금속 화염 방출
출처: Smaa Koraym at Johns Hopkins University, MD, USA
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이 연구실에서는 불꽃의 열로 6개의 금속 염화염의 전자를 여기시키고 이완된 전자에서 방출되는 빛의 파장을 측정합니다. 방출된 빛은 가시광선 스펙트럼에 있으므로 다른 금속에 대해 다른 색깔의 불꽃을 볼 수 있습니다.
실습이 끝나면 폭죽의 방출 스펙트럼을 측정하고 금속염에서 수집한 데이터를 사용하여 폭죽의 금속을 식별합니다. 이 프로세스를 돕기 위해 실험실 노트에 테이블을 만들어 주변광, 염분 및 폭죽에서 방출되는 파장을 기록하십시오.
표 1: 관찰된 파장
.실행 # 소스 기록된 파장 1 방 조명 2 NaCl 3 LiCl 4 KCl 5 SrCl2 6 BaCl2 7 CuCl2 8 Sparkler 이 실험실에서는 분젠 버너 불꽃의 가장자리에 소금으로 코팅된 어플리케이터를 잡고 금속염을 여기시킵니다. 어플리케이터에 불이 붙으면 즉시 물이 담긴 비커에 담아 끄십시오. 여기를 위해 화염과 폭죽 근처에 감지기를 잡고 방출된 빛의 파장을 측정합니다. 자신과 감지기를 보호하기 위해 안전한 거리를 유지하십시오. 일부 작업은 동시에 수행되므로 각 학생이 필요에 따라 작업을 완료하는 데 4명씩 그룹으로 작업하는 것이 좋습니다.
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실험복, 보안경, 니트릴 장갑을 착용하십시오.
< 데이터 하위 노트 항목 = "1-5">
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400mL 비커에 수돗물을 채우고 후드로 가져옵니다. 소금, 어플리케이터, 수돗물을 분젠 버너의 한쪽에 쉽게 닿을 수 있는 곳에 놓습니다.
< 데이터 하위 노트 항목 = "1-7">
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좋아 보이면 즉시 스펙트럼을 캡처합니다. 저장하기 전에 고품질 스펙트럼이 있는지 확인하십시오. 피크의 파장을 데이터 테이블에 기록합니다.
< 데이터 하위 노트 항목 = "1-11">
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좋은 스펙트럼이 보이면 캡처하여 저장하십시오. 모든 사람은 스펙트럼이 좋은 품질인지 확인하기 위해 스펙트럼을 검토해야 합니다. 표에 방출 파장을 기록하십시오.
< 데이터 하위 메모 항목 = "1-17">
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동일한 절차에 따라 나머지 5개의 염을 테스트하고 염 간의 교차 오염을 피하도록 주의하십시오. 마지막 소금을 테스트하고 파장을 기록했으면 폭죽에 대한 데이터 수집을 설정합니다.
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강사의 후드에서 분젠 버너로 폭죽에 불을 붙이고 삼각 플라스크에 손잡이를 놓습니다. 불꽃이 매우 뜨거울 수 있음을 기억하십시오. 분젠 버너를 끄려면 가스를 끄십시오.
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한 학생이 감지기를 폭죽 가까이에 대면 다른 학생이 데이터 수집을 시작하도록 합니다. 덜 강렬한 피크를 잃지 않고 가능한 한 많은 피크를 얻을 수 있도록 검출기를 배치합니다.
< 데이터 하위 메모 항목 = "1-21">
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수집된 데이터를 그룹의 모든 사람에게 보내고 데이터 수집 시스템을 종료하는 동안 후드에서 폭죽을 타버리십시오.
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구리, 바륨 및 스트론튬 튜브를 폐기물 후드로 가져오고 튜브를 탈이온수로 튜브를 지정된 폐기물 용기에 완전히 헹굽니다.
< 데이터 하위 노트 항목 = "1-24">
흄 후드에 분젠 버너를 설정합니다.휴대용 분광 광도계를 켜고 구성 요소를 숙지하십시오.< 데이터 - 하위 메모 - 항목 = "1-8">새 실험을 만들고 방출 강도를 측정하도록 분광계를 구성합니다. 샘플 시간을 200ms로 설정하고 주어진 파장에서 판독 횟수를 1로 설정합니다. 랩 노트북에 설정 및 실험 이름을 기록합니다.< 데이터 하위 노트 항목 = "1-9">실내 조명의 스펙트럼을 측정합니다. 한두 명의 학생이 케이블을 분리하지 않고 광학 감지기를 조명에 최대한 가깝게 잡게 합니다. 준비가 되면 다른 학생에게 분광계를 시작하게 합니다. 스펙트럼은 노이즈가 최소화되고 스케일을 벗어난 피크가 없는 선명해야 합니다. 메모: 문제가 있는 경우 프로브를 거의 닫힌 서랍이나 상자에 넣어 실내 조명을 가리키면서 햇빛을 차단하십시오.금속염의 방출 스펙트럼을 측정합니다. 분젠 버너에 불을 붙이고 불꽃이 내부 및 외부 불꽃으로 뚜렷하게 분리될 때까지 칼라를 조정합니다.< 데이터 - 하위 메모 - 항목 = "1-12">분광계를 후드로 가져오고 감지기가 화염에서 약 1인치 떨어진 곳에 있을 수 있도록 케이블을 배열합니다.< 데이터 하위 메모 항목 = "1-13">한 명의 학생에게 실행을 위해 분광계를 준비하게 합니다. 이 학생은 소금이 화염에 들어가는 즉시 데이터 수집을 시작할 수 있도록 버너를 명확하게 볼 수 있어야 합니다. 그런 다음 다른 학생이 감지기를 화염에서 1인치 이상 떨어지지 않게 잡으라고 합니다. 메모: 가까이 가면 감지기가 손상될 위험이 있습니다. 그러나 감지기가 너무 멀리 떨어져 있으면 명확한 스펙트럼을 얻을 수 없습니다.< 데이터 하위 노트 항목 = "1-14">다른 학생이 물이 담긴 비이커에서 어플리케이터 중 하나를 꺼내 NaCl 튜브에 담그고 젖은 면에 소금을 코팅하도록 합니다. 그런 다음 소금으로 코팅된 어플리케이터를 외부 화염에 약 1mm 정도 조심스럽게 삽입하면 색이 변합니다.< 데이터 하위 노트 항목 = "1-15">어플리케이터가 화염에 들어갈 때 분광계를 시작합니다. 메모: 피크 농도가 스케일을 벗어난 경우 모든 피크가 검출 한계 내에 있을 때까지 검출기 위치를 조정합니다. 불꽃 색상 변화가 잘 보이지 않으면 동일한 애플리케이터에 소금을 더 많이 넣고 강렬한 색상이 보일 때까지 다시 시도하십시오. 스펙트럼에 잡음이 있거나 약하면 감지기를 화염의 다른 부분으로 향하게 하십시오.NaCl 애플리케이터를 폐수 비커에 담그십시오. 각 소금에 대해 항상 다른 어플리케이터를 사용하십시오.좋아 보이면 스펙트럼을 캡처하고 저장합니다. 표에 파장을 적어 두는 것을 잊지 마십시오. 메모: 스파클러의 수명이 긴 경우 두 번째 스펙트럼을 수집하고 가장 적합한 스펙트럼을 선택하거나 분석을 위해 둘 다 보관하십시오.나트륨, 칼륨 및 리튬 염을 배수구로 씻어내고 나머지 시험관을 헹굽니다. 시험관과 다른 장비를 치우십시오.< 데이터 하위 메모 항목 = "1-25">재와 폭죽 손잡이가 식으면 쓰레기통에 버리십시오. -
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< 데이터 하위 메모 항목 = "2-1">
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스파클러 스펙트럼을 실내 조명의 배경 스펙트럼과 비교합니다. 실내 조명에서 어떤 작은 봉우리가 나타날 수 있는지 확인하십시오.
< 데이터 하위 노트 항목 = "2-3">
먼저 y축에 강도, x축에 파장을 사용하여 각 실행에 대한 데이터를 플로팅합니다.금속 스펙트럼을 스파클러 스펙트럼과 비교하십시오. 나트륨은 약 589nm에서 피크의 원인으로 보입니다. 리튬 스펙트럼과 일치하는 피크는 없지만 칼륨은 770nm의 큰 피크와 일치합니다.< 데이터 하위 노트 항목 = "2-4">스파클러 스펙트럼에는 스트론튬 피크가 없는 것 같습니다. 그러나 바륨은 스파클러 스펙트럼의 여러 피크와 잘 어울립니다. 마지막으로, 폭죽에 구리가 없는 것 같습니다. 따라서 우리는 스펙트럼을 획득했을 때 폭죽이 나트륨, 칼륨 및 바륨을 태우고 있었다고 결론을 내립니다. -
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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.