάση το φάσμα εκπομπής τους, η δοκιμή φλόγας για κάθε στοιχείο είναι διαφορετική. Το χρώμα της φλόγας που παράγεται κατά την καύση συγκεκριμένων μεταλλικών ιόντων που περιέχουν αλάτι δείχνει αυτή τη διάκριση. Αξίζει να σημειωθεί ότι το φάσμα εκπομπής κάθε στοιχείου καθορίζει το χρώμα της φλόγας και όχι τα ιόντα. Οι ορατές χρωματικές γραμμές που φαίνονται στη δοκιμή φλόγας οφείλονται στη μετάβαση των ηλεκτρονίων στα άτομα.