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Metallionen und ihre Flammenfärbung 05:22 min

Textversion des Videos

Transkript 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.

1 Kommentar
  1. Sehr gut!!

    Von Jiyoon, vor fast 5 Jahren

Metallionen und ihre Flammenfärbung Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Metallionen und ihre Flammenfärbung kannst du es wiederholen und üben.

  • Erkläre den Versuchsaufbau zur Flammenfärbung.

    Tipps

    Überlege, wie die Flamme vor und nach dem Magnesiastab aussieht.

    Lösung

    Um Metalle voneinander unterscheiden zu können, brauchst du in der Schule einen Bunsenbrenner, ein Feuerzeug, eine Petrischale, Magnesiastäbchen und verschiedene Metallsalzlösungen. Zuerst füllst du die Metallsalzlösungen in verschiedene Petrischalen. Danach machst du den Brenner mithilfe des Feuerzeugs an und stellst ihn auf die blaue Flamme ein. Den Magnesiastab tauchst du in die Lösung und danach in die Flamme. Die Flamme wird sich dann dem Metall entsprechend verfärben.

  • Bestimme die jeweilige Farbe der Flamme zu den Elementen.

    Tipps

    Überlege, worin der Unterschied zwischen Lithium und Calcium besteht.

    Lösung

    Die Flammenfärbung von Metallsalzlösungen ist nicht nur in Feuerwerkskörpern schön anzusehen, sondern auch eine gute Vorprobe zur Bestimmung der Metalle. Doch warum sind die Flammen so schön bunt? Der Hauptgrund dafür ist die Anregung der Elektronen. Erhitzt du eine Metallsalzlösung über dem Bunsenbrenner, dann wird Energie zugeführt. Dadurch wechselt ein Valenzelektron (Außenelektron) vom Grundzustand in ein höheres Energieniveau. Fällt dieses Elektron vom angeregten Zustand zurück in den Grundzustand, wird dabei wiederum Energie abgegeben. Je nach Energiebetrag wird Licht in einer bestimmten Wellenlänge und somit mit einer bestimmten Farbe sichtbar. Uns erscheint dann die Flamme farbig.

  • Beschreibe den chemischen Hintergrund zur Flammenfärbung.

    Tipps

    Überlege, wann ein Elektron im Grundzustand und wann im angeregten Zustand ist.

    Lösung

    Erhitzt du die Metallsalzlösung über der Brennerflamme, dann wird der Lösung Energie zugeführt. Die Elektronen werden dadurch angeregt und springen vom Grundzustand in den angeregten Zustand. Irgendwann fallen sie zurück in den Grundzustand und dabei wird ein bestimmter Energiebetrag in Form von Licht frei. Das Licht tritt in einer bestimmten Wellenlänge aus, die dann die sichtbare Farbe bestimmt.

  • Ermittle die Gleichung zur Berechnung der Energie.

    Tipps

    Die Wellenlänge hat einen griechischen Buchstaben als Formelzeichen.

    Lösung

    Mit dieser Formel kannst du die Energie berechnen, die beim Herunterfallen des Elektrons vom angeregten Zustand in den Grundzustand frei wird. Das $h$ steht für die plancksche Wirkungszahl oder Konstante. Sie hat immer den Wert $6,55 \cdot 10^{-34}$ Js. Das $c$ steht für die Lichtgeschwindigkeit und ist auch eine Konstante. Das Lambda ist das griechische Formelzeichen für die Wellenlänge. Mit dieser Formel kannst du auch durch Umstellen die Wellenlänge berechnen, wenn du die Energie gegeben hast.

  • Überprüfe, in welchem Glas sich welche Metallsalzlösung befindet.

    Tipps

    Überlege, welche Flammenfarbe zu welchem Element gehört.

    Lösung

    Beim Experimenten zur Flammenfärbung ist es besonders wichtig, sauber und vorsichtig zu arbeiten. Wenn analytische Methoden angewendet werden, ist es wichtig, reine Substanzen vorliegen zu haben, damit man auch eindeutige Ergebnisse erhalten kann. Die Substanzen dürfen sich also nicht miteinander vermischen, da sonst die Ergebnisse ungenau sein könnten und zu falschen Ergebnissen führen. Außerdem sollte immer beim Arbeiten mit dem Bunsenbrenner Vorsicht geboten sein und Schutzkleidung sowie Schutzbrille getragen werden. Eine Voraussetzung ist auch, die Farben zu den jeweiligen vorhandenen Stoffen zuordnen zu können.

  • Erschließe die Wellenlänge zu den Farben der Flammen.

    Tipps

    Nutze das Spektrum über der Aufgabe zur Hilfe.

    Überlege, welche Farbe zu welchem Element gehört.

    Lösung

    Das Spektrum, welches du über der Aufgabe siehst, hilft bei der Spektroskopie beispielsweise, die exakte Wellenlänge zu bestimmen. Der Bereich des sichtbaren Lichtes liegt zwischen 380 nm und 780 nm. Dazwischen befinden sich auch die Wellenlängen für die Flammenfärbungen. Die Farbflamme des Kupfers hat dabei z.B. eine Wellenlänge von 510 nm und erscheint uns deshalb blaugrün.