Identificatie van metalen mbv de vlamproef

Datum: November 2004

Principe:

Gekleurde vlammen maken door een verbinding in contact te brengen met een kleurloze vlam.

Materiaal:

Uitvoering.

Neem wat ijzerdraad, maak op het einde oogje en steek deze in de kurk zoals in de foto beneden getoond wordt. Steek de gasbrander aan. Klem de kruk vast in het statief Beweeg de draad naar de vlam Verhit net zolang tot de gele kleur verwenen is (uitgloeien). Los het materiaal dat je wilt onderzoeken op in wat zoutzuur. Dompel het oogje in de te onderzoeken  oplossing. Steek deze in de vlam en kijk naar de kleur van de vlam. Gebruik voor elke experiment een nieuw ijzerdraadje dat je eerst uitgloeit.

Resultaat:

natriumchloride in water - geel	kopersulfaat in water (verz.) - lichtgroen
	t
calciumcarbonaat in HCl - groen	calciumchloride in water - rood
zinkchloride in water - groenig	bariumhydroxide in HCl - geel-groen
strontiumchloride in water - rood	tinchloride in water - geelgroenblauw(?)
kaliumchloride in water - paars	paarsfilter
Indien men oplossingen onderzoekt weet men van tevoren niet of er kalium in zit. Er is echter wel nagenoeg altijd natrium aanwezig en de gele kleur van natrium is zo sterk dat men het paars niet meer kan zien. We bekijken dan de vlam met een paarsfilter (een paars gekleurd stukje glas) die het geel wegfiltert en de paarse kleur juist zichtbaar maakt.
paarsfilter zonder KCl	paarsfilter met KCl

Discussie:

Bij het uitgloeien van de draad zien we dat de vlam een gele kleur krijgt. Dit is kleuring die veroorzaakt door natrium. Bijna alle spullen om ons heen hebben wel wat natrium op zich, vaak in de vorm van NaCl. Vandaar dat we eerst moeten uitgloeien.

Men lost de verbindingen bij voorkeur op in een sterke zoutzuuroplossing om er op zijn minst gedeeltelijk een chloride van te maken waarvan men mag aannemen dat die voldoende vluchtig is. Dit laatste is van belang indien men een onbekende stof wilt onderzoeken. In ons geval kunnen we ook direct chlorides testen.

Voor de verklaring van deze observaties kunnen we gebruik maken van een eenvoudig atoommodel. Een atoom is opgebouwd uit een kern waaromheen elektronen draaien in banen. Door verhitting voegen we energie toe aan het systeem en springen de elektronen naar een hogere baan. Indien een elektron nu terugvalt naar een lagere ban zendt het licht uit van een bepaalde golflengte. Voor elk element krijgen we op deze manier een uniek lijnen- en banden spectrum. Indien dit spectrum binnen het zichtbare deel van het spectrum valt kunnen we het als vlamkleuring waarnemen.

Conclusie:

• Vluchtige verbindingen kunnen een kleurloze gasvlam kleuren.  

Opmerkingen:

• We gebruiken hier ijzerdraad. Indien met dit soort experimenten in een laboratorium uitvoert gebruikt men platinadraad. Een platinadraad kan men uitgloeien en dan gebruiken voor de vlamtest. Andere materialen (bv Ni-Cr draad) moet men schoonschuren.

• Het is belangrijk om gedemineraliseerd water te gebruiken. Kraanwater bevat andere ionen (bv Ca en Mg) die kunnen storen.

• Van het hierboven gedemonstreerde principe maakt men ook gebruik bij de fabricage van siervuurwerk. Bepaalde metalen worden toegevoegd aan het kruit om een kleur te verkrijgen.

Literatuur:

• C.J. van Nieuwenburg & G. Dulfer; 'A Short Manual of Systematic Qualitative Analysis' ; D.B. Centen'; 2nd Ed; 1935; p. 60,61.

• C.J. van Nieuwenburg & J.W.L. van Ligten; 'Kwalitatieve Chemische Analyse'; D.B. Centen'; 4de druk; 1956;p. 169,170.

• Kenneth W. Whitten, Raymond E. Davis, M. Laryy Peck; 'Qualitative Analysis Supplement to Accompany General Chemistry'; Saunder College;5th Ed; 1996; ISBN 0030188288; p. 1117-1119,1129,1130. 

• 'Handbook of Chemistry and Physics'; CRC Press; 60th Ed; 1979-1980; p. D-129.

• Kurt Waselowsky; 'KOSMOS Chemie C3000 Experimentieranleitung'; Franck-Kosmos; 2002;  p. 106,107.

• H.L.Heys:'Scheikunde Thuis'; Thieme; 4de druk; ISBN 9003915407; p. 54,55.

• R. Brent; 'Eenvoudige Scheikundeproeven';ZuidNederlandse Uitgeverij; 4de druk; 1980; ISBN 9024321859; p.59

• Michael J. Sanger;'"Flame Tests: Which Ion Causes the color?"; Journal of Chemical Education; 2005; 81(12); p. 1776A, 1776B.

Relevante Websites:

• Vlamreactie

• Qualitative Analysis - Chemistry Flame Tests

• Colors of Elements in a Flame

• Bengalisches Feuer - Flammenfärbung

• Unit 3 Lab- Flame Tests

Minder relevante websites:

• Wikipedia NL - Vuurwerk

• Atoom emissie spectrometrie - Wikipedia NL

• Atomaire Absorptie Spectroscopie

Achtergrondinformatie:

Vlamkleuringen

Vlamemissiefotometrie

Op het principe van de vlamkleuring is ook een kwantitatieve bepalingsmethode gebaseerd, de vlamemissiefotometrie. Zoals hierboven reeds verteld. Als men aan moleculen thermische energie toevoert vallen deze uit elkaar in vrije atomen. Door energieopname komen de atomen nu in een aangeslagen toestand terecht waarna de opgenomen energie afgestaan wordt onder uitzending van straling. De straling die uitgezonden wordt is opgebouwd uit karakteristieke golflengtes: het emissiespectrum bestaat uit een aantal discrete energieniveaus, een zgn. lijnenspectrum (bij een natriumverbinding wordt bijna alleen maar licht met golflengtes van 589.0 en 589.6 nm uitgezonden - de Natrium D lijn). 
Bij een vlamemissiespectrometer verstuift men de te onderzoeken stof in een vlam (gasvlam) waarna licht met karakteristieke golflengtes wordt uitgezonden. De intensiteit van het uitgezonden licht is evenredig met de concentratie van de stoffen in de oplossing. Men filtreert de relevante lijnen uit het emissiespectrum mbv een filter of rooster.
Het moge duidelijk zijn dat vooral elementen die relatief weinig thermische energie nodig hebben om in een aangeslagen toestand te komen zich lenen voor deze analyse, meer specifiek,  de alkalimetalen en de aard-alkalimetalen (lithium, natrium, kalium, calcium, barium). Natrium ioniseert heel makkelijk een eigenschap die men dan weer juist probeert te onderdrukken door een ionisatieremmer toe te voegen (Cesium dat nog makkelijker ioniseert).   

Schema vlamemissiespectrometer:

30-11-2009