Nachweis von Alkali - und Erdalkalimetallen durch die Flammenfärbung
Theorie der Flammenfärbung
Der Nachweis von Alkali - und Erdalkalimetallen durch die Flammenfärbung dient der Bestimmung von unbestimmten Elementen mit Hilfe eines Spektroskops bzw. mit dem menschlichen Auge. Bei der Zufuhr von Wärme werden die Valenzelektronen eines Elements in einen höheren Energiezustand gehoben, d.h. sie befinden sich kurzzeitig auf einer vom Atomkern weiter entfernten Atomschale.
Dort sind diese Elektronen allerdings nicht beständig. Sie springen sofort wieder zurück auf das energieärmere Niveau. Dadurch wird Energie in Form von Licht frei. Durch die verschiedenen Wellenlängen entsteht eine für das jeweilige Element typische Farbe.
| Element | Farblinien | Wellenlänge |
|---|---|---|
| Natrium | 1 gelbe | 589 nm |
| Kalium | 1 tiefrote | 768 nm |
| Lithium | 1 rote | 671 nm |
| Barium | 4 grüne | 524 nm und 514 nm |
| Strontium | 1 rotgelbe und 1 blaue | 606 nm und 663 nm |
| Calcium | 1 rote und 1 grüne | 632 nm und 553 nm |
Aufgrund der Tatsache, dass das sehr intensive Natriumlicht das schwächere Kaliumlicht überdeckt, ist es mit bloßem Auge nicht möglich, in einem Gemisch aus NaCl und KCl die Farbe des Kaliumions zu erkennen. Dieses Problem lässt sich allerdings lösen, indem man ein Kobaltglas verwendet, das das Natriumlicht absorbiert.
Chemikalien
Dieser Versuch lässt sich mit verschiedenen Chemikalien durchführen. Es handelt ich hier immer um Salze, wie z.B. Natriumchlorid (NaCl), Kaliumchlorid (KCl), dem Gemisch aus beiden Substanzen, Bariumchlorid (BaCl2), Strontiumchlorid (SrCl2), Calciumchlorid (CaCl2). Diese Substanzen werden mit verdünnter Salzsäure (HCl) umgesetzt, bevor sie in die Flamme gehalten werden.
Geräte
Für den Nachweis von Alkali - und Erdalkalimetallen benötigt man relativ wenige Geräte. Dazu gehören ein Bunsenbrenner zum Erhitzen der Chemikalien, ein Magnesiastäbchen, ein Kobaltglas für die Absorption des Natriumlichts und ein Uhrglas, in dem die verschiedenen Substanzen mit verdünnter Salzsäure gemischt werden.
Versuchsdurchführung
Zuerst gibt man die entsprechende Substanz in ein Uhrglas und vermischt diese mit verdünnter Salzsäure. Dann hält man das Magnesiastäbchen in den Schmelzraum des Bunsenbrenners, bis keine charakteristische Flammenfärbung mehr festzustellen ist. Danach taucht man das Stäbchen in das Uhrglas und hält es wieder in die Flamme, so dass eine bestimmte Farbe zu erkennen ist. Bei dem Gemisch aus NaCl und KCl betrachtet man die Flamme durch ein Kobaltglas.
Ergebnisse
Bei diesem Versuch lassen sich Alkali - und Erdalkalimetalle sehr leicht und ohne großen Material- und Zeitaufwand nachweisen. Daher eignet sich diese Methode gut für die Analyse von unbekannten Stoffen.