Эмиссия пламени металлов
Источник: Смаа Корайм из Университета Джонса Хопкинса, доктор медицины, США
- 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.
-
- 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.
-
View the full transcript and gain access to JoVE Lab Manual videos
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.