Эмиссия пламени металлов

Источник: Смаа Корайм из Университета Джонса Хопкинса, доктор медицины, США

1. Испытание на эмиссию металлического пламени<кнопка class="развернуть">Развернуть

   В этой лаборатории вы будете возбуждать электроны шести солей хлорида металлов с помощью тепла пламени и измерять длину волны света, излучаемого расслабляющими электронами. Излучаемый свет находится в видимом спектре, поэтому вы увидите разноцветное пламя для разных металлов.

   В конце лабораторной работы вы измерите спектр излучения бенгальского огня и будете использовать данные, собранные из солей металлов, для идентификации металлов в бенгальском огне. Чтобы облегчить этот процесс, создайте таблицу в лабораторном блокноте, в которой будут записываться длины волн, излучаемые окружающим светом, солями и бенгальскими огнями.

   Таблица 1: Наблюдаемые длины волн

   Run #	Источник	Записанные длины волн)
   1	Освещение в комнате
   2	NaCl
   3	LiCl
   4	KCl
   5	SrCl2
   6	BaCl2
   7	CuCl2
   8	Sparkler

   Нажмите здесь, чтобы скачать таблицу 1

   Во время этой лабораторной работы вы будете держать покрытый солью аппликатор на краю пламени горелки Бунзена, чтобы возбуждать соли металлов. Если аппликатор загорелся, немедленно погасите его в стакане с водой. Для возбуждения вы будете держать детектор рядом с пламенем и бенгальский огонь, чтобы измерить длины волн излучаемого света. Держитесь на безопасном расстоянии, чтобы защитить себя и детектор. Поскольку некоторые задания выполняются одновременно, мы рекомендуем вам работать в группах по четыре человека, каждый из которых выполняет задания по мере необходимости.

   • Наденьте лабораторный халат, защитные очки и нитриловые перчатки.
   • Установите горелку Бунзена в вытяжной шкаф.
   • Наполни стакан объемом 400 мл водой из-под крана и поднеси его к капюшону. Поместите соли, аппликаторы и водопроводную воду в пределах легкой досягаемости с одной стороны конфорки Бунзена.
   • Включите портативный спектрофотометр и ознакомьтесь с его компонентами.
   • Создайте новый эксперимент и настройте спектрометр для измерения интенсивности излучения. Установите время выборки равным 200 мс, а количество показаний на заданной длине волны равным 1. Запишите настройки и название эксперимента в лабораторных записных книжках.
   • Измерьте спектр света в комнате. Пусть один или два ученика держат оптический детектор как можно ближе к источникам света, не отсоединяя кабели. Когда все будет готово, пусть другой ученик запустит спектрометр. Спектр должен быть четким, с минимальным шумом и без зашкаливающих пиков. заметка: Если у вас возникли проблемы, держите зонд в почти закрытом ящике или коробке, чтобы защитить его от солнечного света, направляя его на свет в комнате.
   • Немедленно захватывайте спектр, когда он выглядит хорошо. Перед сохранением убедитесь, что у вас есть высококачественный спектр. Запишите длины волн пиков в таблицу данных.
   • Измерьте спектры излучения солей металлов. Зажгите горелку Бунзена и отрегулируйте воротник до тех пор, пока пламя отчетливо не разделится на внутреннее и внешнее пламя.
   • Поднесите спектрометр к колпаку и расположите кабели так, чтобы детектор можно было держать на расстоянии около одного дюйма от пламени.
   • Пусть один ученик подготовит спектрометр к прогону. Этот студент должен иметь четкое представление о горелке, чтобы он мог начать сбор данных, как только соль попадет в пламя. Затем попросите другого ученика поднести детектор не ближе одного дюйма от пламени. заметка: При любом приближении может быть поврежден детектор. Но вы не получите четкого спектра, если детектор находится слишком далеко.
   • Пусть другой ученик возьмет один из аппликаторов из стакана с водой и опустит его в тюбик NaCl, чтобы покрыть влажный хлопок солью. Затем осторожно введите покрытый солью аппликатор примерно на 1 мм во внешнее пламя, которое изменит цвет.
   • Запустите спектрометр, когда аппликатор входит в пламя. заметка: Если пиковые интенсивности зашкаливают, отрегулируйте положение детектора до тех пор, пока все пики не окажутся в пределах обнаружения. Если изменение цвета пламени трудно заметить, наберите больше соли на том же аппликаторе и повторите попытку, пока не увидите интенсивный цвет. Если спектр зашумлен или слабый, попробуйте направить детектор на другую часть пламени.
   • Когда вы видите хороший спектр, захватите и сохраните его. Каждый должен пересмотреть спектр, чтобы убедиться в его хорошем качестве. Запишите длины волн излучения в таблицу.
   • Погрузи аппликатор NaCl в стакан для сточных вод. Всегда используйте разные аппликаторы для каждой соли.
   • Следуйте той же процедуре для проверки оставшихся пяти солей, стараясь избежать перекрестного загрязнения между солями. После того, как вы протестировали последнюю соль и записали длины волн, настройте сбор данных для бенгальского огня.
   • У капюшона инструктора зажгите бенгальский огонь горелкой Бунзена и положите его ручку вниз в колбу Эрленмейера. Помните, что искры могут быть очень горячими. Выключите газ, чтобы погасить горелку Бунзена.
   • Пока один ученик подносит детектор к бенгальскому огню, пусть другой ученик начнет сбор данных. Расположите детектор так, чтобы получить как можно больше пиков в масштабе, не теряя менее интенсивных пиков.
   • Захватите и сохраните спектр, как только он будет выглядеть хорошо. Не забудьте записать длины волн в таблицу. заметка: Если бенгальский огонь долговечный, соберите второй спектр и либо выберите лучший, либо оставьте их оба для анализа.
   • Пусть бенгальский огонь сгорает в капоте, пока вы отправляете собранные данные всем в группе и выключаете систему сбора данных.
   • Поднесите пробирки из меди, бария и стронция к вытяжке и тщательно промойте пробирки деионизированной водой в специально отведенный контейнер для отходов.
   • Смойте соли натрия, калия и лития в канализацию и промойте оставшиеся пробирки. Уберите пробирки и другое оборудование.
   • Как только пепел и ручка бенгальского огня остынут, выбросьте их в мусорное ведро.
2. Результаты<кнопка class="развернуть">Развернуть
   • Сначала построите график данных для каждого прогона с интенсивностью по оси y и длиной волны по оси x.
   • Сравните спектр бенгальских огней с фоновым спектром от света в комнате. Определите, какие маленькие пики могут быть связаны с освещением в комнате.
   • Сравните спектры металлов со спектром бенгальских огней. Натрий, по-видимому, является источником пика на длине волны около 589 нм. Пиков, соответствующих литиевому спектру, нет, но калий соответствует большому пику на длине волны 770 нм.
   • В спектре бенгальских огней, похоже, нет пиков стронция. Тем не менее, барий хорошо подходит для нескольких вершин в спектре бенгальских огней. Наконец, кажется, что в бенгальском огне нет меди. Таким образом, мы приходим к выводу, что бенгальский огонь сжигал натрий, калий и барий при приобретении спектра.