Informazioni su questo esperimento
Immergi un anello di filo pulito in un sale metallico, tienilo in una fiamma calda e osserva come la fiamma assume un colore che permette di identificare il metallo: cremisi per il litio, giallo per il sodio, lilla per il potassio e verde per il bario. Il calore porta gli elettroni a livelli energetici più alti e, quando ritornano a quelli inferiori, emettono luce a lunghezze d’onda precise. Analizza sette sali, osserva la loro luce attraverso uno spettroscopio, scopri come una traccia di sodio nasconde gli altri colori e come il vetro al cobalto permette di distinguerli, poi identifica campioni sconosciuti.
Obiettivi di apprendimento
- Esegui e descrivi un test alla fiamma in modo sicuro ed equo.
- Identifica Li⁺, Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺ e Cu²⁺ in base ai colori delle loro fiamme.
- Spiega i colori della fiamma in termini di passaggio degli elettroni tra livelli energetici.
- Collega la lunghezza d’onda di una riga all’energia di un fotone
- Spiega perché la contaminazione da sodio è un problema e in che modo il vetro blu cobalto è d’aiuto
Come si usa
- 1Metti ogni sale nella fiamma, uno alla volta, e annota il colore della fiamma in una tabella.
- 2Confronta il litio e lo stronzio. Si somigliano. Come può lo spettroscopio distinguerli?
- 3Scegli KCl e aumenta l’impurità di sodio al 10%. Di che colore appare ora la fiamma?
- 4Attiva il vetro blu cobalto. Quale parte dello spettro scompare e che cosa riesci a vedere di nuovo?
- 5Leggi l’energia del fotone della riga del sodio. Quale fotone è più energetico, uno rosso o uno violetto?
- 6Passa al campione misterioso e identifica cinque campioni di fila. Quali sono stati i più difficili?
Il modello
Ipotesi
- I colori del litio, del sodio e del potassio derivano da righe atomiche, con lunghezze d’onda tratte dal database NIST.
- I colori del calcio, dello stronzio, del bario e del rame derivano soprattutto da molecole che si formano nella fiamma, come CaOH, SrOH, BaOH e CuCl. Le loro bande sono rappresentate con centri e larghezze approssimativi.
- La luminosità relativa all’interno di uno stesso sale è approssimativa. Le intensità reali dipendono dalla temperatura della fiamma, dalla concentrazione e dall’anione.
- Il colore della fiamma viene calcolato a partire dallo spettro usando le funzioni di corrispondenza cromatica CIE 1931, quindi è il colore della luce, riprodotto nel modo più fedele possibile da uno schermo.
- I campioni misteriosi provengono da una sequenza casuale prestabilita, perciò ogni sale compare una volta ogni sette turni.
Provalo in classe
- Q1Uno studente vede una fiamma gialla per ogni campione. Qual è la causa più probabile e come va pulito il filo?
- Q2Calcola l’energia di un fotone della riga del litio a 670,8 nm, in joule e in elettronvolt.
- Q3Perché metalli diversi producono colori diversi?
- Q4Perché il test alla fiamma non permette di identificare molto bene i metalli presenti in una miscela?
- Q5Nei fuochi d’artificio si usano sali di stronzio e bario. Quali colori producono?
Domande frequenti
Perché il filo ad anello è fatto di nichel-cromo o platino?
Questi metalli sono poco reattivi e non colorano la fiamma. L’anello si pulisce immergendolo in acido cloridrico concentrato e riscaldandolo finché la fiamma non mostra più alcun colore.
Perché lo spettro è composto da righe e non da un arcobaleno?
Gli elettroni di un atomo possono avere solo determinate energie, quindi sono possibili solo determinati salti energetici e, di conseguenza, determinate lunghezze d’onda. Un solido caldo, come il filo incandescente, produce invece uno spettro continuo.
Un test alla fiamma è sufficiente per identificare un metallo?
È un primo test rapido. Alcuni colori sono simili, come quelli del litio e dello stronzio, e il sodio può nasconderne altri. I chimici confermano il risultato con altri test o con uno strumento come uno spettrometro a emissione di fiamma o ad assorbimento atomico, che misura le righe esatte.