Alkalimetalle: Nachweis
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Flammenfärbung
Alle Elemente, die im gasförmigen Zustand sind, ob ionisiert oder atomar, geben bei starker Erwärmung oder elektrischer Anregung Licht ab. Diese Licht besteht aus so genannten Spektrallinien, die für das jeweilige Element charakteristisch sind. Der Grund für dieses Linienspektrum sind die Elektronen auf der Außenschale der Atome. Das Elektron absorbiert die Energie und begibt sich so auf ein höheres Energieniveau. Es springt sozusagen von der einen Schale auf eine höhere. Beim Zurückfall auf ein niederes Energieniveau gibt es die Energie wieder ab. Die Abgabe von Energie wird Emission genannt. Jeder „Sprung“ benötiget eine bestimmte Menge („Quantum“) an Energie. Deshalb werden diese Sprünge auch als Quantensprünge bezeichnet. Die Elektronen im inneren sind dabei nicht betroffen, erst bei noch höheren Temperaturen. Der Grund für die verschiedenen Farben ergibt sich durch die Wellenlänge der abgegebenen Energie, diese wird in Nanometer gemessen. Je höher die Anzahl der Protonen und der Schalen, desto größer ist die benötigte Energie, um die daraus resultierende steigende Anziehungskraft zu überwinden. Die Differenz zwischen zwei Energiezuständen eines Elektrons entspricht einer Spektrallinie.
| Wellenlänge in Nanometer (nm) | Farbe des Lichtes |
|---|---|
| 390 - 430 | violett |
| 430 - 470 | blau |
| 470 - 500 | blaugrün |
| 500 - 530 | grün |
| 530 - 560 | gelbgrün |
| 560 - 600 | gelb |
| 600 - 640 | orange |
| 640 - 675 | hellrot |
| 675 - 760 | dunkelrot |
Anwendung
Anwendung findet die Flammenfärbung zum Beispiel in der klinischen Chemie bei der Untersuchung von Blutserum auf Na- und K-Gehalt. Das hierbei verwendete Messverfahren nennt sich Flammen – Emissionsspektrometrie und dient zur qualitativen und quantitativen Bestimmung von Alkalimetallen in chemischen Lösungen. Dabei wird die zu untersuchende Probe als feiner Nebel in eine Flamme geblasen. Die hohe Temperatur lässt die chemischen Verbindungen zerfallen und hebt die übrig gebliebenen Atome, Moleküle und Ionen in die nächsthöhere Energiestufe. Zur Auswertung dient ein Flammenphotometer. Während der Emission werden die Linien-Spektren über einen Filter zur Fotozelle weiter geleitet. In der Fotozelle wird das herausgefilterte Licht in elektrische Signale umgewandelt. Diese werden über einen Verstärker zum Anzeigeinstrument weiter geleitet und dort ausgewertet. Durch gerätebedingte Faktoren wie Flammentemperatur und Zerstäubungsgrad, aber auch anderen Bestandteilen der Lösung, wird die Intensität der Emissionslinien verfälscht. Um dieses Problem zu richten, muss der Flammenphotometer ganz speziell an die Lösung und ihre Messprobleme angepasst werden muss.
Versuch zur Flammenfärbung
Materialien/ Chemikalien
Bunsenbrenner, vier Uhrgläser,Tiegelzange, zwei Bechergläser, verdünnte Salzsäure, Magnesiastäbchen, Alkalimetall-Salze (z.B.: NaCl, KCl, CaCl2, BaCl2)
Durchführung
Magnesiastäbchen erst in die Salzsäure halten, in die Flamme des Bunsenbrenners und ausglühen lassen. Magnesiastäbchen ein zweites Mal in die Salzsäure tunken und anschließend mit einem Alkalimetall-Salz bedecken. Das Stäbchen wieder in die Flamme halten. Das benutzte Ende vor Verwendung mit einem anderen Salz abbrechen.
