Flammenfärbung

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Flammenfärbung
Kr√§ftig gr√ľne Alkylboratflamme.

Die Flammenf√§rbung, auch Flammprobe genannt, ist eine Methode zur Analyse von chemischen Elementen oder deren Ionen (Nachweisreaktion). Die Methode beruht darauf, dass die Elemente oder Ionen in einer farblosen Flamme Licht spezifischer Wellenl√§ngen abgeben, das f√ľr jedes Element charakteristisch ist. Die Flammenf√§rbung entsteht durch Energieumwandlung von W√§rmeenergie zu Strahlungsenergie. Die Umwandlung kommt durch Valenzelektronen zustande, die durch die W√§rmeenergie in einen angeregten Zustand gehoben werden und unter der Abgabe von Licht wieder zur√ľckfallen. Stoffe, mit denen Flammenf√§rbung m√∂glich ist, finden aufgrund dieser Eigenschaft in der Pyrotechnik Anwendung.

Bei der Flammenf√§rbung wird die Stoffprobe meist einfach auf einem Platindraht oder einem Magnesiast√§bchen in die farblose Flamme eines Bunsenbrenners gehalten. Aufgrund der Farbe kann nun auf die Ionen in der Probe r√ľckgeschlossen werden, allerdings √ľberdeckt die sehr intensive gelbe Flammenf√§rbung des Natriums oft alle anderen Flammenf√§rbungen. Mit Sicherheit kann nur mit Hilfe eines Spektroskops entschieden werden, welche Elemente in der Probe vorliegen, zumal sich z. B. die Flammenf√§rbungen von Kalium und Rubidium recht √§hnlich sind.

Zu unterscheiden ist die Flammenf√§rbung von der Lichtabgabe der Edelgase, die auch auf einem angeregten Zustand basiert, welche aber durch Strom, nicht durch eine Flamme herbeigef√ľhrt wird.

Inhaltsverzeichnis

Erklärung der Flammenfärbung

Grafische Darstellung der Elektronen-Anhebung und dem Zur√ľckfallen am Valenzschalenmodell

Alle Elemente senden bei hohen Temperaturen Licht aus. Doch f√ľr Elemente, die eine Flammenf√§rbung aufweisen, geschieht dies schon bei den Temperaturen, die in einer Flamme herrschen.

Die √§u√üersten Elektronen eines Atoms werden durch Zufuhr von W√§rmeenergie (die in diesem Fall durch eine Verbrennung entsteht) auf ein vom Atomkern weiter entferntes, nicht von Elektronen besetztes Energieniveau ‚Äď in einen angeregten Zustand ‚Äď gehoben. Diese Elektronen besitzen nun eine h√∂here potentielle Energie. Die negativ geladenen Elektronen fallen aber meist in Sekundenbruchteilen wieder auf das energie√§rmere Ausgangs-Energieniveau zur√ľck. Die beim Zur√ľckfallen frei werdende Energie wird als Photon (Lichtteilchen) abgegeben. Man spricht von einem Quant. Es ist durch eine genau definierte Energie und somit auch mit einer einzigen Wellenl√§nge gekennzeichnet.

Das Zur√ľckfallen der Elektronen auf energie√§rmere Energieniveaus kann auch stufenweise erfolgen. Bei jedem Zur√ľckfallen dieses Elektrons auf ein energie√§rmeres Energieniveau gibt es nun Licht einer ganz bestimmten Wellenl√§nge (Farbe), und damit einer ganz bestimmten Energie, ab.

Farbe der Flammenfärbung

Weitere Flammenfärbungen:

Die freigegebene Lichtenergie h√§ngt von der Differenz der Energieniveaus őĒE ab. Diese Differenz ist f√ľr jedes Element unterschiedlich. Die Energie der Photonen bestimmt ihre Wellenl√§nge őĽ und damit die Farbe. So ergibt sich die spezifische Flammenf√§rbung.

\Delta E = h\cdot \frac{c}{\lambda } = h \cdot \nu

mit

c = Lichtgeschwindigkeit
h = Plancksches Wirkungsquantum
őĽ = Wellenl√§nge
őĹ = Frequenz

Weist ein Element eine spezifische Flammenf√§rbung auf, dann weisen auch viele Verbindungen seiner Ionen diese Flammenf√§rbung auf (Beispiel: Bariumsulfat weist eine gr√ľnliche Flammenf√§rbung auf, Bariumphosphat nicht). Sehr viele Elemente senden bei hohen Temperaturen sichtbare Spektrallinien aus. Einige Elemente wurden sogar nach der Farbe ihrer bei der Flammenf√§rung beobachteten Spektrallinien benannt: Caesium (lateinisch: himmelblau) , Rubidium (lateinisch: dunkelrot) und Indium (indigoblaue Spektrallinie).

Moderne Techniken

Bessere Möglichkeiten als die klassische Flammenfärbung mit Hilfe des Auges bieten die spektroskopischen Verfahren der Atomspektroskopie, die eine Art Weiterentwicklung dieser mit Hilfe von Messinstrumenten darstellen. Das Auge wird hier durch das Spektrometer ersetzt, welches die Lage der Spektrallinien sehr viel besser auflöst, sowie auch die nicht sichtbaren Bereiche des elektromagnetischen Spektrums je nach Spektroskopieart (z.B. IR- oder UV/VIS-Spektroskopie) zur Analyse nutzt. Außerdem ist es weit besser als das Auge in der Lage, die Stärke der Spektrallinien zu bestimmen, wodurch eine quantitative Analyse möglich wird.

Literatur

  • W. Biltz, W. Fischer, Ausf√ľhrung qualitativer Analysen anorganischer Stoffe, 16. Auflage, Harri Deutsch, Frankfurt am Main, 1976.
  • G. Jander, E. Blasius, Einf√ľhrung in das anorganisch chemische Grundpraktikum, 14. Auflage, S. Hirzel Verlag, Stuttgart, 1995, ISBN 3-7776-0672-3

Weblinks

 Commons: Flammenf√§rbung ‚Äď Album mit Bildern und/oder Videos und Audiodateien

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