Flammenfärbung

Die Flammenfärbung ist eine Methode zur Analyse von Elementen oder deren Ionen, die darauf beruht, dass diese in farbloser Flamme Licht spezifischer Wellenlängen abgeben, das für jedes Element charakteristisch ist. Die Flammenfärbung entsteht durch Energieumwandlung von Wärmeenergie zu Strahlungsenergie, die dadurch entsteht, dass Valenzelektronen in den angeregten Zustand gehoben werden und wieder zurückfallen. Die Analysemöglichkeiten der Flammenfärbung sind begrenzt. Stoffe mit Flammenfärbung finden aufgrund dieser in der Pyrotechnik Anwendung.

Zu unterscheiden ist die Flammenfärbung von der Lichtabgabe der Edelgase, die auch auf dem angeregten Zustand basiert, aber diese durch Strom, nicht durch eine Flamme herbeigeführt wird.

Erklärung mit Hilfe des Bohrschen Atommodells

Alle Elemente senden bei hohen Temperaturen Licht aus, doch bei denen, die eine Flammenfärbung aufweisen, geschieht dies schon bei den Temperaturen, die in einer Flamme herrschen.

Die äußersten Elektronen (Valenzelektronen) eines Atoms werden durch Zufuhr von Wärmeenergie (in diesem Fall durch eine Flamme) auf ein vom Atomkern "weiter entferntes", nicht besetztes Energieniveau gehoben. Diese Elektronen besitzen nun eine höhere "potentielle" Energie. Die Elektronen fallen aber meist sofort wieder auf ein energieärmeres Energieniveau zurück, dabei wird die Energie in Form von Licht abgegeben.

Das Zurückfallen der Elektronen auf energieärmere Energieniveaus kann auch stufenweise erfolgen. Bei jedem Zurückfallen dieses Elektrons auf ein energieärmeres Energieniveau gibt es nun Licht einer ganz bestimmten Farbe ab.

Die Flammenfärbung beruht darauf, dass alle Atome im atomaren oder ionisierten Zustand bei hohen Temperaturen Licht aussenden.

Bildliche Erklärung mithilfe des Bohrschen Atommodells

Farbe der Flammenfärbung

Die freigegebene Lichtenergie hängt von der Differenz der Energieniveaus (ΔE) ab. Diese Differenz ist für jedes Element unterschiedlich. Die Energie der Photonen bestimmt ihre Wellenlänge (λ) und damit Farbe, so ergibt sich die spezifische Flammenfärbung.

c = Lichtgeschwindigkeit h = Plancksches Wirkungsquantum

Flammenfärbung einiger Elemente und ihrer Ionen

Weist eine Element eine spezifische Flammenfärbung auf, dann weisen auch seine Ionen in Verbindungen diese Flammenfärbung auf. Sehr viele Elemente senden bei hohen Temperaturen sichtbare Spektrallinien aus. Einige Elemente wurden sogar nach der Farbe ihrer Flammenfärbung benannt: Caesium (lateinisch blau) weist eine blaue Flammenfärbung auf, Rubidium auf eine rote Flammenfärbung. Die Verbindung Kupferchlorid weist eine besonders schöne azurblaue Flammenfärbung auf.

Analysemöglichkeiten der Flammenfärbung

Die Analysemöglichkeiten von Elementen oder Verbindungen aufgrund der Flammenfärbung sind begrenzt, da es Elemente gibt, die die gleiche Flammenfärbung wie andere aufweisen, und mit der Flammenfärbung nur eine Komponente der Verbindung nachgewiesen werden kann. Bessere Möglichkeiten bieten hier spektroskopische Verfahren, bei denen auch die nicht sichtbaren Bereiche des elektromagnetischen Spektrums zur Analyse genutzt werden (siehe insbesondere der Artikel zur Atomspektroskopie). Die Flammenfärbung kann folglich nur zum qualitativen Nachweis von Ionen verwendet werden, nicht zur sicheren Bestimmung eines Reinstoffes. Aufgrund dieser beschränkten Analysemöglichkeiten ist die Bedeutung der Flammenfärbung als Analyseverfahren nur gering.

Weblinks

• Video mit der Flammenfärbung von Lithium, Natrium, Kalium, Strontium, Barium und Blei (benötigt Windows Media Player und unterliegt nicht der GNU FDL!)
• Flammenfärbung und Boraxperle

Literatur

• W. Biltz, W. Fischer, Ausführung qualitativer Analysen anorganischer Stoffe, 16. Auflage, Harri Deutsch, Frankfurt am Main, 1976.