Окрашивание пламени солей щелочных металлов

Очень красивый научный эксперимент от профессора Николя «Цветное пламя» позволяет получить пламя четырех разных цветов, используя для этого законы химии.

Набор интереснейший, мы действительно на пламя насмотрелись, удивительное зрелище! Интересно всем: и взрослым, и детям, так что очень рекомендую! Плюс в том, что этот опыт с огнём можно провести и дома, не обязательно выходить на улицу. В наборе есть чашки-плошки, в которых горит таблетка сухого горючего, всё безопасно, и на деревянном полу (или столе) можно поставить. Из серии опытов профессора Николя.

Лучше, конечно, под присмотром взрослых опыт проводить. Даже если дети уже немаленькие. Огонь всё же — штука опасная, но при этом … жутко (тут именно это слово подходит очень точно!) интересная!

• Фото упаковки набора смотрите в галерее в конце статьи.
• Набор 'Цветное пламя' содержит все необходимое для проведения эксперимента. В набор входят:

• иодид калия,
• хлорид кальция,
• раствор соляной кислоты 10%,
• сульфат меди,
• нихромовая проволока,
• медная проволока,
• хлорид натрия,
• сухое горючее, чашка для выпаривания.

Единственное, есть у меня некоторые претензии к производителю — я ожидала найти в коробочке мини-брошюру с описанием химического процесса, который мы здесь наблюдаем, и объяснение, почему пламя становится цветным.

Такого описания здесь не оказалось, так что придётся обратиться к энциклопедии по химии (обзор книг по химии здесь). Если, конечно, будет такое желание.

А желание у старших детей, конечно, возникает! Младшим детям, конечно, никакие объяснения не нужны: им просто очень интересно смотреть, как меняется цвет пламени.

На обратной стороне коробки-упаковки написано, что нужно делать, чтобы пламя стало цветным.

Сначала делали по инструкции, а потом стали просто пламя разными порошками из баночек посыпать (когда убедились, что всё безопасно) — эффект потрясающий.

Всполохи красного пламени в жёлтом, ярко-салатовое пламя, зелёное, фиолетовое… зрелище просто завораживает.

Очень здорово покупать на какой-нибудь праздник, это гораздо интереснее любой петарды. И на новый год будет очень здорово. Мы жгли днём, в темноте было бы ещё эффектнее.

Реактивы у нас после сжигания одной таблетки ещё остались, так что, если взять другую таблетку (купить отдельно), можно повторить опыт. Глиняная чашка отмылась довольно хорошо, так что её на много опытов хватит. А если вы на даче, то порошок можно посыпать и на огонь в костре — он тогда, конечно, быстро кончится, но зрелище будет фантастическое!

Добавляю краткую информацию о реактивах, которые идут в комплекте с опытом. Для любознательных детишек, которым интересно узнать больше.

Окрашивание пламени

1. Стандартный способ окрашивания слабосветящегося газового пламени — введение в него соединений металлов в форме легколетучих солей (обычно, нитратов или хлоридов):
2. желтое — натрия,
3. красное — стронция, кальция,
4. зеленое — цезия (или бора, в виде борноэтилового или борнометилового эфира),
5. голубое — меди (в виде хлорида).
6. В синий окрашивает пламя селен, а в сине-зеленый — бор.

Температура внутри пламени различна и с течение времени она меняется (зависит от притока кислорода и горючего вещества). Синий цвет означает что температура очень высокая до 1400 С, желтый — температура чуть меньше, чем когда синее пламя. Цвет пламени может меняться в зависимости от химических примесей.

Цвет пламени определяется только его температурой, если не учитывать его химический (точнее, элементный) состав. Некоторые химические элементы способны окрашивать пламя в характерный для этого элемента цвет.

В лабораторных условиях можно добиться совершенно бесцветного огня, который можно определить лишь по колебанию воздуха в области горения. Бытовой же огонь всегда «цветной». Цвет огня определяется температурой пламени и тем, какие химические вещества в нём сгорают.

Высокая температура пламени дает возможность атомам перескакивать на некоторое время в более высокое энергетическое состояние. Когда атомы возвращаются в исходное состояние, они излучают свет с определённой длиной волны.

Она соответствует структуре электронных оболочек данного элемента.

Голубой огонек, например, который можно видеть при горении природного газа, обусловлен угарным газом, который и придаёт пламени этот оттенок. Угарный газ, молекула которого состоит из одного атома кислорода и одного атома углерода, является побочным продуктом горения природного газа.

Калий — фиолетовое пламя

Калий (нем. Kalium, франц. и англ. Potassium) — один из важнейших представителей группы щелочных металлов.

Калий — металл наиболее электроположительный после рубидия и цезия.

В чистом сухом воздухе при обыкновенной температуре он не изменяется, в обычном — покрывается слоем едкого калия и углекислой его соли; в свежем разрезе в темноте светится, а в тонких пластинках окисляется столь быстро, что может загореться; расплавленный и нагретый, он также горит; пламя его обладает фиолетовым цветом. Вследствие такой склонности к окислению и является необходимым сохранять его под нефтью.

Открывают присутствие калия по фиолетовой окраске газового беcцветного пламени, которая получается при внесении в пламя его соединений, особенно галоидных, на ушке платиновой проволоки (вот почему в опыте нужно вносить калий в пламя на проволоке — эффект изменения цвета пламени тогда заметнее); в присутствии солей натрия окраску наблюдают через синее кобальтовое стекло или через раствор индиго, помещенный в призматический стеклянный сосуд. Спектр пламени характеризуется двумя линиями — красной и фиолетовой.

Кальций хлористый — красное пламя

При нагревании на воздухе или в кислороде кальций воспламеняется и горит красным пламенем с оранжевым оттенком. С менее активными неметаллами (водородом, бором, углеродом, кремнием, азотом, фосфором и другими) кальций вступает во взаимодействие при нагревании.

При внесении в пламя растворимых солей кальция пламя окрашивается в кирпично-красный цвет.

При нагревании в кислороде и на воздухе кальций воспламеняется, сгорая ярко-красным пламенем, при этом образуется основной оксид СаО, который представляет собой белое, весьма огнестойкое вещество, температура плавления которого примерно 2 600 °C. Оксид кальция также известен в технике как негашеная или жженая известь.

Соляная кислота и медь — зелёное пламя

Медь придает пламени зеленый оттенок. При высоком содержании меди в сгораемом веществе пламя имеет яркий зеленый цвет, практически идентичный белому. В зеленый цвет пламя окрашивает борная кислота или медная (латунная) проволока, смоченная в соляной кислоте.

• При смачивании соляной кислотой пламя окрашивается в голубой цвет с зеленоватым оттенком.
• 1) В зеленый цвет пламя окрашивает борная кислота или медная (латунная) проволока, смоченная в соляной кислоте.
• 2) В красный цвет пламя окрашивает мел, смоченный в той же соляной кислоте.

При сильном прокаливании в тонких осколках Ва-содержащие (Барий-содержащие) минералы окрашивают пламя в желто-зеленый цвет. Окрашивание пламени можно усилить, если после предварительного прокаливания смачивать минерал в крепкой соляной кислоте.

Окислы меди (в опыте для зелёного пламени используются соляная кислота и кристаллики меди) дают изумрудно-зеленое окрашивание. Прокаленные Cu-содержащие соединения, смоченные НС1, окрашивают пламя в лазурно-голубой цвет CuС12). Реакция очень чувствительна.

Зеленый цвет и его оттенки огню придают также барий, молибден, фосфор, сурьма.

Азотнокислый и солянокислый растворы меди имеют голубой или зеленый цвет; при прибавлении аммиака цвет раствора изменяется в темно-синий.

Жёлтое пламя — соль

Для желтого пламени требуется добавка поваренной соли, нитрата натрия или хромата натрия.

Попробуйте посыпать на конфорку газовой плиты с прозрачно-голубым пламенем чуть-чуть поваренныой соли — в пламени появятся жёлтые язычки. Такое жёлто-оранжевое пламя дают соли натрия (а поваренная соль, напомним, это хлорид натрия).

Жёлтый цвет — это цвет натрия в пламени. Натрий есть в любом природном органическом материале, поэтому пламя мы обычно и видим жёлтым. А желтый цвет способен заглушить другие цвета — такова особенность человеческого зрения.

Желтые язычки пламени появляются при распадении солей натрия. Такими солями очень богата древесина, поэтому обычный лесной костер или бытовые спички горят желтым пламенем.

Секреты сумасшедшего профессора НиколяЦветное пламя

Металлы главных подгрупп

Соли некоторых элементов-металлов (* каких?) при внесении в пламя окрашивают его. Это свойство можно использовать в качественном анализе для обнаружения катионов этих элементов в исследуемом образце.

Для проведения эксперимента требуется нихромовая проволоч­ка. Ее следует промыть в конц. HCl и прокалить в пламени горелки. Если пламя при внесении проволочки окрашено, повторить обра­ботку HCl.

Погрузить проволочку в раствор исследуемой соли и внести в пламя. Отметить окраску. После каждого опыта промывать и прока­ливать проволочку до исчезновения окраски пламени.

1. Окрашивание пламени

Проделать опыт по окрашиванию пламени хлоридами щелочных и щелочноземельных металлов. * Почему берут хлориды, а не другие соли?

Окрашивание пламени солями (слева направо): лития, натрия, калия, рубидия, цезия, кальция, стронция, бария.

(фото пламени калия – В.В. Загорский)

2. Горение магния на воздухе

Кусочек ленты магния взять тигельными щипцами и сжечь над фарфоровой чашкой. Доказать, что представляет собой продукт. * Как это сделать?

3. Взаимодействие магния с водой и кислотами

А) Налить в пробирку немного воды, добавить фенолфталеин и всыпать немного порошка магния. При необходимости нагреть пробирку. * Вспомните, как кальций взаимодействует с водой.

Б) Налить в одну пробирку 1 мл конц. HCl, а во вторую – 1 мл конц. HNO3. Поместить в каждую пробирку по кусочку ленты магния. * Какие продукты образуются? Как это можно доказать?

1. Взаимодействие алюминия с кислотами и щелочами

Изучить в пробирках взаимодействие гранул алюминия с растворами:

• Наблюдения оформить в виде таблицы.
• * Вспомните, как алюминий реагирует с NaOH.
• 2. Гидроксид алюминия

Получить гидроксид алюминия в трех пробирках прикапывани­ем 1 М раствора аммиака к 1 мл раствора соли алюминия. Подейство­вать на гидроксид в первой пробирке избытком раствора аммиака, во второй – раствором HCl, в третьей – раствором NaOH. В раствор, полученный в третьей пробирке (* что представляет собой этот раствор?), пропустить СО2. * Как и в каком приборе его получить?

3. Гидролиз солей алюминия

А) Определить рН раствора хлорида алюминия. * Объяснить результат с привлечением константы соответствующего процесса.

1. Б) К раствору хлорида алюминия прилить 1 М раствор карбона­та натрия.
2. 4. Алюминотермия (один из опытов, на выбор, проводится под тягой, в присутствии преподавателя)
3. А) Алюминотермическое получение хрома

В шамотовый тигель (или фунтик, сделанный из асбеста) поместить сухую однородную смесь 3 г порошка фторида кальция (* для чего он нужен?), порошков 1 г Cr2O3 и 0,8 г дихромата калия, 0,5 г свеженапиленного порошка алюминия.

Сделать посредине ямку, насыпать в нее смесь порошка магния с пероксидом ба­рия, в которую вставить длинную ленту магния. Тигель поместить в песчаную баню так, чтобы он весь находился в песке. Горящей лучиной, вставленной в длинную стеклянную трубку, поджечь ленту магния.

По окончании реакции дать тиглю остыть, разбить его и извлечь «королек» хрома.

(фото В. Богданова)

Б) Алюминотермическое получение железа

В шамотовый тигель (или фунтик, сделанный из асбеста) поместить сухую однородную смесь 1,8 г оксида железа (III) и 0,5 г свеженапиленного порошка алюминия. Сделать посредине ямку, насыпать в нее 0,8 г перманганата калия.

В середине кучки перманганата сделать с помощью пустой пробирки еще одну ямку. Тигель поместить в песчаную баню так, чтобы он весь находился в песке. Налить сверху немного глицерина так, чтобы он соприкасался только с перманганатом, но не с поверхностью реакционной смеси.

По окончании реакции дать тиглю остыть, разбить его и извлечь «королек» железа.

Урок 10: Вещества неорганические

• План урока:
• Основные понятия
• Распознавание катионов щелочных металлов
• Распознавание ионов щелочноземельных металлов
• Качественные реакции на анионы

Основные понятия

Качественная реакция – это реакция, обладающая определенными признаками для того или иного соединения. К таким процессам предъявляется ряд требований: низкий порог чувствительности, специфичность, селективность.

Определять можно ионы. Это заряженные частицы. Если ион заряжен положительно – это катион, если отрицательно – анион. Ионы могут быть простыми и сложными, но у каждого есть специфическая качественная реакция.

Индикаторы

Индикаторы – вещества, которые дают специфический продукт реакции (осадок, газ, соль определенного цвета) с тем или иным ионом.

Определять можно не только конкретное соединение, но и класс, к которому оно относится. Одним из первых индикаторов являются индикаторы среды: фенолфталеин, метилоранж и лакмус. Молекулы этих веществ меняют свою конфигурацию в зависимости от кислотности раствора, на чем основана их индикаторная значимость.

В лабораториях и на производстве часто используют не сам раствор, а бумажку, пропитанную им – индикаторную бумагу. Существует несколько типов таких бумаг:

• Универсальная;
• Фенолфталеиновая;
• Лакмусовая;
• Свинцовая и т.д.

Для каждого вида индикаторных бумажек есть шкала цвета, по которому можно определить значение того или иного результата.

Распознавание катионов щелочных металлов

Для некоторых ионов есть несколько способов их идентификации. Например, ионы щелочных металлов определяются сухим способом – окрашиванием пламени и реакциями в растворах.

Каждый ион щелочного металла окрашивает пламя в определенный цвет:

• натрий – ярко-желтый,
• калий – розово-фиолетовый,
• литий – карминово-красный,
• рубидий – темно-фиолетовый.

Для определения наличия катиона щелочного металла можно провести качественную реакцию. Для каждого катиона используется определенный реактив.

Таблица. Характеристика качественных реакций на ионы щелочных металлов.

Распознавание ионов щелочноземельных металлов

Щелочно-земельные металлы расположены во второй группе таблицы Менделеева. Они, так же, активны, но меньше щелочных. Их распространенность в природе намного выше. К этим металлам относятся: бериллий (Be), магний (Mg), кальций (Ca), стронций (Sr), барий (Ba), радий (Ra).

Раньше первые два металла не относили к группе щелочно-земельных. Последние научные исследования подтвердили их принадлежность к этому ряду.

Эти металлы можно определять окрашиванием пламени, но различить правильный оттенок у некоторых из них довольно трудно:

• Be – красный;
• Mg – ярко-белый (сильное выделение тепла);
• Ca – оранжево-красный;
• Sr – карминово-красный;
• Ba – желтовато-зеленый;
• Ra – темно-красный.

Определение катионов бериллия

Бериллий имеет специфическое строение атома. Его электронная конфигурация больше свойственная инертным газам. Обычных химических реакций для определения этого катиона нет.

Бериллий определяют электрометрическим титрованием. При этом, производится титрование (по каплям) бериллия фторидом аммония в кислой среде.

Бериллий образует аквафторокомплексы [BeF4]2-, удерживая до четырех молекул воды.

Еще одним инновационным способом определения бериллия является нефелометрический метод с применением гидроксида аммиака. При этом получают мутные спеси с дальнейшим определением оптической плотности.

Описанные методы основаны не на химической реакции, а на процессе образования комплексных соединений.

Определение катионов магния

Для определения магния используют сильные щелочи, карбонат аммония или гидрофосфат натрия в присутствии солей аммония.

В первых двух случаях выпадает белый аморфный осадок. Его кристаллы настолько малы, что практически не оседаю на дно, оставаясь взвешенными в водном растворе.

1. Mg2+ + 2OH- → Mg(OH)2↓
2. 2Mg2+ + 4NН4+ + 2CO32- + Н2O → Mg2+(OH)2CO3↓ + 4NН4+ + CO2
3. Во втором случае образуется, так же, белый осадок, но крупнокристаллический:
4. Mg2+ + NН4OH + НРО42- → MgNН4РО4↓ + Н2O

Определение катионов кальция

Для определения кальция чаще всего используют угольную или сернистую кислоту. Образующиеся соли белого цвета и не растворимы в вод. При этом, они хорошо растворимы в других кислотах:

CaCl2 + (NH4)2CO3 → CaCO3 ↓+ 2NH4Cl

Еще один способ – микрокристаллоскопическая реакция с серной кислотой. Образуются белые кристаллы игольчатой формы.

4Ca + 5H2SO4 → 4CaSO4↓ + 4H2O + H2S

Определение ионов стронция

• Стронций образует белые нерастворимые осадки с серной кислотой, карбонатом аммония:
• Sr + H2SO4 = SrSO4↓+ H2
• Sr(NO3)2 + (NH4)2CO3 = SrCO3↓ + NH4NO3
• Также, для индикации используют оксалат аммония. Образующийся белый осадок растворяется во всех кислотах:
• Sr+ + C2O4- = Sr(C2O4) ↓
• Одной из самых ярких реакций на ион стронция является реакция с родизонатом натрия. При этом образуется красно-бурый осадок:

Определение катионов бария

В растворе ионы бария определяют с помощью серной кислоты или ее растворимых солей.

Ba(NO3)2 + Na2SO4 = BaSO4↓ + 2NaNO3

При реакции образуется белый нерастворимый в кислотах осадок. Это микрокристаллоскопическая реакция, можно рассмотреть форму кристаллов под микроскопом.

Определение ионов меди

1. Для обнаружения ионов меди в растворе соли в него добавляют концентрат аммиачного раствора.
2. Cu2+ + 4NН3 → [Cu(NH3)4]2+
3. При этом, медь образует комплексную соль ярко-синего цвета.

еще один способ — реакция с гидроксидом натрия. В результате реакции образуется синий студенистый осадок.

• Cu2+ + 2OH- = Cu(OH)2 ↓
• При его нагревании происходит разложение с образованием черного оксида меди.
• Cu(OH)2 → CuO + H2O

Медь можно определить сухим способов в пламени горелки. Она приведет к окрашиванию пламени в зеленый цвет.

Определение ионов двух- и трехвалентного железа

Железо имеет два основных иона: Fe2+ и Fe3+.

Ионы Fe3+ можно идентифицировать с помощью трех реактивов. Первый из них – щелочь. При этом образуется красно-бурый нерастворимый осадок:

FeCl₃ + 3NaOH = Fe(OH)₃↓+ 3NaCl.

Другой вариант – желтая кровяная соль K₃[Fe(CN)₆], при взаимодействии с которой трехвалентное железо образует комплексное соединение синего цвета.

Третий вариант – роданид калия (ядовитое вещество). При реакции образуется красная густая соль. Это соединение часто использовали в кинематографе в качестве искусственной крови.

Для определения Fe2+используют красную кровяную соль K₄[Fe(CN)₆]. В результате образуется соединение синего цвета (берлинская лазурь).

Определение катионов аммония

Катион аммония необычен тем, что состоят из молекулы аммиака с присоединенным за счет донорно-акцепторной связи водородом. Так, ион имеет вид NH4+. Соли аммония применяются в сельском хозяйстве, медицине.

Определить наличие этого катиона можно с помощью индикаторной бумаги. Над раствором соли аммония она синеет.

Значения цветов индикаторной бумаги

Гидроксид аммония – слабое соединение, которое распадается на аммиак и воду. Аммиак обладает характерным запахом (нашатырный спирт), по которому, так же, определяют наличие катиона аммония.

1. Качественная реакция на катион аммония: NH4Cl + NaOH → NaCl + NH3↑ + H2O
2. Другой способ индикации – с помощью реактива Несслера– K2[HgI4]. При взаимодействии с солями аммония образуется бурый цвет:
3. NH3 + 2[HgI4]2- + 3ОН- → [NH2Hg2O]I + 7I- + 2Н2О

Реакция очень чувствительная. При малом содержании катионов аммония, цвет будет желтый.

Качественные реакции на анионы

Сульфат-ион и сульфит-ион

• Ионы серной и сернистой кислот дают одинаковую реакцию с растворимыми солями бария – образуется белый осадок:
• BaCl2 + Na2SO3 = BaSO3↓ + 2NaCl
• BaCl2 + Na2SO4 = BaSO4↓ + 2NaCl

Различить их можно добавлением к полученному раствору азотной кислоты. Осадок сульфита бария растворится с образованием газа, а сульфата – нет.

BaSO3+ 2HNO3 = Ba(NO3)2 +SO2 ↑ +H2O

Хлорид-, бромид-, йодид-ион

Для определения этих ионов используют один реактив – нитрат серебра. Во всех трех случаях выпадает творожистый осадок, но цвет у каждого – свой. Фторид-ион осадок с этим реактивом не дает.

1. Для индикации фторида используют нитрат кальция. При этом образуется белый осадок:
2. 2NaF + Ca(NO3)2 → 2NaNO3 + CaF2↓

Карбонат-ион

• Карбонат-ион определяется в две стадии. Первая – получение угольной кислоты:
• CaCO3 + 2HCl⟶CaCl2 + H2O + CO2↑
• Эта кислота слабая и быстро диссоциирует с образованием воды и углекислого газа.

Окрашивание пламени как один из методов аналитической химии. | Образовательная социальная сеть

• МАОУ СОШ № 40
• Тема
• Окрашивание пламени как один из методов аналитической химии.
• Авторы:
• Дылдина Юдия,
• 9г кл., МАОУ СОШ № 40
• Руководитель:
• Гуркина Светлана Михайловна,
• Учитель биологии и химии.
• Пермь, 2015
• Оглавление

1. Введение.
2. Глава 1 Аналитическая химия.
3. Глава 2 Методы аналитической химии.
4. Глава 3 Реакции окрашивания пламени.
5. Заключение.

Введение.

С самого раннего детства меня завораживала работа ученых-химиков. Они  казались волшебниками, которые познав какие-то скрытые законы природы, творили неведомое. В руках этих волшебников вещества меняли цвет, загорались, нагревали или охлаждались, взрывались.

Когда я пришла на уроки химии, то занавеса начала приподниматься, и я начала понимать, как происходят химические процессы. Пройденного курса химии мне оказалось мало, поэтому я решила поработать над проектом.

Хотелось, чтобы тема, над которой я работаю, была содержательной, помогла лучше подготовиться к экзамену по химии и удовлетворила мою тягу к красивым и ярким реакциям.

Окрашивание пламени ионами металлов в разные цвета мы изучаем еще на уроках химии, когда проходим щелочные металлы.  Когда я заинтересовалась этой темой, оказалось, что в данном случае,  она не раскрыта до конца. Я решила изучить ее более подробно.

Цель: с помощью данной работы я хочу научиться  определять качественный состав некоторых солей.

Задачи:

1. Познакомиться  с аналитической химией.
2. Изучить методы аналитической химии и выбрать наиболее приемлемый для моей работы.
3. С помощью эксперимента определить какой металл входит в состав соли.

1. Глава 1.
2. Аналитическая химия .
3. Аналитическая химия — раздел химии, изучающий химический состав и отчасти структуру веществ.
4. Цель данной науки заключается в определении химических элементов или групп элементов, входящих в состав веществ. 
5. Предмет её изучения является  совершенствование существующих и разработка новых методов анализа,  поиск возможностей их практического применения, исследование теоретических основ аналитических методов.
6. В зависимости от задачи методов различают качественный и количественный анализ.

1. Качественный анализ — совокупность химических, физико-химических и физических методов, применяемых для обнаружения элементов, радикалов и соединений, входящих в состав анализируемого вещества или смеси веществ. В качественном анализе  можно использовать легко выполнимые, характерные химические реакции, при которых наблюдается появление или исчезновение окрашивания, выделение или растворение осадка, образование газа и др. Такие реакции называют качественными и с помощью них можно с легкостью проверить состав вещества.  

Качественный анализ чаще всего проводят в водных растворах. Он основан на ионных реакциях и позволяет обнаружить катионы или анионы веществ, которые там содержатся.

Основоположником такого анализа считается Роберт Бойль.

Он ввёл это представление о химических элементах как о не разлагаемых основных частях сложных веществ, после чего он  систематизировал все известные в его время качественные реакции.

1. Количественный анализ — совокупность химических, физико-химических и физических методов определения  соотношения компонентов, входящих в состав 

анализируемого вещества. По результатам этого  можно определить константы равновесия, произведения растворимости, молекулярные и атомные массы. Такой анализ выполнять сложнее, так как он требует аккуратного и более кропотливого подхода, в ином случае результаты могут давать высокие погрешности и работа будет сведена к нулю.    

• Количественному анализу обычно предшествует качественный анализ.
• Глава 2.
• Методы химического анализа.
• Методы химического анализа делят на 3 группы.

1. Химические методы основаны на химических реакциях.

В данном случае для анализа можно использовать только такие реакции, которые сопровождаются наглядным внешним эффектом, например изменением окраски раствора, выделением газов, выпадением или растворением осадков и т. п. Эти внешние эффекты и послужат  в данном случае аналитическими сигналами. Происходящие химические изменения называют аналитическими реакциями, а вещества, вызывающие эти реакции —  химическими реагентами.

Все химические методы делят на две группы:

1. Реакцию проводят в  растворе, так называемым «мокрым путем».  
2. Способ выполнения анализа с твердыми веществами без использования растворителей, такой способ  называют «сухим путем». Он делится на пирохимический анализ и анализ методом растирания. При пирохимическом анализе исследуемое вещество   нагревают в пламени газовой горелки. При этом летучие соли (хлориды, нитраты, карбонаты) ряда металлов придают пламени определенную окраску. Другой прием пиротехнического анализа—получение окрашенных перлов (стекол). Для получения перлов соли и оксиды металлов сплавляют с тетраборатом натрия (Na2 В4О7' 10Н2О) или гидрофосфатом натрия-аммония (NaNH4HP04 • 4Н20) и наблюдают окраску образующихся стекол (перлов).
3. Метод растирания был предложен в 1898 г. Ф. М. Флавицким. Твердое исследуемое вещество растирают с твердым реагентом, при этом  наблюдают внешний эффект. Например, соли кобальта с тиоцианатом аммония могут дать синее окрашивание.

1. При анализе физическими методами изучают физические свойства вещества с помощью приборов, не прибегая к химическим реакциям. К физическим методам можно отнести спектральный анализ, люминесцентный, рентгеноструктурный и другие способы анализов.
2. С помощью физико-химических методов изучают физические явления, которые происходят в химических реакциях. Например, при колориметрическом методе измеряют интенсивность окраски в зависимости от концентрации вещества, в кондуктометрическом анализе измеряют изменение электрической проводимости растворов .

1. Глава 3.
2. Лабораторная работа.
3. Реакции окрашивания пламени.
4. Цель: Изучить  окрашивания пламени спиртовки ионами металлов .
5. В своей работе я решила воспользоваться методом пиротехнического анализа окрашивания пламени ионами металлов.
6. Исследуемые вещества: соли металлов (фторид натрия, хлорид лития, сульфат меди, хлорид бария, хлорид кальция, сульфат стронция, хлорид магния,  сульфат свинца).
7. Оборудование: фарфоровые чашки, этиловый спирт, стеклянная палочка,  концентрированная соляная кислота.

Для проведения работы, я  делала раствор соли в этиловом спирте, а затем поджигала. Свой опыт я провела несколько раз, на последнем этапе были отобраны наилучшие образцы, поле чего мы сделали видео.

I группа главная подгруппа Периодической системы Менделеева (щелочные металлы)

• I группа главная подгруппа Периодической системы Менделеева представляет собой щелочные металлы. К щелочным металлам относят химические элементы:
• Литий Li,
• Натрий Na,
• Калий K,
• Цезий Cs,
• Рубидий Rb
• Франций Fr
• Эти металлы очень активны, поэтому их хранят под слоем вазелина или керосина.

От Li к Fr (сверху вниз в периодической таблице) происходит увеличение:

• атомного радиуса,
• металлических, основных, восстановительных свойств,
• реакционной способности.

Уменьшается

• электроотрицательность,
• энергия ионизация,
• сродство к электрону.

1. Электронные конфигурации у данных элементов схожи, все они содержат 1 электрон на внешнем уровне ns1:
2. Li — 2s1
3. Na — 3s1
4. K — 4s1
5. Rb — 5s1
6. Cs — 6s1
7. Fr — 7s1
8. Следовательно, типичная степень окисления щелочных металлов в соединениях +1.

 Литий

• Литий получают в промышленности электролизом расплава хлорида лития в смеси с KCl или BaCl2 (эти соли служат для понижения температуры плавления смеси):

2LiCl = 2Li + Cl2

• Известен также способ получения лития из его оксида в вакууме при 300°С:

2Li2O + Si + 2CaO = 4Li + Ca2SiO4

Натрий

1. Натрий получают электролизом расплава хлорида натрия с добавками хлорида кальция:

2NaCl (расплав) → 2Na + Cl2

Электролитом обычно служит смесь NaCl с NaF и КСl (что позволяет проводить процесс при 610–650°С).

1. Натрий можно получить, прокаливая соду с углем в закрытых тиглях, пары металла конденсируются на крышке тигля, выход реакции невысокий:

Na2CO3 + 2C = 2Na + 3CO

Калий

1. Калий получают также электролизом расплавов солей или расплава гидроксида калия, однако на практике таким способом их не получают из-за высокой химической активности

1. Наиболее распространены методы термохимического восстановления: восстановление калия из расплавов хлоридов или гидроксидов.:

• KCl + Na = K + NaCl
• KOH + Na = K + NaOH
• В качестве восстановителей используют пары натрия, карбид кальция, алюминий, кремний
• Цезий, Рубидий

• Цезий и рубидий получают восстановлением их хлоридов специально подготовленным кальцием при 700–800 °С:

Са + 2CsCl → 2Cs + CaCl2

• В качестве восстановителя также используют цирконий, реакция протекает при 650 °С:

2Cs2CO3 + Zr = 4Cs + ZrO2 + 2CO2

• В промышленности используют преимущественно физико-химические методы выделения чистого цезия: многократную ректификацию в вакууме

Качественные реакции — окрашивание пламени солями щелочных металлов

Цвет пламени:

Li — карминно-красныйNa — желтыйK — фиолетовыйRb — буро-красныйCs — фиолетово-красный

С кислородом

4Li + O2 = 2Li2O

• Натрий образует пероксид:

2Na + O2 = Na2O2

• Калий образует надпероксид:

1. K + O2 = KO2
2. С галогенами (F, Cl, Br, I)
3. Щелочные металлы образуют галогениды:
4. 2Li + F2 = 2LiF
5. 2Na + Cl2 = 2NaCl
6. 2K + I2 = 2KI
7. С водородом
8. Щелочные металлы образуют гидриды:
9. 2Na + H2 = 2NaH
10. С серой
11. Щелочные металлы образуют сульфиды:
12. 2Na + S = Na2S
13. С азотом
14. При комнатной температуре взаимодействует только литий:
15. 6Li + N2 = 2Li3N
16. Остальные щелочные металлы
    реагируют с азотом при
    нагревании:
17. 6Na + N2 = 2Na3N
18. С углеродом
19. Щелочные металлы при нагревании образуют карбиды, преимущественно ацетилениды:
20. 2Na + 2C → Na2C2 (t = 150-200 °C)
21. С фосфором
22. Щелочные металлы активно
    реагируют с фосфором образуя фосфиды:
23. 3Na + P → Na3P

• С водой
• Щелочные металлы реагируют с водой при обычных
  условиях:
• 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2
• Видео Взаимодействие щелочных металлов с водой
• С кислотами

• С растворами HCl, H2SO4щелочные металлы взаимодействуют с образованием соли и выделением водорода:

2K + H2SO4(разб) = K2SO4 +
H2

• С кислотами-окислителями (HNO3 и конц. H2SO4):

1. с концентрированной серной:
2. 8Na + 5H2SO4(конц) = 4Na2SO4 +
   H2S + 4H2O;
3. с разбавленной азотной
4. 8Na + 10HNO3(разб) = 8NaNO3 + NH4NO3 + 3H2O;
5. с концентрированной азотной
6. 8Na + 10HNO3(конц) =
   8NaNO3 + N2O + 5H2O.
7. 2СH3COOH + 2Li → 2CH3COOOLi + H2↑
8. С солями
9. В расплаве щелочные металлы могут взаимодействовать с некоторыми солями:
10. 3Na + AlCl3 → 3NaCl + Al

Запомните! В растворе щелочные металлы взаимодействуют с водой, а не с солями других металлов.

Почему щелочные металлы окрашивают пламя?

Avto Otvetchik Мастер (2314) 15 лет назад

В принципе не только щелочные металлы окрашивают пламя. На этом принципе построен т.н. спектральный анализ — каждый элемент излучает свой особый набор линий (цветов света).

Эти линии испускаются при переходе атома из состояния с большей энергией в состояние с меньшей энергией. Электронная оболочка атома щелочн. металла устроена таким образом, что в ней есть один электрон на внешней орбите.

Из за того, что он такой одинокий, его легко возбудить ? и для этого не требуется много энергии ~2 электронвольт. Поэтому основное излучение щелочн. металлов лежит в области видимого излучения.

Поэтому уже температуры обычного пламени достаточно для возбуждения атомов (которые потом возвращаются в основное состояние и испускают при этом свет).

Randol Мастер (1038) 15 лет назад

Как я помню, при температуре идёт разложение металла, или что-то вроде этого, ну и продукты згарания и окрашивают огонь. Гым, только я точно не помню, давно изучал эту тему.

Kirill Мастер (2315) 15 лет назад Потому, что энергия перехода электрона с возбуждённого состояния на основное соответствует длинам волн видимого спектра. Добавлю, что это справедливо только для щелочных металлов.

Для остальных всё сложнее.

Пользователь удален Профи (523) 15 лет назад Есть отдельный предмет по этому поводу — химическая фотометрия. Тут очень много запар, этому посвящены целые книги, поэтому рассказать вкратце тут сложно. Ты прав, тут виноваты строения атомов веществ…. Могу написать, в какой цвет окрашивается пламяя горелки при внесении в нее проволоку, смоченную в веществе:Соли лития — карминово-красныйСлои натрия — желтыйКалия — фиолетовыйЦезий — фиолетовый, но более светлого оттенкаКальция — кирпично — красныйСтронция — карминово — красныйБария — желтовато — зеленый (не случайно нитраты кальция, стронция и бария используют в пиротехнике)Летучие соединения бора — зеленый цветСера горит голубым плменем.Порошок циркония ярко вспыхивает в пламени, образуя сноп искр.Железо горит ярко-желтым цветом.Вот самые основные горения веществ, встречающихся в задачках. Удачи в познаии химии.

/upd а почитать можно Полуэктов Н. С. , Методы анализа по фотометрии пламени.

Андрей Спивак Мастер (1003) 15 лет назад

Многое тут написано верно, но на мой взгляд упущено что основные линии излучения щелочных металлов имеют большую интенсивность. Особенно это относится к линиям натрия — за счет которых пламя становится желтым.

Легкость наблюдения этой окраски связано еще и с максимумом относительной чувствительности человеческого глаза в области зеленого цвета (а ведь желтый совсем рядом) . По этой же причине окраска за счет линий калия (фиол.

) хорошо видна лишь при фильтрации более длинноволновых составляющих (например с помощью кобальтового стекла).