Окраска пламени ионами металлов
Окраска пламени — способ обнаружить ионы металлов по цвету, который их соли придают бесцветному пламени: натрий окрашивает пламя в жёлтый цвет, калий — в фиолетовый, кальций — в кирпично-красный, литий и стронций — в карминово-красный, барий — в жёлто-зелёный, медь — в зелёный. Пробу пламени проводят проволочной петлёй, смоченной раствором соли, — так же её можно выполнить в виртуальной лаборатории.
Окраска пламени солями металлов
Для опыта годится любое бесцветное или почти бесцветное пламя — горелки или спиртовки. Цвет зависит от металла, а не от того, какая это соль: хлорид, нитрат и сульфат натрия окрашивают пламя одинаково жёлтым. Чаще берут хлориды — они легче испаряются, и окраска ярче.
Окраска пламени ионами металлов
| Ион | Цвет пламени | |
|---|---|---|
| Li⁺ — литий | карминово-красный | |
| Na⁺ — натрий | жёлтый | |
| K⁺ — калий | фиолетовый | |
| Ca²⁺ — кальций | кирпично-красный | |
| Sr²⁺ — стронций | карминово-красный | |
| Ba²⁺ — барий | жёлто-зелёный | |
| Cu²⁺ — медь | зелёный |
Таблица: цвет пламени и ионы металлов
| Ион | Цвет пламени | Соль для опыта | В лаборатории онлайн |
|---|---|---|---|
| Li⁺ | карминово-красный | LiCl | — |
| Na⁺ | жёлтый, очень яркий, заглушает другие цвета | NaCl | есть |
| K⁺ | фиолетовый; через синее стекло — малиново-фиолетовый | KCl, KBr | есть: KBr, KI |
| Ca²⁺ | кирпично-красный (оранжево-красный) | CaCl₂ | есть |
| Sr²⁺ | карминово-красный | SrCl₂ | — |
| Ba²⁺ | жёлто-зелёный | BaCl₂ | есть |
| Cu²⁺ | зелёный; у хлорида — сине-зелёный | CuCl₂, CuSO₄ | есть |
Литий и стронций дают похожий красный цвет — их надёжно различают только по спектру. Кальций легко отличить: его пламя скорее оранжево-красное, «кирпичное». Ярко-зелёное пламя дают и соединения бора, хотя бор не металл.
Для ионов натрия и калия проба пламени — главный способ обнаружения: почти все их соли растворимы в воде, и привычных осадков, как у Ba²⁺ или Cu²⁺, они не дают. А ионы бария, кальция и меди удобно проверять двумя способами — пламенем и осадком; эти реакции собраны на странице качественные реакции.
Почему пламя окрашивается
В горячем пламени соль испаряется, и часть её распадается до отдельных атомов металла. Электроны этих атомов поглощают энергию и переходят на более удалённые от ядра энергетические уровни — атом возбуждается. Возвращаясь на прежний уровень, электрон отдаёт энергию в виде света строго определённой длины волны. Набор таких волн — линейчатый спектр — у каждого элемента свой, как отпечаток пальца, а то, что видит глаз, — смесь самых ярких линий.
На этом основан спектральный анализ. С его помощью в 1860–1861 годах Роберт Бунзен и Густав Кирхгоф открыли цезий и рубидий: названия элементов означают «небесно-голубой» и «тёмно-красный» — по цвету их спектральных линий. Про уровни и подуровни — на страницах строение атома и электронная конфигурация.
Строго говоря, проба пламени — не химическая реакция: новых веществ для неё не нужно, свет испускают сами атомы металла.
Как проводят пробу пламени
- Берут проволоку из нихрома или платины с маленькой петлёй на конце.
- Петлю очищают: смачивают соляной кислотой и прокаливают в пламени, пока оно не перестанет окрашиваться.
- Петлю смачивают раствором соли или касаются ею кристаллов.
- Вносят петлю в верхнюю, несветящуюся часть пламени и смотрят на цвет.
- Перед следующей солью петлю снова очищают — иначе цвета смешаются.
Калий и кобальтовое стекло. Следы натрия есть почти везде — в водопроводной воде, на коже рук, в стекле, — и его яркое жёлтое пламя заглушает бледно-фиолетовый цвет калия. Синее кобальтовое стекло поглощает жёлтый свет натрия и пропускает фиолетовый свет калия. Поэтому калий в присутствии натрия рассматривают через такое стекло.
Окраска пламени в салютах
Цвет праздничного салюта — та же проба пламени, только в больших масштабах. В пиротехнические составы вместе с горючим и окислителем добавляют соли металлов: стронций даёт красные огни, барий — зелёные, натрий — жёлтые, медь — синие и голубые, кальций — оранжевые, а смесь солей стронция и меди — фиолетовые. Белые вспышки и искры дают порошки магния и алюминия, золотистые искры — железные опилки.
Окраску пламени легко заметить и дома: если на газовую плиту попадёт солёная вода, пламя становится жёлтым. Тот же жёлтый свет натрия дают натриевые лампы уличного освещения.
Опыт: окраска пламени в виртуальной лаборатории
Цель: обнаружить ионы натрия и калия по окраске пламени. Реактивы: раствор хлорида натрия, раствор бромида или иодида калия. Оборудование: пробирка, спиртовка, петля.
- Откройте опыт 12 «Окраска пламени».
- Налейте в пробирку раствор NaCl и зажгите спиртовку.
- Возьмите со стола петлю и смочите её — поднесите к сосуду с раствором.
- Внесите петлю в пламя спиртовки — оно станет жёлтым.
- Вымойте посуду, налейте раствор KBr или KI и повторите — пламя станет фиолетовым.
- Нажмите «Проверить опыт» на вкладке «Проверка».
Наблюдения. Раствор соли натрия окрашивает пламя в яркий жёлтый цвет, соли калия — в фиолетовый. В свободном режиме попробуйте ещё CaCl₂ — кирпично-красное пламя, CuCl₂ или медный купорос — зелёное, BaCl₂ — жёлто-зелёное. Если смешать растворы солей натрия и калия, пламя будет жёлтым: лаборатория покажет, что натрий заглушает остальные цвета. Кобальтового стекла, а также солей лития и стронция в лаборатории нет.
Провести пробу пламени онлайн · о щелочных металлах — урок «Щелочные металлы»
Проведите опыт онлайн
Эти опыты есть в виртуальной лаборатории: запустите прямо здесь или откройте на весь экран.
Окраска пламени
Петлю с солью вносят в пламя: Na⁺ — жёлтое, K⁺ — фиолетовое, Cu²⁺ — зелёное.
Натрий и вода
Натрий в воде с фенолфталеином: плавает, шипит, раствор малиновый.
Читайте также
Частые вопросы
В какой цвет окрашивают пламя ионы натрия?
В яркий жёлтый. Этот цвет настолько интенсивный, что заглушает окраску других ионов.
Почему калий смотрят через синее кобальтовое стекло?
Почти в любой пробе есть следы натрия, и его жёлтое пламя скрывает фиолетовый цвет калия. Кобальтовое стекло поглощает жёлтый свет и пропускает фиолетовый.
Какие металлы окрашивают пламя в красный цвет?
Литий и стронций — в карминово-красный, кальций — в кирпично-красный, или оранжево-красный.
Почему соли металлов окрашивают пламя?
В пламени электроны атомов металла переходят на более высокие энергетические уровни, а возвращаясь, испускают свет определённой длины волны. У каждого элемента свой набор таких волн и свой цвет.
Какие ионы окрашивают пламя в зелёный цвет?
Ионы меди(II) — в зелёный, ионы бария — в жёлто-зелёный. Ярко-зелёное пламя дают также соединения бора.