Испытание пламенем — это относительно быстрый тест на наличие некоторых элементов в образце. Этот метод архаичен и имеет сомнительную надежность, но когда-то был компонентом качественного неорганического анализа . Явление связано с пиротехникой и атомно-эмиссионной спектроскопией . [1] Цвет пламени понимается на основе принципов атомного электронного перехода и фотоэмиссии , где различные элементы требуют различных энергетических уровней ( фотонов ) для электронных переходов. [2] [3]
Роберт Бунзен изобрел ныне известную горелку Бунзена в 1855 году, которая была полезна при испытаниях на пламя из-за ее несветящегося пламени, которое не искажало цвета, излучаемые испытуемыми материалами. [4] [1] Горелка Бунзена в сочетании с призмой (фильтрующей цветовую интерференцию примесей ) привела к созданию спектроскопа , способного излучать спектральное излучение различных элементов. [1] В 1860 году неожиданное появление небесно-голубого и темно-красного цветов наблюдалось в спектральных эмиссиях Робертом Бунзеном и Густавом Кирхгофом , что привело к открытию двух щелочных металлов : цезия ( небесно-голубого ) и рубидия (темно-красного). [4] [1] Сегодня этот недорогой метод используется в средней школе, чтобы научить учащихся качественно обнаруживать металлы в пробах. [2]
Испытание на пламя включает в себя помещение образца элемента или соединения в горячее несветящееся пламя и наблюдение за цветом полученного пламени. [4] Соединение можно превратить в пасту с концентрированной соляной кислотой, поскольку галогениды металлов , будучи летучими, дают лучшие результаты. [5] Чтобы проверить точность цвета, можно попробовать использовать разные виды пламени. Для поддержки рекомендуется использовать деревянные шины, нихромовую проволоку , ватные палочки и меламиновую пену . [6] [7] [8] Меры предосторожности имеют решающее значение из-за воспламеняемости и токсичности некоторых веществ. [9] [10] [11] [6] При использовании шины необходимо осторожно проводить ею через пламя, а не держать ее в пламени в течение длительного времени, чтобы не поджечь саму шину. Также было предложено использовать ватный тампон или меламиновую пену (используемую в чистящих губках-ластике) в качестве опоры. [7] [8] [6] Натрий является распространенным компонентом или примесью во многих образцах, [2] и его спектр имеет тенденцию доминировать во многих испытаниях на пламя. [5] Испытательное пламя часто просматривают через кобальтово-синее стекло , чтобы отфильтровать желтый цвет натрия и облегчить просмотр ионов других металлов. [ нужна цитата ]
Цвет пламени также обычно зависит от температуры и подаваемого кислорода ; увидеть цвета пламени . [5] В процедуре используются различные растворители и пламя для просмотра испытательного пламени через кобальтово-синее стекло для фильтрации мешающего света таких загрязнений , как натрий . [12]
Испытания на пламя имеют ряд ограничений. Диапазон элементов, положительно обнаруживаемых в стандартных условиях, невелик. Некоторые элементы излучают слабо, а другие (Na) очень сильно. Золото , серебро , платина , палладий и ряд других элементов не дают характерного цвета пламени, хотя некоторые могут давать искры (как металлические титан и железо ); Сообщается, что соли бериллия и золота при охлаждении выделяют чистый металл. [12] Тест весьма субъективен .
При испытаниях пламенем ионы возбуждаются термически . Эти возбужденные состояния затем релаксируют в основное состояние с испусканием фотона. Энергия возбужденного состояния (состояний) и связанного с ним испускаемого фотона является характеристикой элемента. Природа возбужденного и основного состояний зависит только от элемента. Обычно не существует связей, которые можно было бы разорвать, и теория молекулярных орбиталей неприменима. Спектр излучения, наблюдаемый при испытании пламенем, также является основой эмиссионной спектроскопии пламени , атомно-эмиссионной спектроскопии и фотометрии пламени . [4] [13]
Некоторые общие элементы и соответствующие им цвета:
