Flammenfärbung
Die Flammenfärbung ist eine Methode zur Analyse von Elementen oder deren Ionen, die darauf beruht, dass diese in farbloser Flamme Licht bestimmter Wellenlänge abgeben.
Die Flammenfärbung ist eine Energieumwandlung von Wärmeenergie zu Lichtenergie, die dadurch entsteht, dass Valenzelektronen in den angeregten Zustand gehoben werden und wieder zurückfallen.
Zu unterscheiden ist die Flammenfärbung von der Lichtabgabe der Edelgase, die auch auf dem angeregten Zustand basiert aber diese durch Strom nicht durch eine Flamme herbeigeführt wird.
Erklärung mithilfe des Bohrschen Atommodel
Alle Elemente senden bei hohen Temperaturen Licht aus,doch bei denen, die eine Flammenfärbung aufweisen geschieht dies schon bei den Temperaturen, die in einer Flamme herrschen.
Die äußersten Elektronen (Valenzelektronen) eines Atoms werden durch Zufuhr von Wärmeenergie(in diesem Fall durch eine Flamme) auf ein vom Atomkern "weiter entferntes", nicht besetztes Energieniveau gehoben. Diese Elektronen besitzen nun eine höhere "potentielle" Energie. Die Elektronen fallen aber meist sofort wieder auf ein energieärmeres Energieniveau zurück, dabei wird die Energie in Form von Licht abgegeben.
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 Farbe ab.
Bildliche Erklärung mithilfe des Bohrschen Atommodells
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| Durch thermische Anregung (bei der Flammenfärbung durch eine Flamme) wird ein Valenzelektron in den angeregten Zustand angehoben. |
angeregter Zustand: sehr kurzlebig (T1/2≈10-15s) |
Valenzelektron fällt aus seinem angeregten Zustand zurück in den Grundzustand. Die Energiedifferenz wird als Licht im meist sichtbaren Wellenlängenbereich (400–800nm) abgegeben. |
Farbe der Flammenfärbung
Die freigegebene Lichtenergie hängt von der Differenz der Energieniveaus (ΔE) ab. Diese Differenz ist für jedes Element unterschiedlich. Die Energie der Photonen bestimmt ihre Wellenlänge (λ) und damit Farbe, so ergibt sich die spezifische Flammenfärbung.
c = Lichtgeschwindigkeit
h = Plancksches Wirkungsquantum
Farbe der Flammenfärbung einiger Elemente
| Element | Flammenfärbung |
|---|---|
| Lithium | rot |
| Natrium | gelb |
| Kalium | violett |
| Caesium | blau |
| Calcium | ziegelrot |
| Strontium | rot |
| Barium | fahlgrün |
| Blei | fahlblau |
| Arsen | fahlblau |
| Antimon | fahlblau |
Weist eine Element eine spezifische Flammenfärbung auf, dann weisen auch seine Ioinen in Verbindungen diese Flammenfärbung auf. Einige Element wurden sogar nach der Farbe ihrer Flammenfärbung benannt: Caesium(lateinisch blau) weist eine blaue Flammenfärbung auf, Rubidium auf eine rote Flammenfärbung.
Analysemöglichkeiten aufgrund der Flammenfärbung
Die Analysemöglichkeiten von Elementen oder Verbindungen aufgrund der Flammenfärbung sind begrenzt, da es Elemente gibt, die die gleiche Flammenfärbung aufweisen, und mit der Flammenfärbung nur eine Komponente der Verbindung nachgewiesen werden kann. Bessere Möglichkeiten bieten hier spektroskopische Verfahren, bei denen auch die nicht sichtbaren Bereiche des elektromagnetischen Spektrums zur Analyse genutzt werden (siehe insbesondere der Artikel zur Atomspektroskopie). Die Flammenfärbung kann folglich nur zum qualitativen Nachweis von Ionen verwendet werden, nicht zur sicheren Bestimmung eines Reinstoffes. Aufgrund dieser beschränkten Analysemöglichkeiten ist die Bedeutung der Flammenfärbung als Analyseverfahren nur gering.
