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.