基本介紹
焰色反應是某些金屬或它們的揮發性化合物在無色火焰中灼燒時使火焰呈現特徵的顏色的反應.有些金屬或它們的化合物在灼燒時能使火焰呈特殊顏色。這是因為這些金屬元素的原子在接受火焰提供的能量時,其外層電子將會被激發到能量較高的激發態。處於
激發態的外層電子不穩定,又要躍遷到能量較低的基態。不同元素原子的外層電子具有著不同能量的基態和激發態。在這個過程中就會產生不同的波長的電磁波,如果這種電磁波的波長是在可見光波長範圍內,就會在火焰中觀察到這種元素的特徵顏色。利用元素的這一性質就可以檢驗一些金屬或金屬化合物的存在。這就是物質檢驗中的焰色反應。
進行焰色反應應使用鉑絲。把嵌在玻璃棒上的鉑絲在稀鹽酸里蘸洗後,放在酒精燈的火焰(最好是煤氣燈,因為它的火焰顏色淺、溫度高)里灼燒,直到跟原來的火焰的顏色一樣時,再用鉑絲蘸被檢驗溶液,然後放在火焰上,這時就可以看到被檢驗溶液里所含元素的特徵焰色。例如,蘸取碳酸鈉溶液灼燒時,看到的火焰呈黃色。蘸取碳酸鉀溶液,放到燈焰上灼燒,隔著藍色鈷玻璃觀察,火焰呈淺紫色。實驗完畢,要用稀鹽酸洗淨鉑絲,在火焰上灼燒到沒有什麼顏色後,才能再去蘸另一種溶液進行焰色反應。
實驗原理
當鹼金屬及其鹽在火焰上灼燒時,原子中的電子吸收了能量,從能量較低的軌道躍遷到能量較高的軌道,但處於能量較高軌道上的電子是不穩定的,很快躍遷回能量較低的軌道,這時就將多餘的能量以光的形式放出。而放出的光的波長在可見光範圍內(波長為400nm~760nm),因而能使火焰呈現顏色。但由於鹼金屬的原子結構不同,電子躍遷時能量的變化就不相同,就發出不同波長的光,,從焰色反應的實驗裡所看到的特殊焰色,就是光譜譜線的顏色.每種元素的光譜都有一些特徵譜線,發出特徵的顏色而使火焰著色,根據焰色可以判斷某種元素的存在.如焰色洋紅色含有鍶元素,焰色玉綠色含有銅元素,焰色黃色含有鈉元素等.實驗分析
一.鈉離子:
鈉的焰色反應本應不難做,但實際做起來最麻煩。因為鈉的焰色為黃色,而酒精燈的火焰因燈頭燈芯不乾淨、酒精不純而使火焰大多呈黃色。即使是近乎無色(淺淡藍色)的火焰,一根新的鐵絲(或鎳絲、鉑絲)放在外焰上灼燒,開始時火焰也是黃色的,很難說明焰色是鈉離子的還是原來酒精燈的焰色。要明顯看到鈉的黃色火焰,可用如下方法。⑴方法一(鑷子-棉花-酒精法):用鑷子取一小團棉花(脫脂棉,下同)吸少許酒精(95%乙醇,下同),把棉花上的酒精擠乾,用該棉花沾一些氯化鈉或無水碳酸鈉粉末(研細),點燃。
⑵方法二(鐵絲法):①取一條細鐵絲,一端用砂紙擦淨,再在酒精燈外焰上灼燒至無黃色火焰,②用該端鐵絲沾一下水,再沾一些氯化鈉或無水碳酸鈉粉末,③點燃一盞新的酒精燈(燈頭燈芯乾淨、酒精純),④把沾有鈉鹽粉末的鐵絲放在外焰尖上灼燒,這時外焰尖上有一個小的黃色火焰,那就是鈉焰。以上做法教師演示實驗較易做到,但學生實驗因大多數酒精燈都不乾淨而很難看到焰尖,可改為以下做法:沾有鈉鹽的鐵絲放在外焰中任一有藍色火焰的部位灼燒,黃色火焰覆蓋藍色火焰,就可認為黃色火焰就是鈉焰。
二.鉀離子:
⑴方法一(燒杯-酒精法):取一小藥匙無水碳酸鉀粉末(充分研細)放在一倒置的小燒杯上,滴加5~6滴酒精,點燃,可看到明顯的淺紫色火焰,如果隔一鈷玻璃片觀察,則更明顯看到紫色火焰。
⑵方法二(蒸發皿-酒精法):
取一藥匙無水碳酸鉀粉末放在一個小發皿內,加入1毫升酒精,點燃,燃燒時用玻棒不斷攪動,可看到紫色火焰,透過鈷玻璃片觀察效果更好,到酒精快燒完時現象更明顯。
⑶方法三(鐵絲-棉花-水法):
取少許碳酸鉀粉末放在一小蒸發皿內,加一兩滴水調成糊狀;再取一條小鐵絲,一端擦淨,彎一個小圈,圈內夾一小團棉花,棉花沾一點水,又把水擠乾,把棉花沾滿上述糊狀碳酸鉀,放在酒精燈外焰上灼燒,透過鈷玻璃片可看到明顯的紫色火焰。
⑷方法四(鐵絲法):
同鈉的方法二中的學生實驗方法。該法效果不如方法一、二、三,但接近課本的做法。觀察鉀的焰色時,室內光線不要太強,否則淺紫色的鉀焰不明顯。三.鋰離子:
⑴方法一(鑷子-棉花-酒精法):
用鑷子取一團棉花,吸飽酒精,又把酒精擠乾,把棉花沾滿Li2CO3粉末,點燃。
⑵方法二(鐵絲法):跟鈉的方法二相同。
四.鈣離子:
⑴方法一(鑷子-棉花-酒精法):
同鈉的方法一。
⑵方法二(燒杯-酒精法):
取一藥匙研細的無水氯化鈣粉末(要吸少量水,如果的確一點水也沒有,則讓其在空氣吸一會兒潮)放在倒置的小燒杯上,滴加7~8滴酒精,點燃。
⑶方法三(藥匙法):用不鏽鋼藥匙盛少許無水氯化鈣(同上)放在酒精燈外焰上灼燒。
五.鍶離子:
方法一、二:同碳酸鋰的方法一、二。
六.鋇離子:
⑴方法一(鐵絲-棉花-水法):取少量研細的氯化鋇粉末放在一小蒸發皿內,加入一兩滴水調成糊狀,取一小鐵絲,一端用砂紙擦淨,彎一個小圈,圈內夾一小團棉花,棉花吸飽水後又擠乾,把這棉花沾滿上述糊狀氯化鋇,放在酒精燈火焰下部的外焰上灼燒,可看到明顯的黃綠色鋇焰。
⑵方法二(棉花-水-燒杯法):
跟方法一類似,把一小團棉花沾水後擠乾,沾滿糊狀氯化鋇,放在一倒置的燒杯上,滴加七八滴酒精,點燃。可與棉花+酒精燃燒比較。
七.銅離子:
⑴方法一(鐵絲-棉花-水法):同鋇離子的方法一相同。
⑵方法二(鑷子-棉花-酒精法):同鈉離子方法。
⑶方法三(燒杯-酒精法):同鉀離子的方法一。
⑷方法四(藥匙法):同鈣離子的方法三。
焰色反應現象要明顯,火焰焰色要象彗星尾巴才看得清楚,有的鹽的焰色反應之所以鹽要加少量水溶解,是為了灼燒時離子隨著水分的蒸發而揮發成彗星尾巴狀,現象明顯;而有的離子灼燒時較易揮發成彗星尾巴狀,就不用加水溶解了。
試驗步驟
(1)實驗用品:鉑絲(或鐵絲)、酒精燈(或煤氣燈)、濃鹽酸、藍色鈷玻璃(檢驗鉀時用)。
(3)操作過程:①將鉑絲蘸濃鹽酸在無色火焰上灼燒至無色;②蘸取試樣(固體也可以直接蘸取)在無色火焰上灼燒,觀察火焰顏色(若檢驗鉀要透過鈷玻璃觀察,因為大多數情況下酒精燈的火焰是黃色的,黃色與少量的紫色無法分別出來).③將鉑絲再蘸濃鹽酸灼燒至無色,就可以繼續做新的實驗了。
鈉的焰色測試
1、先準備一支鉑或鎳鉻線圈,鈷藍玻璃及鹽或其溶液。
2、把線圈浸在濃鹽酸(或其它強酸)中以清除先前餘下的物質,再把線圈通過無光焰(藍色火焰)中直至沒有顏色的變化。
3、用蒸餾水或去離子水或純水沖洗線圈。
4、用線圈蘸上鹽或溶液,通過無光焰(藍色火焰)中加熱。
5、當鈉離子存在於所測試的溶液中,用鈷藍玻璃過濾鈉離子的焰色。
6、最後將觀察焰色。鈉的焰色為明亮的金黃色火焰。
銅的焰色測試
1、先準備一支鉑或鎳鉻線圈及硫酸銅或其溶液。2、把線圈浸在濃鹽酸(或其它強酸)中以清除先前餘下的物質,再把線圈通過無光焰(藍色火焰)中直至沒有顏色的變化。
3、用蒸餾水或去離子水或純水沖洗線圈。
4、用線圈蘸上硫酸銅或其溶液,通過無光焰(藍色火焰)中加熱。
5、本測試不用使用鈷藍玻璃過濾離子焰色。
6、最後將觀察焰色。銅的焰色為藍綠色。
對應焰色
元素符號 | 離子元素 | 名稱 | 焰色 |
As | As3- | 砷 | 藍 |
B | B3+ | 硼 | 青綠 |
Ba | Ba2+ | 鋇 | 黃綠 |
Ca | Ca2+ | 鈣 | 磚紅 |
Cs | Cs+ | 銫 | 淺紫 |
Cu(I) | Cu+ | 銅(沒鹵素) | 淺藍 |
Cu(II) | Cu2+ | 銅(II)(沒鹵素) | 祖母綠 |
Cu(II) | Cu2+ | 銅(II)(有鹵素) | 藍綠 |
Fe(III) | Fe3+ | 鐵(III) | 金黃 |
In | ln3+ | 銦 | 藍 |
K | K+ | 鉀 | 淺紫 |
Li | Li+ | 鋰 | 深紅 |
Mn(II) | Mn2+ | 錳 | 黃綠 |
Mo | Mo+ | 鉬 | 黃綠 |
Na | Na+ | 鈉 | 黃 |
P | P3- | 磷 | 青綠 |
Pb | Pb2+ | 鉛 | 綠 |
Rb | Rb+ | 銣 | 淺紫 |
Sb | Sb3- | 銻 | 淺綠 |
Se | Se2- | 硒 | 天藍 |
Sr | Sr2+ | 鍶 | 深紅 |
Te | Te2- | 碲 | 淺綠 |
Tl | Tl3+ | 鉈 | 綠 |
Zn | Zn2+ | 鋅 | 藍綠 |
焰色干擾
一、改進裝置和用具
對於常用型號的酒精燈,取一塊14×7.5cm2大小的薄鐵片,按2.5cm折兩次,變成長和寬各為2.5cm,高為14cm的擋風夾。將其下端稍彎曲,用時夾在酒精燈上,如右圖。再取幾根無銹鐵絲分別固定在玻璃棒上,貼上標記。每根鐵絲專用於蘸取一種樣品。以此代替鉑絲(由於條件限制,許多學校沒有那么多的鉑絲,分組實驗時更是如此)。
二、簡化操作程式.
課堂演示實驗時,將酒精燈上擋風夾空缺的一面朝向學生。用專用鐵絲蘸取相應樣品。可以不“先灼燒……每次用完後都要用稀鹽酸洗淨……”而直接置於外焰部位灼燒。演示鉀的焰色反應時,可先用鐵絲蘸取少量合成膠水,再“粘上”少量氯酸鉀固體直接灼燒,把鈷玻片置於擋風夾空缺部位進行觀察,待鐵絲稍冷後可重複進行實驗。對於其它易受外界條件干擾,焰色展示不明顯的也可採用此法。實驗結束後,取下擋風夾,熄滅酒精燈。三、改進後的優點.
通過增設擋風夾既能避免實驗時酒精燈火焰受風乾擾,能有效地提升火焰的長度,又不會擋住學生視線,還可以形成背景底色,有利於對比觀察;改用專用鐵絲蘸取樣品解決了缺少鉑絲之苦,還能簡化操作。而用合成膠水“粘”取固體樣品灼燒,不但不會影響觀察焰色,還能有效防止樣品飛濺,延長焰色時間,簡單實用。用焰色反應鑑定黃金的純度
黃金的純度在我國亦叫做成色,十份黃金中含幾份純金,通常就稱黃金的成色是幾。鑑別黃金的方法有多種,古希臘的阿基米德就曾用浮力的方法為國王萊洛內二世的金冠鑑別真偽;而古羅馬人則用試金石來鑑別黃金的純度。
在我國有“七青八黃九紫十赤”的“成色識金法”,“金入猛火、色不精光”和“黃金入火,若生五色氣者則內有銅也”等。這實際上就是利用灼燒黃金時產生的火焰顏色來鑑別黃金的純度。我們知道,多種金屬或它們的化合物灼燒時能使火焰呈特殊的顏色,在化學上叫做焰色反應。例如常見的幾種金屬或離子的焰色:鉀——紫色,鈉——黃色,鋰——紫紅色,鋇——黃綠色,銅——綠色等。上面說到的用灼燒黃金的火焰顏色來鑑別黃金的方法,就是利用了焰色反應的原理,黃金純度不同,其焰色亦不同。有興趣的同學不妨一試,只要把黃金用淺色火焰灼燒即可。