Barwienie płomienia palnika

Pod wpływem wzbudzenia termicznego atomy pierwiastków emitują pochłoniętą energię w postaci promieniowania elektromagnetycznego. Długości fali kwantów leżą w szerokim zakresie widma - część z nich, znajdująca się w zakresie światła widzialnego, jest dostępna bezpośredniej obserwacji nieuzbrojonym okiem. Dział fizyki i chemii, zajmujący się badaniem emitowanego i pochłanianego przez materię promieniowania, nosi nazwę spektroskopii. Odegrała ona niebagatelną rolę w odkryciu tajemnic budowy atomu, chemikom ?pomogła" zaś w zidentyfikowaniu wielu pierwiastków, np. rubidu, cezu, talu, indu, gazów szlachetnych i licznych lantanowców. Dziś spektroskopia jest nadal jedną z najczęściej stosowanych metod analitycznych.

W pierwszym doświadczeniu zbadamy wpływ soli niektórych pierwiastków z grup 1. (litowce) i 2. (berylowce) na zabarwienie płomienia palnika gazowego, do którego zostaną wprowadzone. Do przeprowadzenia eksperymentu użyjemy azotanów(V) następujących pierwiastków: sodu NaNO₃, wapnia Ca(NO₃)₂, strontu Sr(NO₃)₂ i baru Ba(NO₃)₂ (fotografia 1). Azotany metali należą do soli o dużej lotności, co ułatwia przejście w stan gazowy w temperaturze płomienia palnika.

Po nabraniu próbki soli na pręcik metalowy umieszczamy go w płomieniu (fotografia 2) i obserwujemy zmiany zabarwienia. Wyniki są następujące:

sól wapnia Ca: kolor ceglastoczerwony (fotografia 3 i 4);
sól strontu Sr: kolor karminowy (fotografia 5 i 6);
sól baru Ba: kolor zielony (fotografia 7 i 8);
sól sodu Na: kolor żółty (fotografia 9 i 10).

Próby płomieniowe są bardzo czułe. Pozwalają oznaczyć minimalne ilości badanej substancji (szczególnie w przypadku sodu - charakterystyczny żółty błysk, pochodzący od jego domieszek, można było zaobserwować w każdym eksperymencie). Emisję światła przez atomy niektórych pierwiastków wykorzystano do barwienia rac świetlnych oraz ogni sztucznych. W często spotykanych lampach sodowych źródłem światła są pary sodu wzbudzone przepływem prądu elektrycznego.

W drugim doświadczeniu zaobserwujemy barwę spalających się związków boru. Do przeprowadzenia próby potrzebne będą: kwas borowy H₃BO₃ (stosowany jako łagodny antyseptyk), etanol C₂H₅OH (w postaci spirytusu salicylowego używanego do dezynfekcji) oraz stężony roztwór kwasu siarkowego(VI) H₂SO₄ (fotografia 11).

Do kolby okrągłodennej z bocznym odprowadzeniem wsypujemy nieco kwasu borowego (fotografia 12), a następnie wlewamy kilka cm³ spirytusu salicylowego oraz kilka kropli kwasu siarkowego. Szyjkę kolby zamykamy korkiem (pozostawiamy otwarte boczne odprowadzenie) i rozpoczynamy ogrzewanie zestawu (fotografia 13). Po chwili zawartość kolby zaczyna wrzeć (fotografia 14), a pary wrzącej cieczy - uchodzić przez boczne odprowadzenie. Zapalamy je w płomieniu palnika (fotografia 15), co pozwala zaobserwować zielony kolor płonącego związku boru (fotografia 16). Jest nim ester kwasu borowego i alkoholu etylowego - boran trietylu (C₂H₅O)₃B powstający w wyniku reakcji, którą można zapisać następującym równaniem (kwas siarkowy(VI) pełni rolę katalizatora poniższej przemiany):

Podczas spalania związków boru wydziela się dużo energii, co umożliwia zastosowanie ich jako paliw. Jedne z nich - borowodory - uważane są za rakietowe paliwa przyszłości, które zostały już nawet wypróbowane w praktyce. Borowodorowe paliwo trafiło także na karty literatury SF, np. we wspaniałym opis lądowania ?Niezwyciężonego" z utworu Stanisława Lema pod tym samym tytułem.

Zdjęcia