2.6: Випробування полум'я

Last updated
Save as PDF

Page ID: 25258

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Тест на полум'я - це складне явище, яке не повністю пояснено. Простими словами, коли розчин солей металів, наприклад, водний розчин хлоридів металів вводиться в полум'я, частина іонів металів може набирати електрони і стати нейтральними атомами металів. Електрони в атомі можуть просуватися від наземного стану до більш високого енергетичного збудженого стану сильним теплом полум'я. Збуджені електрони в кінцевому підсумку повертаються в наземний стан або за один раз, або в кілька кроків, перестрибуючи до нижчих дозволених енергетичних станів. Коли збуджені електрони перескакують з більш високих до нижчих дозволених енергетичних станів, вони випромінюють електромагнітне випромінювання певної довжини хвилі, що відповідає енергетичному зазору між енергетичними станами. Деякі з цих випромінювань можуть потрапляти у видиму частину спектра електромагнітного випромінювання. Колір, який ми бачимо, являє собою поєднання всіх кольорів в спектрі випромінювання, як показано на рис.2.7.1.рисунок\(\PageIndex{1}\).

Випробування полум'я заліза — Малюнок\(\PageIndex{1}\): Кольори полум'я за допомогою ніхромового дроту (зверху) і відповідних спектрів випромінювання (знизу) хлориду заліза (зліва) і розчинів хлориду кальцію у воді (праворуч). Спектри викидів взяті з Вікіпедії/Вікісховища, ліцензія: суспільне надбання (Creative Commons CC0)

Спектри випромінювання заліза — Малюнок\(\PageIndex{1}\): Кольори полум'я за допомогою ніхромового дроту (зверху) і відповідних спектрів випромінювання (знизу) хлориду заліза (зліва) і розчинів хлориду кальцію у воді (праворуч). Спектри викидів взяті з Вікіпедії/Вікісховища, ліцензія: суспільне надбання (Creative Commons CC0)

Точний розрив між енергетичними рівнями, дозволеними для електронів, змінюється від одного металу до іншого металу. Тому різні метали мають різні візерунки спектральних ліній у своєму спектрі випромінювання, і якщо деякі з цих спектральних ліній потрапляють у видимий діапазон спектра, вони надають полум'я різні кольори. Наприклад, наземна електронна конфігурація атома натрію становить 1s ² 2s ² 2p ⁶. Коли атом натрію знаходиться в гарячому полум'ї, деякі електрони можуть стрибати на будь-який з дозволених етапів вищої енергії, таких як 3s, 3p і т.д. знайоме інтенсивне жовте полум'я натрію є результатом збуджених електронів, що перескакують назад з 3p ¹ в наземний стан 3s ¹ рівень.

випробування полум'я кальцію за допомогою ніхромового дроту — Малюнок\(\PageIndex{2}\): Випробування полум'я кальцію за допомогою ніхромового дроту (зліва), ватного тампона (середина) і дерев'яної шини (праворуч)

Випробування полум'я кальцію за допомогою ватного тампона, змоченого розчином хлориду кальцію — Малюнок\(\PageIndex{2}\): Випробування полум'я кальцію за допомогою ніхромового дроту (зліва), ватного тампона (середина) і дерев'яної шини (праворуч)

Процедура випробування полум'я

Часто солі хлористого металу використовуються для випробувань на полум'я, оскільки вони водорозчинні і легше випаровуються в полум'ї з розчину. Солі хлористого металу спочатку розчиняють у воді. Інші солі металів спочатку обробляють 6M для\(\ce{HCl}\) розчинення їх у вигляді хлоридів металів, а потім використовують для випробування полум'я. У досліджуваний розчин занурюють інертний платиновий дріт. Зазвичай дріт має невелику петлю на кінці, щоб вийшла плівка з розчину, який випаровується в полум'я. Подача повітря і палива до полум'я регулюються для отримання несвітиться полум'я. Провід, що несе розчин солі, торкається зовнішнього краю полум'я десь посередині вертикальної осі полум'я і спостерігається колір, доданий полум'я. Ніхромовий дріт є більш дешевою альтернативою платиновому дроту, хоча ніхром може трохи змінити колір полум'я. Дерев'яна шинка або дерев'яний аплікатор з бавовняним наконечником - інші дешевші альтернативи. Аплікатор для дерев'яної шини або ватного тампона спочатку занурюють у деіонізовану або дистильовану воду на ніч, щоб бавовна або деревина не могли горіти, коли їх поміщають у полум'я на короткий час. Потім розчин солі наносять на дерев'яний кінець шини або на ватний тампон і піддають впливу полум'я.

Аплікатори з дерев'яною шиною та бавовняними наконечниками є одноразовими, тобто викидаються після одного тесту на полум'я. Платиновий дріт можна використовувати повторно після прання. Провід занурюється в 6М,\(\ce{HCl}\) а потім нагрівається в полум'я до розпеченого. Процес повторюється до тих пір, поки провід не змінить колір полум'я. Потім його можна використовувати повторно. Ніхромовий дріт можна промити таким же чином. Однак простіша альтернатива - вирізати петлю з дроту і зробити нову петлю на свіжому торцевому ділянці. Потім використовуйте дріт для наступного випробування полум'я.

Малюнок\(\PageIndex{2}\) показує, що випробування полум'я, випробувані з використанням хлориду кальцію, однаково добре працюють з ніхромовим дротом, аплікатором з бавовняним наконечником та дерев'яною шиною. \(\PageIndex{3}\)На малюнку показані кольори полум'я деяких розчинів солі хлориду металу, що піддаються впливу полум'я на ватяному тампоні аплікатора.

Малюнок\(\PageIndex{3}\): Кольори тесту полум'я, зліва направо: червоний\(\ce{CaCl2}\)\(\ce{CuCl2}\), синій, червоний\(\ce{LiCl}\), жовтий\(\ce{NaCl}\), фіолетовий\(\ce{KCl}\), червоний\(\ce{SrCl2}\), папка блискуча\(\ce{FeCl3}\) і жовто-зелена\(\ce{BaCl2}\). Джерело: взято з відео YouTube, створеного Step by Step Science.