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.

Emissão de chama de metal

Conceitos Preparação do instrutor Protocolo do estudante

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O teste de chama é uma técnica analítica em que uma amostra é aplicada a uma chama e o espectro de emissão característico é usado para identificar diferentes elementos. Quando essa técnica é usada para identificar espécies de metal, ela é chamada de teste de emissão de chama de metal. Quando energia suficiente é aplicada a alguns metais por meio de uma chama quente, eles emitem luz com um comprimento de onda ou cor característicos. Você pode ver claramente esse fenômeno ao assistir a uma queima de fogos de artifício.

Metais diferentes emitem cores diferentes. Assim, podemos usar a cor da luz emitida para determinar o metal presente. Mas antes de nos aprofundarmos na técnica, vamos dar um passo para trás. Os átomos têm vários níveis de energia para seus elétrons, que são diferentes para cada elemento.

Quando um elétron está em seu nível de energia mais baixo possível, diz-se que está em seu estado fundamental. Quando um átomo absorve energia, ele fica excitado e os elétrons no átomo se movem do estado fundamental para um nível de energia mais alto. Quando os elétrons relaxam de volta a um estado inferior, ou ao estado fundamental, o excesso de energia ganho é liberado na forma de luz emitida.

O comprimento de onda da luz emitida depende do nível de energia para o qual o elétron foi excitado e do nível para o qual ele relaxa de volta. Este comprimento de onda emitido, ou cor da luz, é específico para o átomo presente e é usado para identificar uma amostra de metal no teste de emissão de chama de metal.

No teste de emissão de chama de metal, aplicamos uma amostra de metal a uma chama quente e observamos a cor da luz emitida. Por exemplo, o bário emite uma cor verde-amarelada na chama, enquanto o cobre emite um verde-azulado e o potássio um roxo-rosado.

Agora, uma amostra na verdade consiste no metal, íons metálicos, óxidos metálicos, hidróxidos metálicos e sais metálicos. E como átomos e moléculas absorvem e liberam energia de maneira diferente, a luz emitida na verdade contém uma faixa de comprimentos de onda e intensidades formando um espectro de emissão.

Um espectrofotômetro é usado para medir a faixa de comprimentos de onda da luz emitida.

Neste laboratório, você usará o teste de emissão de chama de metal para identificar vários metais e, em seguida, analisar a luz emitida e absorvida usando um espectrofotômetro.

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Fonte: Smaa Koraym na Universidade Johns Hopkins, MD, EUA

Teste de emissão de chama de metal
Neste laboratório, você excitará os elétrons de seis sais de cloreto metálico com o calor de uma chama e medirá o comprimento de onda da luz emitida pelos elétrons relaxantes. A luz emitida está no espectro visível, então você verá chamas de cores diferentes para os diferentes metais.

No final do laboratório, você medirá o espectro de emissão de um diamante e usará os dados coletados dos sais metálicos para identificar os metais no diamante. Para ajudar nesse processo, faça uma tabela em seu caderno de laboratório para registrar os comprimentos de onda emitidos pela luz ambiente, os sais e o diamante.

Tabela 1: Comprimentos de onda observados

Run # Fonte Comprimento(s) de onda gravado(s)
1 Luzes da sala
2 NaCl
3 LiCl
4 KCl
5 SrCl₂
6 BaCl₂
7 CuCl₂
8 Sparkler

Clique aqui para baixar a Tabela 1

Durante este laboratório, você segurará um aplicador revestido de sal na borda de uma chama de bico de Bunsen para excitar os sais metálicos. Se o aplicador pegar fogo, apague-o imediatamente em um copo de água. Para excitação, você manterá um detector próximo à chama e ao diamante para medir os comprimentos de onda da luz emitida. Mantenha uma distância segura para proteger você e o detector. Como algumas tarefas são executadas simultaneamente, sugerimos que você trabalhe em grupos de quatro com cada aluno concluindo as tarefas conforme necessário.
- Coloque um jaleco, óculos de segurança e luvas de nitrilo.
- Instale o bico de Bunsen na hotte.
- Encha um copo de 400 mL com água da torneira e leve-o ao exaustor. Coloque os sais, aplicadores e água da torneira de fácil acesso em um lado do bico de Bunsen.
- Ligue o espectrofotômetro portátil e familiarize-se com seus componentes.
- Crie um novo experimento e configure o espectrômetro para medir a intensidade da emissão. Defina o sample tempo para 200 ms e o número de leituras em um determinado comprimento de onda para 1. Registre as configurações e o nome do experimento em seus blocos de anotações de laboratório.
- Meça o espectro das luzes da sala. Peça a um ou dois alunos que segurem o detector óptico o mais próximo possível das luzes, sem desconectar os cabos. Quando estiver pronto, peça a um aluno diferente que inicie o espectrômetro. O espectro deve ser claro, com ruído mínimo e sem picos fora da escala. nota: Se você tiver problemas, segure a sonda em uma gaveta ou caixa quase fechada para protegê-la da luz solar enquanto a aponta para as luzes da sala.
- Capture imediatamente o espectro quando estiver bom. Confirme se você tem um espectro de alta qualidade antes de salvá-lo. Registre os comprimentos de onda dos picos em sua tabela de dados.
- Meça os espectros de emissão dos sais metálicos. Acenda o bico de Bunsen e ajuste o colar até que a chama se separe distintamente em uma chama interna e externa.
- Traga o espectrômetro para o capô e organize os cabos de forma que o detector possa ser mantido a cerca de uma polegada da chama.
- Peça a um aluno que prepare o espectrômetro para a corrida. Este aluno deve ter uma visão clara do queimador para que possa começar a adquirir dados assim que o sal entrar na chama. Em seguida, peça a outro aluno que segure o detector a menos de uma polegada da chama. nota: Qualquer mais próximo corre o risco de danificar o detector. Mas você não obterá um espectro claro se o detector estiver muito longe.
- Peça a um aluno diferente que pegue um dos aplicadores do copo de água e mergulhe-o no tubo de NaCl para cobrir o algodão úmido com o sal. Em seguida, insira cuidadosamente o aplicador revestido de sal cerca de 1 mm na chama externa, que mudará de cor.
- Inicie o espectrômetro quando o aplicador entrar na chama. nota: Se as intensidades de pico estiverem fora da escala, ajuste a posição do detector até que todos os picos estejam dentro dos limites de detecção. Se a mudança de cor da chama for difícil de ver, pegue mais sal no mesmo aplicador e tente novamente até ver uma cor intensa. Se o espectro for barulhento ou fraco, tente apontar o detector para uma parte diferente da chama.
- Quando você vir um bom espectro, capture-o e salve-o. Todos devem revisar o espectro para garantir que seja de boa qualidade. Anote os comprimentos de onda de emissão em sua tabela.
- Mergulhe o aplicador de NaCl no copo de águas residuais. Use sempre um aplicador diferente para cada sal.
- Siga o mesmo procedimento para testar os cinco sais restantes, tomando cuidado para evitar a contaminação cruzada entre os sais. Depois de testar o último sal e registrar os comprimentos de onda, configure a coleta de dados para o diamante.
- No capô do instrutor, acenda o diamante com o bico de Bunsen e coloque-o no frasco Erlenmeyer. Lembre-se, as faíscas podem estar muito quentes. Desligue o gás para apagar o bico de Bunsen.
- Enquanto um aluno segura o detector perto do diamante, peça a outro aluno que inicie a coleta de dados. Posicione o detector para obter o maior número possível de picos em escala sem perder os picos menos intensos.
- Capture e salve o espectro quando estiver bom. Lembre-se de anotar os comprimentos de onda em sua tabela. nota: Se o diamante tiver vida longa, colete um segundo espectro e escolha o melhor ou guarde os dois para a análise.
- Deixe o diamante queimar no capô enquanto você envia os dados coletados para todos no grupo e desliga o sistema de aquisição de dados.
- Traga os tubos de cobre, bário e estrôncio para a coifa e enxágue bem os tubos com água deionizada no recipiente de resíduos designado.
- Lave os sais de sódio, potássio e lítio no ralo e enxágue os tubos de ensaio restantes. Guarde os tubos de ensaio e os outros equipamentos.
- Assim que as cinzas e a alça do diamante esfriarem, jogue-as no lixo.
Results
- Primeiro, plote os dados para cada corrida com intensidade no eixo y e comprimento de onda no eixo x.
- Compare o espectro do sparkler com o espectro de fundo das luzes da sala. Identifique quais pequenos picos podem ser das luzes da sala.
- Compare os espectros de metal com o espectro de faíscas. O sódio parece ser a fonte do pico em cerca de 589 nm. Não há picos que correspondam ao espectro de lítio, mas o potássio corresponde ao grande pico em 770 nm.
- O espectro do diamante não parece ter picos de estrôncio. No entanto, o bário é uma boa combinação para vários picos no espectro do diamante. Por último, nenhum cobre parece estar presente no diamante. Assim, concluímos que o diamante estava queimando sódio, potássio e bário quando o espectro foi adquirido.