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Flammenfärbung und Boraxperle

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Die Autor*innen
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André Otto
Flammenfärbung und Boraxperle
lernst du in der 11. Klasse - 12. Klasse - 13. Klasse

Flammenfärbung und Boraxperle Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Flammenfärbung und Boraxperle kannst du es wiederholen und üben.
  • Nenne die Materialien, die für eine Flammenfärbung benötigt werden.

    Tipps

    Wie wird das Magnesiastäbchen gereinigt?

    In welcher Form liegt die zu untersuchende Probe vor?

    Lösung

    Um eine Flammenfärbung durchzuführen, benötigst du:

    1. Bunsenbrenner
    2. Magnesiastab oder Magnesiarinne
    3. Salzsäure (zur Reinigung)
    4. anorganisches Salz
    Um eine eindeutige Flammenfärbung zu erkennen, solltest du darauf achten, dass der Magnesiastab vollständig sauber ist und dass du alle Salze einzeln betrachtest und sie nicht vermischt werden.

  • Erkläre die Entstehung der Flammenfärbung.

    Tipps

    Welche Bestandteile des Atoms befinden sich auf den Schalen und führen die Sprünge durch?

    Elektronen im angeregten Zustand befinden sich auf höheren Schalen als ursprünglich.

    Elektronen können nur genau festgelegte Energieportionen aufnehmen.

    Lösung

    Flammenfärbung als Nachweisreaktion

    Durch die spezifische Flammenfärbung können bestimmte Ionen gut nachgewiesen werden. Allerdings ist es nur eine Vorprobe. Für einen sicheren Nachweis muss man sich noch anderer Methoden bedienen.

    Neben den Ionen, die du aus dem Video kennst, können auch Arsen-Ionen (blaue Flamme), Antimon (hellblaue Flamme) und Bor (grüne Flamme) durch Flammenfärbung erkannt werden.

  • Entscheide, welche Metallsalze die gezeigten Feuerwerksfarben ergeben.

    Tipps

    Welche Flammenfärbung kann man beobachten, wenn Strontium verbrannt wird?

    Barium verursacht eine Grünfärbung der Flamme.

    Lösung

    Die Farbe der jeweiligen Lichterscheinung ist abhängig von dem anorganischen Salz, das verbrannt wird. Genauer gesagt hängt die Farbe vom Metall-Kation des Salzes ab. Enthält eine Rakete zum Beispiel Bariumchlorid, so sehen wir ein grünes Feuerwerk am Himmel, weil Barium eine grüne Flammenfärbung verursacht.

    In Feuerwerkskörpern werden Salze verwendet, um die unterschiedlichen Farben zu erzeugen. Jedoch sind viele dieser Salze giftig oder gesundheitsschädigend. Auch deshalb sollten Feuerwerksraketen von Kleinkindern und Tieren ferngehalten werden.

  • Erkläre, warum nicht alle Atome eine Flammenfärbung erzeugen.

    Tipps

    Was passiert mit den Elektronen eines flammenfärbenden Salzes, wenn es erwärmt wird?

    Angeregte Elektronen geben ihre Energie wieder ab, da ein energiearmer Zustand stabiler ist.

    Lösung

    Wird Energie in Form von Licht oder Wärme von einem Elektron absorbiert, wird es angeregt. Infolgedessen verlässt es sein Energieniveau und „springt" auf ein höheres Energieniveau.

    Dieser Zustand ist allerdings nicht stabil. Das Elektron möchte die Energie wieder abgeben und begibt sich auf sein altes Energieniveau zurück. Dabei wird die aufgenommene Energie wieder abgeben. Diese Energie besitzt eine ganz bestimmte Wellenlänge ($\lambda$).

    Nur wenn sich diese Wellenlänge im Bereich des sichtbaren Lichtes befindet, nehmen wir eine Färbung der Flamme wahr. Der für Menschen sichtbare Bereich des elektromagnetischen Spektrums erstreckt sich von ungefähr 400 bis 700 nm (1 nm = 1 $\cdot$ 10$^{-9}$ m).

  • Beschreibe die Durchführung einer Flammenfärbung.

    Tipps

    Wie stellst du sicher, dass nur das zu untersuchende Salz eine Flammenfärbung bewirkt?

    Lösung

    Will man nach dem Versuch die Magnesiastäbchen oder Magnesiarinnen erneut verwenden, ist es wichtig, sie auch nach der Flammenprobe zu reinigen. Verunreinigungen können das Ergebnis verfälschen. Deshalb taucht man das Magnesiastäbchen auch erst in Salzsäure, damit Reste und Verunreinigungen gelöst werden können. Die Salzsäure wird hierfür in ein Extragefäß überführt, damit sie später mit den Verunreinigungen entsorgt werden kann. Hat man das Magnesiastäbchen in Salzsäure gereinigt, wird es dann mit destillierten Wasser noch einmal abgespült, damit auch die Salzsäure das Ergebnis nicht verfälschen kann. Das Ausbrennen des Stäbchens entfernt dann auch die letzten kleinen Reste von Verunreinigungen.

  • Beschreibe die Herstellung von Boraxperlen.

    Tipps

    Welches Schwermetall erzeugt bei jeder Flamme eine grüne Perle?

    Eine violette Perle weist auf das Vorhandensein von Mangan hin.

    Auf beiden Seiten des Reaktionspfeils müssen die einzelnen Atome in der gleichen Anzahl vorhanden sein. Hier siehst du ein Beispiel für eine richtig ausgeglichene Reaktion.

    Lösung

    Stoffnachweis durch die Boraxperle

    Durch die Flammenfärbung werden Alkali- und Erdalkalimetalle nachgewiesen. Durch die Boraxperle können einige Ionen von Schwermetallen ermittelt werden, die keine Flammenfärbung erzeugen.
    Beispiele:

    • Eisen
    • Chrom
    • Cobalt
    • Nickel
    Weil Borax aber gesundheitsgefährdend ist, wird dieser Nachweis bevorzugt mit Phoshorsalzperlen durchgeführt. Die Phosphorsalzperle hat folgende Reaktionsgleichungen:

    Farblose Perle:
    $NaNH_4HPO_4 \longrightarrow~ NaPO_3+ NH_3 + H_2O$

    Blaue Cobaltperle:
    $NaPO_3 + CoSO_4 \longrightarrow~NaCoPO_4 + SO_3$

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