What happens when metal chloride salts are heated in a flame?

When metal chloride salts are heated in a flame, their electrons become excited by the thermal energy. As these electrons relax back to their ground state, they emit light at specific wavelengths characteristic of each metal. The emitted light is visible, producing different colored flames for different metals, allowing identification through wavelength measurement.

How do you measure the emission spectrum of metal salts in this lab?

Hold a salt-coated applicator about 1 mm into the outer flame of a Bunsen burner while positioning a hand-held spectrophotometer detector approximately one inch from the flame. Start data collection when the applicator enters the flame. The spectrometer records emission intensity across wavelengths, capturing peaks that identify the metal's characteristic emission wavelengths.

Why is detector distance critical when measuring flame emission spectra?

The detector must be held no closer than one inch from the flame to avoid damage to the sensitive equipment. However, if positioned too far away, the spectrum becomes unclear and weak. Optimal distance balances detector protection with signal quality, ensuring peaks remain within detection limits and noise is minimized.

What does comparing a sparkler spectrum to metal salt spectra reveal?

By comparing the sparkler's emission spectrum to reference spectra from known metal chloride salts, you can identify which metals are present in the sparkler. Matching peaks at specific wavelengths indicate the presence of particular metals. For example, a peak at 589 nm matches sodium, while peaks at 770 nm match potassium.

How should you handle cross-contamination when testing multiple metal salts?

Always use a different applicator for each salt to prevent cross-contamination between samples. After testing each salt, submerge the used applicator in a wastewater beaker. This ensures that each metal salt measurement remains pure and unaffected by residue from previously tested salts.

What adjustments improve spectrum quality if peaks appear off-scale or noisy?

If peak intensities are off-scale, adjust the detector position until all peaks fall within detection limits. If the spectrum is noisy or weak, try pointing the detector at a different part of the flame. Repositioning the detector helps optimize signal strength and clarity without damaging equipment.

Why is plotting intensity versus wavelength essential for analyzing emission data?

Plotting intensity on the y-axis and wavelength on the x-axis creates a visual representation of each metal's unique emission pattern. This graph allows direct comparison between the sparkler spectrum and reference metal spectra, making it easier to identify matching peaks and determine which metals are present in the sparkler.

Emisión de llamas metálicas

Conceptos Preparación del instructor Protocolo del estudiante

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La prueba de llama es una técnica analítica en la que se aplica una muestra a una llama y se utiliza el espectro de emisión característico para identificar diferentes elementos. Cuando esta técnica se utiliza para identificar especies metálicas, se denomina prueba de emisión de llamas metálicas. Cuando se aplica suficiente energía a algunos metales a través de una llama caliente, emiten luz con una longitud de onda o color característico. Se puede ver claramente este fenómeno cuando se observa un espectáculo de fuegos artificiales.

Diferentes metales emiten diferentes colores. Por lo tanto, podemos usar el color de la luz emitida para determinar el metal presente. Pero antes de profundizar en la técnica, demos un paso atrás. Los átomos tienen múltiples niveles de energía para sus electrones, que son diferentes para cada elemento.

Cuando un electrón está en su nivel de energía más bajo posible, se dice que está en su estado fundamental. Cuando un átomo absorbe energía, se excita y los electrones del átomo pasan del estado fundamental a un nivel de energía más alto. Cuando los electrones se relajan a un estado más bajo, o al estado fundamental, el exceso de energía obtenida se libera en forma de luz emitida.

La longitud de onda de la luz emitida depende del nivel de energía al que se excitó el electrón y del nivel al que se relaja. Esta longitud de onda emitida, o color de luz, es específica del átomo presente y se utiliza para identificar una muestra de metal en la prueba de emisión de llama metálica.

En la prueba de emisión de llama metálica, aplicamos una muestra de metal a una llama caliente y observamos el color de la luz emitida. Por ejemplo, el bario emitirá un color verde amarillento en la llama, mientras que el cobre emite un azul verdoso y el potasio un púrpura rosado.

Ahora, una muestra en realidad consiste en el metal, iones metálicos, óxidos metálicos, hidróxidos metálicos y sales metálicas. Y dado que los átomos y las moléculas absorben y liberan energía de manera diferente, la luz emitida en realidad contiene un rango de longitudes de onda e intensidades que forman un espectro de emisión.

Un espectrofotómetro se utiliza para medir el rango de longitudes de onda de la luz emitida.

En este laboratorio, utilizará la prueba de emisión de llama metálica para identificar varios metales y luego analizará la luz emitida y absorbida con un espectrofotómetro.

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Fuente: Smaa Koraym de la Universidad Johns Hopkins, MD, EE.UU.

Prueba de Emisión de Llamas MetálicasExpandir
En este laboratorio, excitará los electrones de seis sales de cloruro metálico con el calor de una llama y medirá la longitud de onda de la luz emitida por los electrones relajantes. La luz emitida está en el espectro visible, por lo que verá llamas de diferentes colores para los diferentes metales.

Al final del laboratorio, medirá el espectro de emisión de una bengala y utilizará los datos que recopiló de las sales metálicas para identificar los metales en la bengala. Para ayudar con este proceso, haz una tabla en tu cuaderno de laboratorio para registrar las longitudes de onda emitidas por la luz ambiental, las sales y la bengala.

Tabla 1: Longitudes de onda observadas

Run # Source Longitud(es) de onda grabada(s)
1 Luces de la habitación
2 NaCl
3 LiCl
4 KCl
5 SrCl₂
6 BaCl₂
7 CuCl₂
8 Sparkler

Haga clic aquí para descargar la Tabla 1

Durante este laboratorio, sostendrá un aplicador recubierto de sal en el borde de la llama de un mechero Bunsen para excitar las sales metálicas. Si el aplicador se incendia, apágalo inmediatamente en un vaso de precipitados con agua. Para la excitación, sostendrá un detector cerca de la llama y la bengala para medir las longitudes de onda de la luz emitida. Mantenga una distancia segura para protegerse a sí mismo y al detector. Como algunas tareas se realizan simultáneamente, le sugerimos que trabaje en grupos de cuatro y que cada estudiante complete las tareas según sea necesario.
- Ponte una bata de laboratorio, gafas de seguridad y guantes de nitrilo.
- Instala el quemador Bunsen en la campana extractora.
- Llena un vaso de precipitados de 400 ml con agua del grifo y llévalo al capó. Coloque las sales, los aplicadores y el agua del grifo al alcance de la mano en un lado del mechero Bunsen.
- Encienda el espectrofotómetro de mano y familiarícese con sus componentes.
- Crea un nuevo experimento y configura el espectrómetro para medir la intensidad de la emisión. Establezca el tiempo de muestreo en 200 ms y el número de lecturas en una longitud de onda determinada en 1. Registre la configuración y el nombre del experimento en los blocs de notas de laboratorio.
- Mide el espectro de las luces de la habitación. Pida a uno o dos estudiantes que sostengan el detector óptico lo más cerca posible de las luces sin desconectar los cables. Una vez que esté listo, pídale a otro estudiante que encienda el espectrómetro. El espectro debe ser claro, con un ruido mínimo y sin picos fuera de escala. nota: Si tiene problemas, sostenga la sonda en un cajón o caja casi cerrada para protegerla de la luz solar mientras la apunta a las luces de la habitación.
- Captura inmediatamente el espectro cuando se vea bien. Confirme que tiene un espectro de alta calidad antes de guardarlo. Registre las longitudes de onda de los picos en su tabla de datos.
- Mide los espectros de emisión de las sales metálicas. Encienda el mechero Bunsen y ajuste el collar hasta que la llama se separe claramente en una llama interior y otra exterior.
- Lleve el espectrómetro a la campana y coloque los cables de manera que el detector pueda sostenerse aproximadamente a una pulgada de la llama.
- Pida a un estudiante que prepare el espectrómetro para la ejecución. Este estudiante debe tener una visión clara del quemador para que pueda comenzar a adquirir datos tan pronto como la sal ingrese a la llama. Luego, pida a otro estudiante que sostenga el detector a no menos de una pulgada de la llama. nota: Si se acerca, se corre el riesgo de dañar el detector. Pero no obtendrá un espectro claro si el detector está demasiado lejos.
- Pida a otro estudiante que tome uno de los aplicadores del vaso de precipitados de agua y lo sumerja en el tubo de NaCl para cubrir el algodón húmedo con la sal. Luego, inserte con cuidado el aplicador recubierto de sal aproximadamente 1 mm en la llama exterior, que cambiará de color.
- Enciende el espectrómetro cuando el aplicador entra en la llama. nota: Si las intensidades de los picos están fuera de escala, ajuste la posición del detector hasta que todos los picos estén dentro de los límites de detección. Si el cambio de color de la llama es difícil de ver, recoja más sal en el mismo aplicador y vuelva a intentarlo hasta que vea un color intenso. Si el espectro es ruidoso o débil, intente apuntar el detector a una parte diferente de la llama.
- Cuando veas un buen espectro, captúralo y guárdalo. Todos deben revisar el espectro para asegurarse de que sea de buena calidad. Anota las longitudes de onda de emisión en tu tabla.
- Sumerge el aplicador de NaCl en tu vaso de aguas residuales. Utilice siempre un aplicador diferente para cada sal.
- Siga el mismo procedimiento para probar las cinco sales restantes, teniendo cuidado de evitar la contaminación cruzada entre las sales. Una vez que hayas probado la última sal y registrado las longitudes de onda, configura la recopilación de datos para la bengala.
- En la campana del instructor, enciende la bengala con el mechero Bunsen y colócala con el mango en el matraz Erlenmeyer. Recuerde, las chispas pueden estar muy calientes. Apague el gas para apagar el mechero Bunsen.
- Mientras un estudiante sostiene el detector cerca de la bengala, haz que otro estudiante comience la recolección de datos. Coloque el detector para obtener tantos picos de escala como sea posible sin perder los picos menos intensos.
- Captura y guarda el espectro una vez que se vea bien. Recuerde anotar las longitudes de onda en su tabla. nota: Si la bengala es de larga vida, recoja un segundo espectro y elija el mejor o guarde ambos para el análisis.
- Deja que la bengala se queme en el capó mientras envías los datos recopilados a todos en el grupo y apagas el sistema de adquisición de datos.
- Lleve los tubos de cobre, bario y estroncio a la campana de residuos y enjuague bien los tubos con agua desionizada en el contenedor de residuos designado.
- Tira las sales de sodio, potasio y litio por el desagüe y enjuaga los tubos de ensayo restantes. Guarde los tubos de ensayo y el resto del equipo.
- Una vez que las cenizas y el mango de la bengala se hayan enfriado, tíralos a la basura.
Resultadosexpandir
- Primero, grafíe los datos para cada ejecución con intensidad en el eje y y longitud de onda en el eje x.
- Compara el espectro de bengalas con el espectro de fondo de las luces de la habitación. Identifique qué picos pequeños pueden provenir de las luces de la habitación.
- Compara los espectros metálicos con el espectro de bengalas. El sodio parece ser la fuente del pico a unos 589 nm. No hay picos que coincidan con el espectro de litio, pero el potasio coincide con el gran pico a 770 nm.
- El espectro de la bengala no parece tener picos de estroncio. Sin embargo, el bario es una buena combinación para varios picos en el espectro de bengalas. Por último, no parece haber cobre en la bengala. Por lo tanto, concluimos que la bengala estaba quemando sodio, potasio y bario cuando se adquirió el espectro.