Ensayos a la llama
Objetivo
  • Reconocer la presencia de determinados metales por el color que aparece al exponer sus compuestos a la llama de un mechero.
  • Conocer de dónde proceden los distintos colores de los fuegos artificiales.
  • Producir fuegos de distintos colores.
  • Explicar los espectros a los alumnos de Bachillerato.
Introducción
Un átomo es capaz de absorber diferentes tipos de energía, térmica y luminosa especialmente, que le conducen a una serie de estados excitados. Estos estados poseen unas energías determinadas y características de cada sustancia. Existe una tendencia a recuperar con rapidez el estado fundamental. La consecución de "volver al equilibrio" se puede realizar a través de choques moleculares (pérdida de energía en forma de calor) o a través de la emisión de radiación. Puesto que los estados excitados posibles son peculiares de cada especie, también lo serán las radiaciones emitidas en su desactivación. El tipo de radiación emitida dependerá de la diferencia entre los estados excitados y el fundamental, de acuerdo con la ley de Planck,  E = hv;  donde E = diferencia de energía entre los estados excitado y fundamental, h = Constante de Planck (6,62 10-34 J s) y v= frecuencia.  De esta manera, un determinado elemento da lugar a una serie de radiaciones características que constituyen su espectro de emisión, que puede considerarse como su "huella dactilar" y permite por tanto su identificación.
Materiales
Productos
  • Botellas con pulverizador (Lo ideal es una por cada elemento que queramos identificar).
  • Mechero Bunsen o camping gas
  • Etanol.
  • Sales de distintos compuestos: cloruros de Li, Na, K, Sr, Ba, Ca. (Se pueden utilizar otro tipo de compuestos, como CuSO4, (pero los cloruros son más volátiles y dan mejores resultados).
Realización práctica
  • 1.- Se prepara una disolución saturada de cada sal (con unos pocos miligramos es suficiente) en unos 10 cm3 de etanol. En general se disuelven mal en alcohol. Por eso debemos filtrar la disolución, si no, nos podría obstruir el frasco pulverizador.
  • 2.- Se guarda cada una de las disoluciones en botellas debidamente etiquetadas para no confundirlas.
  • 3.- Ajustamos la boquilla del pulverizador para que proporcione una neblina lo más fina posible y la dirigimos hacia la llama de un mechero Bunsen. Aparecerá una coloración característica del elemento utilizado.
  • 4.- Si se dispone de espectroscopios de mano (consiste en un prisma que descompone las radiaciones complejas en simples), se puede observar las líneas espectrales.
Coloración roja de la llama por la presencia de Estroncio
Colores
Elemento
Coloración
Elemento
Coloración
Litio
Rojo carmín
Bario
Verde amarillento
Sodio
Amarillo
Calcio
Rojo anaranjado
Potasio
Violeta pálido
Cobre
Azul bordeado de verde
Estroncio
Rojo carmín
Mercurio
Violeta intenso
Ácido bórico
Verde
Hierro
Dorado
Precauciones
  • El pulverizador de las botellas ha de ser de gatillo para evitar que la llama retroceda y se introduzca en la botella, como podría ocurrir si se utilizara un perfumador con pera de goma.
  • Dirigir el pulverizador lejos de los alumnos.
Explicación científica
Coloración verde de la llama por la presencia de Cobre

Cuando los metales o sus compuestos, se calientan fuertemente a temperaturas elevadas en una llama muy caliente , la llama adquiere colores brillantes que son característicos de cada metal. Los colores se deben a átomos del metal que han pasado a estados energéticos excitados debido a que absorben energía de la llama; los átomos que han sido excitados pueden perder su exceso de energía por emisión de luz de una longitud de onda característica. Los compuestos de estos elementos contienen a los átomos metálicos en forma de iones positivos en el estado sólido, no obstante, cuando se calientan a la elevada temperatura de una llama se disocian dando átomos gaseosos y no iones. De aquí que los compuestos confieran a la llama los mismos colores característicos que los elementos. Estas llamas coloreadas proporcionan una vía de ensayo cualitativo muy adecuada para detectar estos elementos en mezclas y compuestos.

Curiosidades y otras cosas

El color de la llama se debe a que los átomos del metal absorben energía de la llama; dicha energía se transforma en luz cuando el átomo vuelve a su estado normal. Los agentes productores del color se usan en forma de sales y raramente como metales en polvo. De las sales metálicas solamente el catión produce el color, mientras que los aniones no influyen directamente en el color, aunque sí lo hacen en la temperatura de la llama, que está relacionada con la excitación de las moléculas.

El análisis a la llama es uno de los primeros ensayos que se hacen sobre una sustancia. Los únicos elementos que no dan color a la llama son el Berilio y el magnesio. Ya en 1659, Johann Glauber observó que el color de la llama indica que metales están presentes.

A Bunsen y Kirchhoff (dos científicos alemanes del siglo XIX) mientras observaban, desde unos 80 km. de distancia, un incendio en el puerto de Hamburgo, se les ocurrió hacer pasar por un prisma la luz que venía del incendio. Vieron una luz amarilla intensa como la que habían observado al quemar sodio. Pronto encontraron una explicación: lo que estaba ardiendo era un almacén de salazones. Si era posible deducir la presencia de sodio a distancia observando la luz de las llamas, también sería posible deducir la composición del Sol y de las estrellas simplemente analizando la luz que recibimos de ellas.

El nitrato de estroncio es un producto indispensable en pirotecnia para obtener fuegos artificiales de color rojo. Algunos metales como el potasio y el estroncio se emplean en dar color a los fuegos artificiales. Merece la pena destacar que los fuegos artificiales fueron monocromos hasta el siglo XIX, ya que se utilizaba el sodio casi en exclusiva. Se necesitaron determinados adelantos químicos para introducir los vivos colores que disfrutamos hoy. Así, la introducción del color rojo se encuentra estrechamente ligada a la historia del descubrimiento de los elementos químicos, concretamente del estroncio, que es, aún en la actualidad, uno de los componentes básicos en la fabricación de los fuegos.

También fue necesario disponer de sales de clorato para formar a partir de ellas los cloruros que dan diferentes especies responsables del color.

La llama de butano, además de su efecto calorífico y luminoso, actúa como reactivo químico sobre las sales volátiles de algunos compuestos, dando lugar a una coloración característica que sirve para identificar la presencia de algunos tipos de elementos.

Bibliografía
  • Lister, Ted. (2002). Experimentos de Química clásica. Ed. Síntesis

Libro que recoge 100 experimentos sencillos, divertidos y asequibles, recopilados por Ted Lister, profesor titular le The Royal Society of Chemistry 1993-1994.

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