Metallionen und ihre Flammenfärbung

Hallo! Vielleicht hast du dich schonmal gefragt, warum Silvesterraketen ein so schönes, buntes Feuerwerk liefern? Es leuchtet in vielen verschiedenen Farben wie Rot, Grün, Blau, Gelb, Violett und Weiß. Alle diese Farben werden durch Metallsalze und ihre typischen Flammenfärbungen erzeugt. Was das ist und wie das genau funktioniert, wollen wir uns jetzt einmal ansehen.

Alkalimetalle und Erdalkalimetalle

Die Farben vom Feuerwerk werden also durch die Metallsalze erzeugt, die in den Feuerwerkskörpern enthalten sind. Das helle, weiße Licht wird zum Beispiel durch Magnesiumsalze erzeugt, während die bunten Farben durch Natrium, Kalium, Calcium und durch andere Alkalimetalle bzw. Erdalkalimetalle erzeugt werden.

Schauen wir uns zunächst an, wo du die verschiedenen Metalle im Periodensystem finden kannst. Die Alkalimetalle stehen in der ersten Hauptgruppe. Die wichtigsten sind Lithium, Natrium, Kalium und Rubidium. Die Erdalkalimetalle stehen in der zweiten Hauptgruppe. Hierzu gehören Beryllium, Magnesium, Calcium, Strontium und Barium.

Experiment Flammenfärbung

Diese Metalle zeigen nun oft sehr charakteristische Flammenfärbungen, die oft auch in der Analytik als Hinweis genutzt werden, um Metalle in unbekannten Proben zu ermitteln.

Für das Experiment benötigst du einen Bunsenbrenner, ein Magnesiastäbchen und Salze verschiedener Alkali- bzw. Erdalkalimetalle. Wir wollen uns nun genauer die Flammenfärbungen von Natriumchlorid, Lithiumchlorid, Kaliumchlorid, Calciumchlorid und Bariumchlorid ansehen.

Als erstes löst du die Salze jeweils in etwas Wasser. Anschließend tauchst du dein Magnesiastäbchen in die erste Lösung, also in die Natriumchloridlösung und hältst das Stäbchen in die Brennerflamme.

Du siehst nun eine leuchtend gelbe Flamme. Mit den anderen Salzlösungen machst du es nun genauso. Achte darauf immer ein neues Magnesiastäbchen zu benutzen, damit sich die Lösungen nicht vermischen und die Ergebnisse nicht verfälscht werden.

Die Flammenfärbung von Lithium ist karminrot und die von Kalium violett. Wenn du die Salzlösungen der Erdalkalimetalle in die Flamme hältst wirst du sehen, dass die Flamme sich bei Calciumchlorid rot verfärbt. Bariumsalze zeigen dagegen eine sehr charakteristische Grünfärbung

Neben den Alkali und Erdalkalimetallen zeigen aber auch einige Metalle der anderen Hauptgruppen oder auch Nebengruppen eine typische Flammenfärbung. Kupfer färbt die Flamme z.B. bläulich grün.

Du hast in unserem Experiment nun gesehen, dass es für einige der Metalle sehr charakteristische Flammenfärbungen gibt. Du siehst also bei unbekannten Proben ist dies eine gute Möglichkeit, einen ersten Hinweis auf ein Element zu bekommen. Wenn sich also eine Flammenfärbung zeigt, kannst du diesem Hinweis nachgehen und weitere, genauere Proben durchführen.

Anregung der Elektronen

Nun wollen wir uns ansehen, wie es dazu kommt, dass die Metalle in der Lage sind diese verschiedenen Flammenfärbungen zu erzeugen.

Wenn du die Lösung eines der Metalle erhitzt führst du Energie zu. Nun wechselt ein Valenzelektron vom Grundzustand in ein höheres Energieniveau. Wenn das Elektron vom angeregten Zustand wieder in den Grundzustand zurückfällt, wird die Energie wieder abgegeben. Je nach Energiebetrag wird Licht einer bestimmten Wellenlänge und somit einer bestimmten Farbe sichtbar und die Flamme erscheint farbig.

Zusammenfassung

Wir haben uns heute damit beschäftigt, wie die verschiedenen Farben im Feuerwerk entstehen können. Du weißt nun, dass Metalle und deren Flammenfärbungen diese Farben entstehen lassen und dass dies durch die Anregung von Elektronen erfolgt.

Wenn die angeregten Elektronen dann in den Grundzustand zurückfallen und dabei Licht einer bestimmten Wellenlänge abgeben, siehst du dies als eine bestimmte Farbe. Diese Eigenschaft kann in der Analyse von unbekannten Proben angewendet werden. Außerdem sorgt sie dafür, dass Feuerwerke in so vielen verschiedenen Farben leuchten können. Tschüs und bis bald.