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.

Émission de flammes métalliques

Notions Préparation de l'instructeur Protocole étudiant

0 vues02:47 min

Le test de flamme est une technique analytique dans laquelle un échantillon est appliqué sur une flamme et le spectre d’émission caractéristique est utilisé pour identifier différents éléments. Lorsque cette technique est utilisée pour identifier des espèces métalliques, on parle d’essai d’émission de flamme métallique. Lorsqu’une énergie suffisante est appliquée à certains métaux par le biais d’une flamme chaude, ils émettent une lumière d’une longueur d’onde ou d’une couleur caractéristique. Vous pouvez clairement voir ce phénomène lorsque vous regardez un feu d’artifice.

Différents métaux émettent des couleurs différentes. Ainsi, nous pouvons utiliser la couleur de la lumière émise pour déterminer le métal présent. Mais avant de plonger plus loin dans la technique, prenons un peu de recul. Les atomes ont plusieurs niveaux d’énergie pour leurs électrons, qui sont différents pour chaque élément.

Lorsqu’un électron est à son niveau d’énergie le plus bas possible, on dit qu’il est à son état fondamental. Lorsqu’un atome absorbe de l’énergie, il est excité et les électrons de l’atome passent de l’état fondamental à un niveau d’énergie supérieur. Lorsque les électrons se détendent jusqu’à un état inférieur, ou à l’état fondamental, l’énergie excédentaire gagnée est libérée sous forme de lumière émise.

La longueur d’onde de la lumière émise dépend du niveau d’énergie auquel l’électron a été excité et du niveau auquel il se détend. Cette longueur d’onde émise, ou couleur de la lumière, est spécifique à l’atome présent et est utilisée pour identifier un échantillon métallique dans le test d’émission de flamme métallique.

Dans le test d’émission de flamme métallique, nous appliquons un échantillon de métal à une flamme chaude et observons la couleur de la lumière émise. Par exemple, le baryum émettra une couleur vert jaunâtre dans la flamme, tandis que le cuivre émettra un bleu-vert et le potassium un violet rosé.

Maintenant, un échantillon se compose en fait de métal, d’ions métalliques, d’oxydes métalliques, d’hydroxydes métalliques et de sels métalliques. Et comme les atomes et les molécules absorbent et libèrent de l’énergie différemment, la lumière émise contient en fait une gamme de longueurs d’onde et d’intensités formant un spectre d’émission.

Un spectrophotomètre est utilisé pour mesurer la gamme de longueurs d’onde de la lumière émise.

Dans cet atelier, vous utiliserez le test d'émission de flammes métalliques pour identifier divers métaux, puis analyserez la lumière émise et absorbée à l'aide d'un spectrophotomètre.

Print Procedure Steps

Source : Smaa Koraym de l’Université Johns Hopkins, MD, États-Unis

Essai d’émission de flamme métallique
Dans ce laboratoire, vous allez exciter les électrons de six sels de chlorure métallique avec la chaleur d’une flamme et mesurer la longueur d’onde de la lumière émise par les électrons relaxants. La lumière émise est dans le spectre visible, vous verrez donc des flammes de différentes couleurs pour les différents métaux.

À la fin de l’atelier, vous mesurerez le spectre d’émission d’un cierge magique et utiliserez les données que vous avez recueillies à partir des sels métalliques pour identifier les métaux contenus dans le cierge magique. Pour faciliter ce processus, créez une table dans votre cahier de laboratoire pour enregistrer les longueurs d’onde émises par la lumière ambiante, les sels et le cierge magique.

Tableau 1 : Longueurs d’onde observées
magique
Exécuter # Source Longueur(s) d’onde(s) enregistrée(s)
1 Lumières de la pièce
2 NaCl
3 LiCl
4 KCl
5 SrCl₂
6 BaCl₂
7 CuCl₂
8 Étincelle

Cliquez ici pour télécharger le Tableau 1

Au cours de cet atelier, vous tiendrez un applicateur enduit de sel au bord d’une flamme de bec Bunsen pour exciter les sels métalliques. Si l’applicateur prend feu, trempez-le immédiatement dans un bécher d’eau. Pour l’excitation, vous tiendrez un détecteur près de la flamme et du cierge magique pour mesurer les longueurs d’onde de la lumière émise. Gardez une distance de sécurité pour vous protéger et protéger le détecteur. Comme certaines tâches sont effectuées simultanément, nous vous suggérons de travailler en groupes de quatre, chaque élève accomplissant des tâches au besoin.
- Mettez une blouse de laboratoire, des lunettes de sécurité et des gants en nitrile.
- Installez le bec Bunsen dans la hotte.
- Remplissez un bécher de 400 ml avec de l’eau du robinet et apportez-le à la hotte. Placez les sels, les applicateurs et l’eau du robinet à portée de main sur un côté du bec Bunsen.
- Allumez le spectrophotomètre portable et familiarisez-vous avec ses composants.
- Créez une nouvelle expérience et configurez le spectromètre pour mesurer l’intensité d’émission. Réglez le temps d’échantillonnage sur 200 ms et le nombre de lectures à une longueur d’onde donnée sur 1. Enregistrez les paramètres et le nom de l’expérience dans vos cahiers de laboratoire.
- Mesurez le spectre des lumières de la pièce. Demandez à un ou deux élèves de tenir le détecteur optique aussi près que possible des lumières sans débrancher les câbles. Une fois prêt, demandez à un autre élève de démarrer le spectromètre. Le spectre doit être clair, avec un bruit minimal et aucun pic hors échelle. note: Si vous rencontrez des problèmes, tenez la sonde dans un tiroir ou une boîte presque fermée pour la protéger de la lumière du soleil tout en la pointant vers les lumières de la pièce.
- Capturez immédiatement le spectre lorsqu’il semble bon. Vérifiez que vous disposez d’un spectre de haute qualité avant de l’enregistrer. Enregistrez les longueurs d’onde des pics dans votre tableau de données.
- Mesurer les spectres d’émission des sels métalliques. Allumez le bec Bunsen et ajustez le collier jusqu’à ce que la flamme se sépare distinctement en une flamme intérieure et extérieure.
- Approchez le spectromètre du capot et disposez les câbles de manière à ce que le détecteur puisse être tenu à environ un pouce de la flamme.
- Demandez à un étudiant de préparer le spectromètre pour l’exécution. Cet étudiant doit avoir une vue dégagée du brûleur afin qu’il puisse commencer à acquérir des données dès que le sel entre dans la flamme. Ensuite, demandez à un autre élève de tenir le détecteur à moins d’un pouce de la flamme. note: Tout rapprochement risque d’endommager le détecteur. Mais vous n'obtiendrez pas un spectre clair si le détecteur est trop éloigné.
- Demandez à un autre élève de prendre l’un des applicateurs du bécher d’eau et de le tremper dans le tube de NaCl pour enrober le coton humide avec le sel. Ensuite, insérez soigneusement l’applicateur enrobé de sel d’environ 1 mm dans la flamme extérieure, qui changera de couleur.
- Démarrez le spectromètre lorsque l’applicateur entre dans la flamme. note: Si les intensités de pic sont hors échelle, ajustez la position du détecteur jusqu’à ce que tous les pics soient dans les limites de détection. Si le changement de couleur de la flamme est difficile à voir, prenez plus de sel sur le même applicateur et réessayez jusqu’à ce que vous voyiez une couleur intense. Si le spectre est bruyant ou faible, essayez de pointer le détecteur vers une autre partie de la flamme.
- Lorsque vous voyez un bon spectre, capturez-le et enregistrez-le. Tout le monde devrait examiner le spectre pour s’assurer qu’il est de bonne qualité. Notez les longueurs d’onde d’émission dans votre tableau.
- Immergez l’applicateur de NaCl dans votre bécher d’eaux usées. Utilisez toujours un applicateur différent pour chaque sel.
- Suivez la même procédure pour tester les cinq sels restants, en faisant attention à éviter la contamination croisée entre les sels. Une fois que vous avez testé le dernier sel et enregistré les longueurs d’onde, configurez la collecte de données pour le cierge magique.
- Sur le capot de l'instructeur, allumez le cierge magique avec le bec Bunsen et placez sa poignée vers le bas dans l'erlenmeyer. N’oubliez pas que les étincelles peuvent être très chaudes. Coupez le gaz pour éteindre le bec Bunsen.
- Lorsqu’un étudiant tient le détecteur près du cierge magique, demandez à un autre étudiant de commencer la collecte de données. Positionnez le détecteur de manière à obtenir autant de pics d’échelle que possible sans perdre les pics les moins intenses.
- Capturez et enregistrez le spectre une fois qu’il semble bon. N’oubliez pas de noter les longueurs d’onde dans votre tableau. note: Si le cierge magique a une longue durée de vie, collectez un deuxième spectre et choisissez le meilleur ou conservez-les tous les deux pour l’analyse.
- Laissez le cierge magique brûler dans le capot pendant que vous envoyez les données collectées à tous les membres du groupe et arrêtez le système d’acquisition de données.
- Apportez les tubes de cuivre, de baryum et de strontium à la hotte de vidange et rincez-les soigneusement avec de l’eau déminéralisée dans le conteneur à déchets désigné.
- Jetez les sels de sodium, de potassium et de lithium dans les égouts et rincez les tubes à essai restants. Rangez les tubes à essai et les autres équipements.
- Une fois que les cendres et la poignée du cierge magique ont refroidi, jetez-les à la poubelle.
Results