Flammenfärbung

(Weitergeleitet von Flammprobe)
Kräftig grüne Alkylboratflamme.

Die Flammenfärbung, auch Flammprobe genannt, ist eine Methode zur Analyse von chemischen Elementen oder deren Ionen (Nachweisreaktion). Die Methode beruht darauf, dass die Elemente oder Ionen in einer farblosen Flamme Licht spezifischer Wellenlängen abgeben, das für jedes Element charakteristisch ist. Die Flammenfärbung entsteht durch Energieumwandlung von Wärmeenergie zu Strahlungsenergie. Die Umwandlung kommt durch Valenzelektronen zustande, die durch die Wärmeenergie in einen angeregten Zustand gehoben werden und unter der Abgabe von Licht wieder zurückfallen. Stoffe, mit denen Flammenfärbung möglich ist, finden aufgrund dieser Eigenschaft in der Pyrotechnik Anwendung.

Bei der Flammenfärbung wird die Stoffprobe meist einfach auf einem Platindraht oder einem Magnesiastäbchen in die farblose Flamme eines Bunsenbrenners gehalten. Aufgrund der Farbe kann nun auf die Ionen in der Probe rückgeschlossen werden, allerdings überdeckt die sehr intensive gelbe Flammenfärbung des Natriums oft alle anderen Flammenfärbungen. Mit Sicherheit kann nur mit Hilfe eines Spektroskops entschieden werden, welche Elemente in der Probe vorliegen, zumal sich z. B. die Flammenfärbungen von Kalium und Rubidium recht ähnlich sind.

Zu unterscheiden ist die Flammenfärbung von der Lichtabgabe der Edelgase, die auch auf einem angeregten Zustand basiert, welche aber durch Strom, nicht durch eine Flamme herbeigeführt wird.

Erklärung der Flammenfärbung

Grafische Darstellung der Elektronen-Anhebung und dem Zurückfallen am Valenzschalenmodell

Alle Elemente senden bei hohen Temperaturen Licht aus. Doch für Elemente, die eine Flammenfärbung aufweisen, geschieht dies schon bei den Temperaturen, die in einer Flamme herrschen.

Die äußersten Elektronen eines Atoms werden durch Zufuhr von Wärmeenergie (die in diesem Fall durch eine Verbrennung entsteht) auf ein vom Atomkern weiter entferntes, nicht von Elektronen besetztes Energieniveau – in einen angeregten Zustand – gehoben. Diese Elektronen besitzen nun eine höhere potentielle Energie. Die negativ geladenen Elektronen fallen aber meist in Sekundenbruchteilen wieder auf das energieärmere Ausgangs-Energieniveau zurück. Die beim Zurückfallen frei werdende Energie wird als Photon (Lichtteilchen) abgegeben. Man spricht von einem Quant. Es ist durch eine genau definierte Energie und somit auch mit einer einzigen Wellenlänge gekennzeichnet.

Das Zurückfallen der Elektronen auf energieärmere Energieniveaus kann auch stufenweise erfolgen. Bei jedem Zurückfallen dieses Elektrons auf ein energieärmeres Energieniveau gibt es nun Licht einer ganz bestimmten Wellenlänge (Farbe), und damit einer ganz bestimmten Energie, ab.

Farbe der Flammenfärbung

Weitere Flammenfärbungen:

Die freigegebene Lichtenergie hängt von der Differenz der Energieniveaus $ \Delta E $ ab. Diese Differenz ist für jedes Element unterschiedlich. Die Energie der Photonen bestimmt ihre Wellenlänge $ \lambda $ und damit die Farbe.

Weist ein Element eine spezifische Flammenfärbung auf, dann weisen auch viele Verbindungen seiner Ionen diese Flammenfärbung auf (Beispiel: Bariumsulfat weist eine grünliche Flammenfärbung auf, Bariumphosphat nicht). Sehr viele Elemente senden bei hohen Temperaturen sichtbare Spektrallinien aus. Einige Elemente wurden sogar nach der Farbe ihrer bei der Flammenfärbung beobachteten Spektrallinien benannt: Caesium (lateinisch: himmelblau) , Rubidium (lateinisch: dunkelrot) und Indium (indigoblaue Spektrallinie).

Moderne Techniken

Bessere Möglichkeiten als die klassische Flammenfärbung mit Hilfe des Auges bieten die spektroskopischen Verfahren der Atomspektroskopie, die eine Art Weiterentwicklung dieser mit Hilfe von Messinstrumenten darstellen. Das Auge wird hier durch das Spektrometer ersetzt, welches die Lage der Spektrallinien sehr viel besser auflöst, sowie auch die nicht sichtbaren Bereiche des elektromagnetischen Spektrums je nach Spektroskopieart (z.B. IR- oder UV/VIS-Spektroskopie) zur Analyse nutzt. Außerdem ist es weit besser als das Auge in der Lage, die Stärke der Spektrallinien zu bestimmen, wodurch eine quantitative Analyse möglich wird.

Literatur

  • W. Biltz, W. Fischer, Ausführung qualitativer Analysen anorganischer Stoffe, 16. Auflage, Harri Deutsch, Frankfurt am Main, 1976.
  • G. Jander, E. Blasius, Einführung in das anorganisch chemische Grundpraktikum, 14. Auflage, S. Hirzel Verlag, Stuttgart, 1995, ISBN 3-7776-0672-3

Weblinks

 Commons: Flammenfärbung – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien

Diese Artikel könnten dir auch gefallen

Die letzten News aus den Naturwissenschaften

19.02.2021
Quantenphysik
Auch in der Quantenwelt gilt ein Tempolimit
Auch in der Welt der kleinsten Teilchen mit ihren besonderen Regeln können die Dinge nicht unendlich schnell ablaufen.
22.02.2021
Sterne - Teilchenphysik
Erstes Neutrino von einem zerrissenen Stern
Ein geisterhaftes Elementarteilchen aus einem zerrissenen Stern hat ein internationales Forschungsteam auf die Spur eines gigantischen kosmischen Teilchenbeschleunigers gebracht.
19.02.2021
Milchstraße - Schwarze_Löcher
Schwarzes Loch in der Milchstraße massiver als angenommen
Ein internationales Team renommierter Astrophysikerinnen und -physiker hat neue Erkenntnisse über Cygnus X-1 gewonnen.
18.02.2021
Elektrodynamik - Teilchenphysik
Ultraschnelle Elektronendynamik in Raum und Zeit
In Lehrbüchern werden sie gerne als farbige Wolken dargestellt: Elektronenorbitale geben Auskunft über den Aufenthaltsort von Elektronen in Molekülen, wie eine unscharfe Momentaufnahme.
18.02.2021
Quantenphysik - Teilchenphysik
Mit schwingenden Molekülen die Welleneigenschaften von Materie überprüfen
Forschende haben mit einem neuartigen, hochpräzisen laser-spektroskopischen Experiment die innere Schwingung des einfachsten Moleküls vermessen.
18.02.2021
Quantenoptik
Quanten-Computing: Wenn Unwissenheit erwünscht ist
Quantentechnologien für Computer eröffnen neue Konzepte zur Wahrung der Privatsphäre von Ein- und Ausgabedaten einer Berechnung.
18.02.2021
Planeten
Hochdruckexperimente liefern Einblick in Eisplaneten
Per Röntgenlicht hat ein internationales Forschungsteam einen Blick ins Innere ferner Eisplaneten gewonnen.
18.02.2021
Planeten
Hochdruckexperimente liefern Einblick in Eisplaneten
Per Röntgenlicht hat ein internationales Forschungsteam einen Blick ins Innere ferner Eisplaneten gewonnen.
17.02.2021
Quantenoptik - Teilchenphysik
Röntgen-Doppelblitze treiben Atomkerne an
Erstmals ist einem Forscherteam des Heidelberger Max-Planck-Instituts für Kernphysik die kohärente Kontrolle von Kernanregungen mit geeignet geformten Röntgenlicht gelungen.
16.02.2021
Planeten - Astrobiologie - Raumfahrt
Ein autarkes Überleben auf dem Mars durch Bakterien
Führende Raumfahrtbehörden streben zukünftig astronautische Missionen zum Mars an, die für einen längeren Aufenthalt konzipiert sind.