Chemie Praktikum Klasse 10

Thema: Flammenfärbung / Spektralanalyse von Alkalimetallen und Erdalkalimetallen

Verfasst am 9.10.2003. Bitte beachten: Es handelt sich hierbei um einen urheberrechtlich geschützten Text.

Versuchsaufgabe:

Mit Hilfe der Flammenfärbung soll herausgefunden werden, ob eine unbekannte Substanz eine Lithium-, Natrium-, Kalium-, Strontium-, oder Bariumverbindung ist. Hierzu müssen zuerst die Flammenfärbungen dieser Elemente bekannt sein.

Allgemeine Grundlagen:

Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium und Caesium sind Alkalimetalle. Sie reagieren schnell mit Wasser und Luft und kommen in der Natur daher nur als Verbindungen vor. "Al-quali" ist arabisch und bedeutet so viel wie "aus Pflanzenasche". Zu den Erdalkalimetallen gehören die Elemente der 2. Hauptgruppe des Periodensystems: Strontium, Calcium, Barium, Beryllium, Magnesium und Radium.

Unter einem Linienspektrum versteht man folgendes:
Man kann mit einem Prisma die Farben einer Lichtquelle (etwa der Flamme beim Verbrennen eines chemischen Elements) zerlegen, da sie je nach Wellenlänge unterschiedlich stark gebrochen werden. Dadurch entstehen meist mehrere scharf abgegrenzte Farbstreifen unterschiedlicher Wellenlänge mit einem charakteristischen Muster für jedes Element. Es kann natürlich auch nur einer erscheinen oder das komplette Spektrum gefüllt sein. So weist das weiße Sonnenlicht alle Regenbogenfarben auf. Man nennt dies ein kontinuierliches Spektrum. Auch die für den Mensch unsichtbaren Farben (Infrarot-Licht und Ultraviolette Strahlen) werden dabei zerlegt.

Bei Natrium hingegen erscheint nur ein kleiner gelber Streifen, wie man nachfolgend herausfinden wird.
Das Verfahren, das man zum herausfinden des Linienspektrums anwendet, heißt Spektralanalyse. Sie wurde 1859 von Robert Bunsen und Gustav Kirchhoff begründet und findet auch in der Astronomie Verwendung, da man aufgrund des gesandten Lichts eines Planeten Rückschlüsse auf die vorhandenen chemischen Elemente ziehen kann.

In der Chemie ist diese Analyse eine Möglichkeit, um in Verbindungen Spuren von chemischen Elementen nachzuweisen. Hierbei braucht man nicht unbedingt ein Spektroskop, sondern es reicht meist schon, die Flammenfärbung zu vergleichen.

Arbeitsmaterial:

Man benötigt außer den (Erd-)Alkalimetall-Chloridverbindungen noch folgende Geräte und Chemikalien: Schutzbrille, Gasbrenner, kleines Becherglas, Magnesiastäbchen, Cobaltglas, verdünnte Salzsäure.

Durchführung:

Zuerst muss man das Magnesiastäbchen in die verdünnte Salzsäure tauchen und es danach so lange mit dem Gasbrenner ausglühen, bis die Flamme nicht mehr gefärbt erscheint. Dadurch wird es neutralisiert und kann die Versuchsauswertung nicht beeinflussen. Nun taucht man die Spitze nochmals kurz in verdünnte Salzsäure, damit die Stoffprobe daran haften bleibt. Jetzt hält man sie in die nichtleuchtende Brennerflamme, also etwas über dem blauen Kern. Zusätzlich muss der Brenner leicht schräg gehalten werden. Darauf werde ich in später nochmal eingehen. Die Farbe, mit der die Probe leuchtet wird notiert. Sollte sie schon verglüht sein, nimmt man nochmals ein wenig davon und sehen uns die Flamme durch ein Cobaltglas an. Bevor man nach und nach die anderen Stoffe ausprobiert, muss das Magnesiastäbchen jedes Mal mit der oben beschriebenen Methode gereinigt werden.
Zwischendurch betrachtet man die Substanzen auch durch ein Spektroskop.

Beobachtungen & Versuchsauswertung:

1. Welche Flammenfärbungen erhält man?

   Stoff	mit Cobaltglas	ohne Cobaltglas
   Lithium	schwach rot	leuchtend rot
   Calcium	orange	leuchtend orange
   Strontium	rot	rot
   Caesium	schwach blau	blau
   Rubidium	rot	violett
   Natrium	schwach violett	gelb
   Kalium	rot	leicht blau
   Barium	-	grün

   Es ist auffällig, dass man mit dem Kobaltglas keine Gelbtöne mehr sieht.

   Eine mögliche Fehlerquelle ist die ungründliche Reinigung des Magnesiastäbchens. Vor allem das Natriumchlorid geht nur schwer wieder ab.

2. Welche Alkalimetalle oder Erdalkalimetalle sind am Aufbau der unbekannten Substanz beteiligt?

   Erste unbekannte Substanz:

   Kalium

   Zweite unbekannte Substanz:

   Barium

   Dritte unbekannte Substanz:

   Strontium

   Vierte unbekannte Substanz:

   Natrium

3. Wozu dient das Cobaltglas?

   Mit dem Cobaltglas filtert man die stark überlagernden gelben Farbbereiche heraus, das heißt es absorbiert sie.

4. Warum muss man den Brenner schräg halten?

   Es kann so kein Stoff in den Brenner fallen und die Ergebnisse verfälschen, indem sich die anderen Flammen &171;verfärben&187;.