Saggio alla Fiamma

Abstract : In questo post ci proponiamo di esplorare la tecnica di analisi del saggio alla fiamma, rivisitata mediante l’utilizzo del nostro spettrometro a reticolo che ci dovrebbe permettere di evidenziare le righe di emissione dei vari elementi in analisi.

Introduzione

In chimica, il saggio alla fiamma è una semplice tecnica di analisi qualitativa per verificare la presenza di ioni di metalli alcalini, alcalino-terrosi e alcuni metalli di transizione. Si basa sull’emissione di luce a determinate lunghezze d’onda da parte degli atomi di un campione, eccitati per via termica.

Una piccola quantità di campione – o di una sua soluzione in acido cloridrico – viene posta su un filo di platino o di nichel-cromo (noi abbiamo usato un filo di Ni-Cr), solitamente tenuto tramite una bacchetta, e immersa nella fiamma ossidante del becco di Bunsen (noi abbiamo utilizzato un fornelletto a gas da laboratorio portatile). L’utilizzo di acido cloridrico permette la reazione di doppio scambio con i sali da analizzare, portando alla formazione di cloruri che si osservano meglio durante lo svolgimento della colorazione alla fiamma.
Si parte dalla base della fiamma caratterizzata da una temperatura minore (circa 300 °C) e che permette di osservare i cationi che necessitano di energia minore per essere osservati, fino ad arrivare alla zona di fusione (caratterizzata da temperatura di circa 1400 °C) dove si osservano i cationi restanti, del II gruppo e dei metalli di transizione che necessitano di energia maggiore. Gli atomi del metallo presenti nel campione, che grazie all’energia termica sono passati a uno stato eccitato, conferiscono alla fiamma un colore tipico, dal quale se ne deduce la presenza. Il colore è dato dallo spettro di emissione dell’atomo o dello ione. Per valutare lo spettro di emissione abbiamo utilizzato il nostro spettrometro: Spettrometro a Reticolo di Diffrazione.

Sul seguente sito del NIST: https://physics.nist.gov/PhysRefData/Handbook/periodictable.htm si trovano le righe di emissione dei vari elementi in forma neutra e ionizzata. Per ogni elemento si possono ottenere le informazioni sulla lunghezza d’onda delle varie righe di emissione e sulla loro intensità relativa. Le informazioni che ci interessano per il saggio alla fiamma sono quelle che si trovano sul tab Persistent Lines.

Litio

Al saggio alla fiamma i sali di litio danno luogo ad una fiamma di un bel rosso carminio facilmente riconoscibile e caratterizzata da una riga di emissione piuttosto stretta che si colloca ad una lunghezza d’onda λ = 670 nm, questa riga di emissione è associata alla transizione 2s → 2p.

Righe di emissione principali del Litio:
https://physics.nist.gov/PhysRefData/Handbook/Tables/lithiumtable3.htm.

Sodio

Al saggio alla fiamma i sali di sodio producono la classica e inconfondibile fiamma di colore giallo a λ = 589 nm, questa riga di emissione è associata alla transizione 3s → 3p.

Righe di emissione principali del Sodio:
https://physics.nist.gov/PhysRefData/Handbook/Tables/sodiumtable3.htm.

Potassio

Al saggio alla fiamma i sali di potassio producono una fiamma di colore lillà poco appariscente caratterizzata da una lunghezza d’onda λ = 760 nm, questa riga di emissione è associata alla transizione 4s → 4p.

Righe di emissione principali del Potassio:
https://physics.nist.gov/PhysRefData/Handbook/Tables/potassiumtable3.htm.

Stronzio

Al saggio alla fiamma i sali di stronzio danno luogo ad una fiamma di colore rosso scarlatto facilmente riconoscibile. L’emissione rilevata con il nostro spettrometro risulta composta da una ampia banda di emissione tra i 600 ed i 700 nm.

Righe di emissione principali dello Stronzio:
https://physics.nist.gov/PhysRefData/Handbook/Tables/strontiumtable3.htm.

Rame

Al saggio alla fiamma i sali di rame donano alla fiamma un colore verde-azzurro che si colloca tra i 500 ed i 550 nm.

Righe di emissione principali del Rame:
https://physics.nist.gov/PhysRefData/Handbook/Tables/coppertable3.htm.

Indio

Al saggio alla fiamma i sali di indio colorano la fiamma di un bel colore blu facilmente riconoscibile. L’emissione rilevata con il nostro spettrometro risulta composta da una banda a circa λ = 450 nm, questa riga di emissione è associata alla transizione 5p → 6s.

Righe di emissione principali dell’Indio:
https://physics.nist.gov/PhysRefData/Handbook/Tables/indiumtable3.htm.

Conclusioni

In questo lavoro abbiamo visto come la tecnica di analisi del saggio alla fiamma, arricchita dall’utilizzo di uno spettrometro, può essere utilizzata proficuamente oltre che per analisi chimiche qualitative, anche per illustrare alcune proprietà degli spettri atomici come l’emissione delle righe discrete corrispondenti a transizioni elettroniche.

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