פליטת להבת מתכת
מקור: סמאא קורים באוניברסיטת ג'ונס הופקינס, MD, ארה"ב
- Metal Flame Emission Testing
במעבדה זו תעוררו את האלקטרונים של שישה מלחי מתכת כלוריד בחום מלהבה ותמדדו את אורך הגל של האור הנפלט מהאלקטרונים המרגיעים. האור הנפלט נמצא בספקטרום הנראה, כך שתראו להבות בצבעים שונים למתכות השונות.
בסוף המעבדה, תמדוד את ספקטרום הפליטה של ניצוץ ותשתמש בנתונים שאספת ממלחי המתכת כדי לזהות את המתכות בניצוץ. כדי לסייע בתהליך זה, הכינו טבלה במחשב המעבדה שלכם כדי לתעד את אורכי הגל הנפלטים מאור הסביבה, מהמלחים ומהנצנוץ.
טבלה 1: אורכי גל נצפים
Run # Source אורכי גל מוקלטים 1 תאורת החדר 2 NaCl 3 LiCl 4 KCl 5 SrCl2 6 BaCl2 7 CuCl2 8 Sparkler במהלך מעבדה זו, תחזיקו אפליקטור מצופה מלח בקצה להבת מבער בונזן כדי לעורר את מלחי המתכת. אם המוליך עולה באש, מיד להרוות אותו בכוס מים. לעירור, תחזיקו גלאי ליד הלהבה והניצוץ כדי למדוד את אורכי הגל של האור הנפלט. שמור על מרחק בטוח כדי להגן על עצמך ועל הגלאי. מכיוון שחלק מהמשימות מבוצעות בו זמנית, אנו מציעים לעבוד בקבוצות של ארבעה כאשר כל תלמיד משלים משימות לפי הצורך.
-
לבשו מעיל מעבדה, משקפי בטיחות וכפפות ניטריל.
-
הגדר את מבער Bunsen במכסה האדים.
-
מלאו של 400 מ"ל במי ברז והביאו אותה למכסה המנוע. הניחו את המלחים, האפליקטורים ומי הברז בהישג יד בצד אחד של מבער הבונזן.
-
הפעל את הספקטרופוטומטר הידני והכר את מרכיביו.
-
צור ניסוי חדש והגדר את הספקטרומטר למדידת עוצמת הפליטה. הגדר את זמן הדגימה ל- 200 אלפיות השנייה ואת מספר הקריאות באורך גל נתון ל- 1. רשום את ההגדרות ואת שם הניסוי במחברות המעבדה שלך.
-
מדדו את ספקטרום אורות החדר. בקש מתלמיד אחד או שניים להחזיק את הגלאי האופטי קרוב ככל האפשר לאורות מבלי לנתק את הכבלים. ברגע שאתה מוכן, בקש מתלמיד אחר להתחיל את הספקטרומטר. הספקטרום צריך להיות ברור, עם רעש מינימלי וללא פסגות מחוץ לסולם. הערה: אם אתם מתקשים, החזיקו את הגשושית במגירה או בקופסה כמעט סגורה כדי להגן עליה מפני אור השמש תוך כדי כיוונה אל אורות החדר.
-
לכוד מיד את הספקטרום כשהוא נראה טוב. ודא שיש לך ספקטרום איכותי לפני ששמרת אותו. רשום את אורכי הגל של הפסגות בטבלת הנתונים.
-
למדוד את ספקטרום הפליטה של מלחי המתכת. הציתו את מבער הבונזן וכווננו את הצווארון עד שהלהבה תיפרד באופן ברור ללהבה פנימית וחיצונית.
-
הביאו את הספקטרומטר למכסה המנוע וסדרו את הכבלים כך שניתן יהיה להחזיק את הגלאי במרחק של סנטימטר אחד מהלהבה.
-
בקש מתלמיד אחד להכין את הספקטרומטר לריצה. תלמיד זה צריך לראות בבירור את המבער כדי שיוכל להתחיל לרכוש נתונים ברגע שהמלח נכנס ללהבה. לאחר מכן, בקש מתלמיד אחר להחזיק את הגלאי במרחק של לא יותר מסנטימטר אחד מהלהבה. הערה: כל קרוב יותר מסתכן בפגיעה בגלאי. אבל לא תקבל ספקטרום ברור אם הגלאי רחוק מדי.
-
בקש מתלמיד אחר לקחת את אחד המוליכים מכוס המים ולטבול אותו בצינור של NaCl כדי לצפות את הכותנה הרטובה במלח. לאחר מכן, בזהירות להכניס את המוליך מצופה מלח על 1 מ"מ לתוך הלהבה החיצונית, אשר ישנה צבע.
-
הפעל את הספקטרומטר כאשר המוליך נכנס ללהבה. הערה: אם עוצמות השיא הן מחוץ לקנה המידה, התאם את מיקום הגלאי עד שכל הפסגות יהיו בגבולות הזיהוי. אם קשה לראות את שינוי צבע הלהבה, הרימו עוד מלח על אותו אפליקטור ונסו שוב עד שתראו צבע עז. אם הספקטרום רועש או חלש, נסו לכוון את הגלאי לחלק אחר של הלהבה.
-
כאשר אתה רואה ספקטרום טוב, לכוד ושמור אותו. כולם צריכים לבדוק את הספקטרום כדי לוודא שהוא באיכות טובה. רשום את אורכי גל הפליטה בטבלה שלך.
-
שקעו את המוליך NaCl במיכל השפכים שלכם. השתמשו תמיד באפליקטור שונה לכל מלח.
-
בצע את אותו הליך כדי לבדוק את חמשת המלחים הנותרים, תוך הקפדה על מניעת זיהום צולב בין המלחים. לאחר שבדקתם את המלח האחרון ותיעדתם את אורכי הגל, הגדירו איסוף נתונים עבור הנוצץ.
-
במכסה המנוע של המדריך, הדליקו את הנצנוץ עם מבער Bunsen והניחו אותו על ידית האחיזה בבקבוק Erlenmeyer. זכרו, הניצוצות עשויים להיות חמים מאוד. כבו את הגז כדי לכבות את מבער הבונזן.
-
כאשר תלמיד אחד מחזיק את הגלאי קרוב לניצוץ, בקש מתלמיד אחר להתחיל באיסוף נתונים. מקם את הגלאי כדי לקבל כמה שיותר פסגות בקנה מידה מבלי לאבד את הפסגות הפחות אינטנסיביות.
-
לכוד ושמור את הספקטרום ברגע שהוא נראה טוב. זכור לרשום את אורכי הגל בטבלה שלך. הערה: אם הניצוץ הוא בעל תוחלת חיים ארוכה, אספו ספקטרום שני ובחרו את הטוב ביותר או שמרו את שניהם לניתוח.
-
תן לניצוץ להישרף במכסה המנוע בזמן שאתה שולח את הנתונים שנאספו לכל חברי הקבוצה ומכבה את מערכת איסוף הנתונים.
-
הביאו את צינורות הנחושת, הבריום והסטרונציום למכסה הפסולת ושטפו היטב את הצינורות במים נטולי יונים.
-
יש לשטוף את מלחי הנתרן, האשלגן והליתיום במורד פתח הניקוז ולשטוף את המבחנות הנותרות. הניחו בצד את המבחנות ואת שאר הציוד.
-
לאחר שהאפר וידית הניצוץ התקררו, זרקו אותם לפח.
-
- Results
-
ראשית, התווה את הנתונים עבור כל ריצה עם עוצמה על ציר y ואורך גל על ציר x.
-
השווה את הספקטרום הנוצץ לספקטרום הרקע מנורות החדר. זהה אילו פסגות קטנות עשויות להיות מנורות החדר.
-
השווה את ספקטרום המתכת לספקטרום הנוצץ. נראה כי נתרן הוא המקור לשיא של כ-589 ננומטר. אין פסגות התואמות את ספקטרום הליתיום, אך אשלגן מתאים לשיא הגדול ב-770 ננומטר.
-
נראה שלספקטרום הנוצץ אין פסגות סטרונציום. עם זאת, בריום מתאים למספר פסגות בספקטרום הנוצץ. לבסוף, לא נראה שיש נחושת בניצוץ. לפיכך, אנו מסיקים כי הניצוץ שרף נתרן, אשלגן ובריום כאשר הספקטרום נרכש.
-
View the full transcript and gain access to JoVE Lab Manual videos
Q1: 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.
Q2: 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.
Q3: 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.
Q4: 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.
Q5: 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.
Q6: 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.
Q7: 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.