Anorganische Bestandteile

Flammenfärbung als Vorprobe

Welche Kationen die nichtleuchtende Bunsenflamme wie färben, woher das Licht stammt und wo die Vorprobe an ihre Grenzen stößt.

Prüfungsrelevanz: gut zu wissen ✓ gelesen
Das Wichtigste in Kürze5 Punkte
  • Die Flammenfärbung ist eine Vorprobe auf Kationen: Bestimmte Elemente färben die nichtleuchtende Bunsenflamme charakteristisch.
  • Lithium und Strontium färben rot, Lithium mit einer Linie bei etwa 670 nm.
  • Natrium färbt gelb mit Linien bei ca. 590 nm, Barium und Thallium färben grün, Kupfer(II)-chlorid grün bis blaugrün.
  • Bei Lithium und Natrium leuchten thermisch angeregte Atome in der Gasphase, nicht Ionen oder Oxide.
  • Die Probe ist rein qualitativ: Blei lässt sich so nicht bestimmen, und die Dauer der Natriumflamme unterscheidet die Natriumphosphate nicht.

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Worum es geht

Viele Metallsalze färben die Bunsenflamme in einer typischen Farbe. Diese Flammenfärbung ist eine schnelle Vorprobe in der qualitativen Kationenanalyse und hilft, Arzneistoffsalze wie Lithiumcarbonat oder Natriumchlorid vorab einzuordnen.

Flammenfarben

Bei der Flammenfärbung bringt man eine kleine Salzprobe am Magnesiastäbchen in die nichtleuchtende Bunsenflamme. Einige Elemente färben die Flamme dabei charakteristisch. Die Farbe verrät, welches Kation vorliegt.

Alkali- und Erdalkalimetalle, Kupfer und Thallium

Element (Beispielsalz) Flammenfarbe Kennzeichen
Lithium (\(\ce{LiCl}\)) rot Linie bei etwa 670 nm
Strontium (\(\ce{SrCl2}\)) rot
Natrium (\(\ce{NaCl}\)) gelb Linien bei ca. 590 nm
Barium (\(\ce{BaCl2}\)) grün
Kupfer (\(\ce{CuCl2}\)) grün bis blaugrün
Thallium (\(\ce{Tl2SO4}\)) grün

Rot färben also nur Lithium und Strontium. Natriumchlorid leuchtet gelb, Kupfer(II)-chlorid grün. Eisen(III)-hydroxid und Magnesiumsalze liefern keine rote Flamme und auch keine Linien zwischen 670 und 675 nm. Grün stammt von Barium, Kupfer oder Thallium. Nickelsulfat und Arsen(III)-oxid färben nicht grün, und Kaliumsulfat gibt eine fahlviolette statt einer grünen Flamme.

Emission thermisch angeregter Atome

Bei Lithium und Natrium leuchten freie Atome im Gaszustand. Man kann sich die Flamme wie einen Ofen vorstellen, der Elektronen kurz auf eine höhere Stufe hebt.

  1. Verdampfen: Die Hitze überführt das Salz in die Gasphase.
  2. Atomisierung: In der Flamme entstehen neutrale Metallatome.
  3. Anregung: Thermische Energie hebt das Valenzelektron an, bei Natrium von 3s nach 3p.
  4. Emission: Beim Rücksprung in den Grundzustand gibt das Atom ein Photon ab, bei Natrium gelbes Licht um 589 nm.

Energieniveauschema mit 3s- und 3p-Niveau des Natriumatoms, Pfeil nach oben für thermische Anregung, Pfeil nach unten für Emission von gelbem Licht bei 589 nm

Natrium in der Flamme: Anregung des Valenzelektrons und Emission der gelben Linie beim Rücksprung in den Grundzustand
⚠️ Achtung: Atom statt Ion

Die gelbe Natriumflamme stammt weder von angeregten Natriumionen noch vom Glühen von Natriumoxid. Ebenso leuchten bei Lithium weder \(\ce{Li+}\) noch Moleküle wie \(\ce{Li2CO3}\) oder \(\ce{Li2O}\), sondern angeregte Lithiumatome.

Grenzen der Methode

Die Flammenfärbung ist eine Vorprobe und kein Beweis. Natriumspuren sind fast überall und überstrahlen schwächere Farben. Wie lange die Natriumflamme anhält, sagt nichts über die Verbindung aus. So lassen sich die beiden Natriumphosphate damit nicht unterscheiden. Barium färbt grün, obwohl Bariumchlorid nicht leicht flüchtig ist und nicht sublimiert.

Quantitativ ist die Probe nicht nutzbar. Blei etwa bestimmt man über andere Verfahren, wie unter Blei beschrieben. Messbar wird die Emission erst in der Atomemissionsspektroskopie.

Quiz

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Aussage 1

Strontiumchlorid färbt die nichtleuchtende Bunsenflamme rot.

Neben Lithium färbt auch Strontium die Flamme rot.

Aussage 2

Die gelbe Flammenfärbung von Natriumsalzen entsteht durch das Glühen von gebildetem Natriumoxid.

Das Licht stammt von gasförmigen, thermisch angeregten Natriumatomen, die beim Rücksprung in den Grundzustand bei ca. 590 nm emittieren.

Aussage 3

Kupfer(II)-chlorid gibt in der Bunsenflamme eine ähnlich rote Färbung wie Lithiumchlorid.

Kupfer(II)-chlorid färbt die Flamme grün bis blaugrün. Rot färben nur Lithium und Strontium.

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