Emisja płomienia metalu

Emisja płomienia metalu

Badanie płomienia to technika analityczna, w której próbkę umieszcza się w płomieniu, a do identyfikacji substancji wykorzystuje się charakterystyczny kolor płomienia. Każdy element ma charakterystyczną emisję światła po umieszczeniu w płomieniu, co oznacza, że każdy element wytwarza niepowtarzalny kolor. Zjawisko to jest wykorzystywane w pokazach fajerwerków, gdzie kolor fajerwerków odpowiada określonej charakterystyce metalu. Emisja kolorowego światła z palącej się próbki jest bezpośrednim wynikiem pochłaniania energii przez składnik metaliczny w wyniku wzbudzenia z płomienia i w rezultacie emitowania światła.

Wzbudzenie elektronów

Kiedy gatunek atomowy lub molekularny pochłania energię, energia jest wykorzystywana na cztery różne sposoby. Po pierwsze, energia jest wykorzystywana w translacji, powodując szybszy ruch cząsteczek. Po drugie, energia jest wykorzystywana w wibracjach, co powoduje gwałtowną zmianę odległości między gatunkami. Po trzecie, energia powoduje rotację, która indukuje rotację atomów wokół wiązań w cząsteczce. Wreszcie pochłonięta energia powoduje wzbudzenie elektronów, co powoduje, że elektrony przemieszczają się na wyższy poziom energetyczny z najbardziej stabilnego lub podstawowego stanu.

Zgodnie z modelem wodoru Bohra elektrony w atomie występują w stanach dyskretnych, które odpowiadają poszczególnym powłokom lub orbitalom wokół jądra. Najniższy stan energetyczny nazywany jest stanem podstawowym i jest reprezentowany przez zapis n = 1. Wzbudzone stany energetyczne mają wyższe energie i są reprezentowane przez zapis n = 2, 3, 4 itd.

Aby elektrony mogły przejść do wyższego stanu energetycznego, muszą pochłonąć ilość energii, która jest równa różnicy między ich stanem podstawowym a wyższym stanem energetycznym. Na przykład, jeśli elektron pochłonie ilość energii, która jest równa różnicy między stanem podstawowym a poziomem energetycznym n=3, elektron przesunie się na poziom energetyczny n=3. Elektron może spontanicznie zrelaksować się z powrotem do stanu podstawowego lub dowolnego innego niższego poziomu energetycznego. Kiedy tak się dzieje, emitowany jest foton, który uwalnia pochłoniętą energię.

Uwolniona energia jest emitowana w postaci światła. Emitowane światło ma charakterystyczną energię, a co za tym idzie długość fali, która koreluje z poziomami energetycznymi atomu. Światło widzialne, czyli światło, które ludzie mogą zobaczyć oczami, waha się od około 400 nm do 700 nm w widmie elektromagnetycznym.

Absorpcje i emisje atomowe to dyskretne długości fal, zwane liniami. Linie te są unikalnymi cechami elementu, takimi jak kod kreskowy, i mogą być używane do identyfikacji elementu.

Test emisji płomienia metalu

W teście emisji płomienia metalu próbkę metalu umieszcza się w płomieniu. Płomień dostarcza energii do wzbudzenia elektronów na wyższy poziom energetyczny. Gdy elektrony rozluźniają się z powrotem do stanu podstawowego, emitowane jest światło o określonej energii w stosunku do poziomów energetycznych atomów w próbce. Ponieważ różne atomy mają różne poziomy energii, energia pochłonięta i wyemitowana z próbki, a tym samym długość fali, jest specyficzna dla próbki.

Metale mają charakterystyczne długości fal emisji atomowej w zakresie widzialnym, które można łatwo określić za pomocą oględzin. Na przykład lit emituje kolor czerwony, sód emituje kolor żółty, potas emituje kolor różowo-fioletowy, a bar emituje kolor żółto-zielony.

Podczas gdy emisje atomowe są dyskretnymi długościami fal lub liniami, większość próbek metali zawiera nie tylko metal, ale także różne jony metali, tlenki i sole. Ponieważ każdy atom pochłania i emituje charakterystyczną długość fali światła, pochłonięte i wyemitowane światło z testu płomienia zawiera zakres długości fal. W ten sposób widma absorpcji i emisji atomowej można zmierzyć dla próbki za pomocą spektrofotometru.

Długości fal i kształty widm są unikalne dla każdej substancji. Na przykład względna intensywność cech w widmie zależy od koncentracji gatunków. Natężenia bezwzględne zależą od odległości od próbki do spektrofotometru.

Odwołania

1. Kotz, J.C., Treichel Jr, P.M., Townsend, J.R. (2012). Chemia i reaktywność chemiczna. Belmont, Kalifornia: Brooks/Cole, Cengage Learning.
2. Silderberg, M.S. (2009). Chemia: molekularna natura materii i zmiana. Boston, Massachusetts: McGraw Hill.
3. Harris, D.C. (2015). Ilościowa analiza chemiczna. Nowy Jork, NY: W.H. Freeman and Company.

Badanie płomienia to technika analityczna, w której próbkę nakłada się na płomień, a charakterystyczne widmo emisji wykorzystuje się do identyfikacji różnych pierwiastków. Kiedy ta technika jest stosowana do identyfikacji gatunków metali, nazywa się to badaniem emisji płomienia metalu. Kiedy wystarczająca ilość energii zostanie przyłożona do niektórych metali za pomocą gorącego płomienia, emitują one światło o charakterystycznej długości fali lub kolorze. Zjawisko to widać wyraźnie podczas oglądania pokazu sztucznych ogni.

Różne metale wydzielają różne kolory. W ten sposób możemy wykorzystać kolor emitowanego światła do określenia obecnego metalu. Ale zanim zagłębimy się w tę technikę, cofnijmy się o krok. Atomy mają wiele poziomów energii swoich elektronów, które są różne dla każdego pierwiastka.

Kiedy elektron znajduje się na najniższym możliwym poziomie energetycznym, mówi się, że jest w stanie podstawowym. Kiedy atom pochłania energię, zostaje wzbudzony, a elektrony w atomie przemieszczają się ze stanu podstawowego na wyższy poziom energetyczny. Kiedy elektrony rozluźniają się z powrotem do stanu niższego lub stanu podstawowego, nadmiar uzyskanej energii jest uwalniany w postaci emitowanego światła.

Długość fali emitowanego światła zależy od poziomu energii, do którego elektron został wzbudzony i poziomu, do którego się relaksuje. Ta emitowana długość fali lub kolor światła jest specyficzny dla obecnego atomu i służy do identyfikacji próbki metalu w teście emisji płomienia metalu.

W teście emisji płomienia metalu przykładamy próbkę metalu do gorącego płomienia i obserwujemy barwę emitowanego światła. Na przykład bar będzie emitował w płomieniu żółtawo-zielony kolor, podczas gdy miedź będzie emitować niebieski, a potas różowo-fioletowy.

Teraz próbka składa się z metalu, jonów metali, tlenków metali, wodorotlenków metali i soli metali. A ponieważ atomy i cząsteczki absorbują i uwalniają energię w różny sposób, emitowane światło w rzeczywistości zawiera zakres długości fal i intensywności tworzących widmo emisyjne.

Spektrofotometr służy do pomiaru zakresu długości fal emitowanego światła. Możemy również badać pochłonięte długości fal. Pamiętaj, że atomy pochłaniają energię, zanim ją uwolnią. Światło pochłaniane różni się od światła emitowanego.

Ludzkie oko widzi emitowane światło, które jest komplementarne do światła pochłoniętego. Jeśli spojrzymy na koło kolorów, zobaczymy, że kolory uzupełniające znajdują się dokładnie naprzeciwko siebie. Tak więc, jeśli emitowane światło jest zielone, oznacza to, że próbka pochłania światło czerwone.

W tym laboratorium użyjesz testu emisji płomienia metalu do identyfikacji różnych metali, a następnie przeanalizujesz wyemitowane i pochłonięte światło za pomocą spektrofotometru.