Equipo3_Pruebas a la flama

Practica 8: “PRUEBAS A LA FLAMA”

OBJETIVO: Comprobar la presencia de metales en las sales e identificar la coloración de la llama que toma una sustancia e identificar cationes por vía seca.

INTRODUCCIÓN: Al aplicar calor a ciertas sustancias químicas (sales metálicas ) comunican a la flama diversas coloraciones, esto se debe a que los electrones absorben energía que les permite saltar de un nivel a otro emitiendo “paquetes” de luz con una longitud de onda que permite identificar a un metal determinado.

En el ensayo de coloración a la llama ésta actúa como fuente energética. De esta forma, la energía de la llama posibilita la excitación energética de algunos átomos.

Cuando estos átomos excitados regresan al estado fundamental emiten radiación de longitudes de onda características por cada elemento. Esta energía emitida por los elementos, en esta caso la región visible del espectro electromagnético, el el que se conoce como espectro de emisión, y es la base no sólo para los ensayos cualitativos a la llama, sino también para técnicas de análisis cuantitativo como la espectroscopia atómica de emisión (es un método de análisis químico que utiliza la intensidad de la luz emitida desde una llama, plasma, arco o chispa en una longitud de onda particular para determinar la 

cantidad de un elemento en una muestra.).

La longitud de onda de la radiación emitida dependerá, concretamente, de la diferencia de energía entre los estados excitado y fundamental según la Formula de Planck para las transiciones electrónicas.

Fórmula de Planck

Sin embargo, puesto que la llama no es una fuente muy energética, solo es capaz de excitar átomos que exijan poca energía para ser excitados (que presenten transiciones electrónicas poco energéticas) esencialmente en la zona visible del espectro( por ejemplo, alcalinos y alcalinotérreos entre algunos otros, como cobre y talio; cabe destacar que siendo una excepción, que el berilio y el magnesio, ambos alcalinotérreos, no dan color a la llama).

Colores que se producen de ciertas sustancias

¿Cómo funciona la pirotecnia?

La incandescencia y la luminiscencia. En el primero, el responsable de la aparición del color es esencialmente la energía calorífica; el calor elevado provoca que una sustancia emita radiación en la región infrarroja del espectro, para después emitir radiación roja, naranja, amarilla y, finalmente, blanca si el calor suministrado es suficiente, es decir, que el color que se obtenga dependerá de la temperatura y, si ésta puede controlarse en el fuego artificial se podrá lograr el efecto deseado. Esta emisión luminosa no  está  constituida  por  longitudes de onda precisas,  sino  que es un  espectro continuo.

En cambio, tras el segundo fenómeno, la luminiscencia, se hallan esencialmente los espectros atómicos, es decir, el hecho de que cada elemento absorbe y emite energía (tras ser excitado) a distintas longitudes de onda. Si estas longitudes de onda están dentro de la región del visible, las llamamos “colores”. Lo que observamos en el caso de la luminiscencia, por tanto, es el espectro de emisión de una sustancia (concretamente de un metal, libre o combinado), y dicho espectro no es un continuo como en el caso de la incandescencia, sino que se trata de líneas discretas.

En este punto resulta interesante comentar que, en un laboratorio químico, podemos llevar a incandescencia una sal metálica para comprobar qué colores produce la excitación del metal (el catión). Si tomamos un hilo de platino o de nicrom, bien limpio y, tras humedecerlo con ácido clorhídrico, tocamos la sal para que se adhiera, podemos quemar dicha sal en la llama del mechero Bunsen. Puesto que hemos humedecido el hilo con ácido clorhídrico, la reacción que se produce es que la sal se transforma en un cloruro del metal correspondiente (si no era un cloruro inicialmente) que puede llegar a ser volátil a temperaturas muy elevadas y la llama se colorea.

Puesto que las coloraciones dependen de la excitación energética del metal, serán características de cada elemento. Así, la incandescencia a la llama se puede utilizar como una técnica analítica cualitativa para determinar qué metal tenemos en una muestra (ensayo a la llama). 

Coloración presentada de algunos elementos

Esto es válido únicamente si la emisión energética de los metales se da en la región el espectro visible, es decir, si el ojo humano es capaz de percibirlo (que un metal no emita luz en el visible no significa que no esté emitiendo, sino que lo estará haciendo en otras regiones que nosotros no podemos observar, como por ejemplo, la región del ultravioleta). De este modo, la industria pirotecnia usa sales de distintos metales para conseguir colores vistosos en los fuegos artificiales, mezcladas con otros ingredientes.

Puesto que la pirotecnia se considera un arte tradicional y que, hasta el siglo XVIII, en consonancia con el oscurantismo propio de épocas pasadas, los maestros pirotécnicos trabajaban en secreto, la preparación de las mezclas para producir los fuegos artificiales se basa en fórmulas artesanales que se guardan celosamente. No obstante, toda mezcla pirotécnica debe contener una serie de componentes, que son, esencialmente: oxidantes, reductores, estabilizantes o ligantes y agentes colorantes.

En esta entrada nos centraremos en los agentes colorantes, y dejaremos los restantes para una entrada posterior.

Los agentes colorantes en los fuegos artificiales son, como hemos indicado previamente, metales que se hallan combinados en diversas sales (algunas veces se trata de un metal o de una aleación metálica en polvo, pero es menos habitual). Es únicamente el metal de estas sales, es decir, el catión, el que produce el color. Los aniones no influyen en la generación del color, únicamente en la temperatura de la llama producida, que también reviste su importancia. En la tabla siguiente se muestran algunos colores juntamente con las sustancias químicas que los producen en las mezclas de los fuegos artificiales.

Típica pirotecnia  

¿Por qué se usa el ácido clorhídrico en el experimento?

se utiliza para eliminar residuos de las trazas. Por esta razón, al utilizar el grafito con alguna de las sustancias a utilizar y después de usarlo, limpiarlo con la espátula para eliminar residuos a grandes rasgos y por último se limpia nuevamente con el ácido clorhídrico.

Ácido Clorhídrico (HCl)

Colores provocados por los respectivos elementos y/o compuestos

·        Carmín: Litio

Color muy persistente y fácil de observar. Aun así a través de un vidrio azul, en cuyo caso se ve violeta, y a través de un vidrio verde, que deja de observarse el color.

·         Anaranjada o rojo ladrillo: Calcio

Se trata de un color fugaz (por volatilidad), fácil de confundir con el estroncio. Si se ve a través de un vidrio azul se ve el color verde.

·         Escarlata: Estroncio

Es un color fugaz, como hemos dicho, por esto mismo resulta fácil confundirlo con el calcio, más por su fugosidad que por semejantes en tonalidad. En efecto, ya vimos en la entrada sobre los colores en los fuegos artificiales que el estroncio suele ser responsable del color rojo de los mismos.

·         Amarillo: Sodio

Se trata de un color intenso y reconocible. El color es invisible a través de un vidrio azul de cobalto, por lo que se usa para evitar que el sodio actúe como interferente en el ensayo de otros elementos, como por ejemplo el potasio. A través de un vidrio verde se ve amarillo-anaranjado. El sodio es muy frecuente como contaminante en sales de otros elementos metálicos y no es rara su interferencia.

·         Violeta pálido: Potasio

Es un color difícil de observar, además de que el sodio suele interferir. Por este motivo se suele observar a través de un vidrio azul de cobalto, para que el sodio no interfiera, en cuyo caso se puede observar un violeta púrpura.

·         Verde pajizo: Bario

Es difícil de excitar (transición electrónica energética) por lo que requiere una llama con bastante potencia. Si la llama no es adecuada so se podrá observar

·         Verde puro: Talio (en llama reductora); Teluro (llama oxidante)

El talio sólo se podrá observar al excitar la base de la llama y es muy fugaz porque forma sales bastante volátiles.

·         Verde pálido: Vanadio y Molibdeno

·         Verde esmeralda: Sales de cobre, excepto los halógenos

·         Azul Verdoso: Haluros de cobre

·         Azul pálido: Plomo, bismuto, ástato, antimonio, y teluro (si se ensaya en llama reductora; ya hemos visto que el teluro en llama  oxidante da color verde).

Todos estos elementos deterioran el hilo de platino

·         Azul violáceo: sales de iridio y cloruro de estaño

·         Violeta débil y azulado: Sales de rubidio y de cesio

·         Violeta intenso (morado): Cianuros  y cloruros de mercurio, como el HgCl2 y el Hg2Cl2

 

EL ESPECTROSCOPIO 

El único método seguro para realizar los ensayos a la llama, es descomponiendo la luz por dispersión e identificando los elementos presentes por sus líneas características. El instrumento utilizado para tal fin es el espectroscopio, el cual es un instrumento que descompone un haz de luz en sus componentes de diferentes colores, usando un prisma y una rejilla.

Bibliografia 

-Recuperado de http://www.ciens.ucv.ve/eqsol/LabMovil/Recursos/ensayosalallama.pdf

-Universidad Alicante, España, S.F. "ensayos a la llama" Recuperado de: https://dqino.ua.es/es/laboratorio-virtual/ensayos-a-la-llama.html

-Gómez Ruíz Humberto; 2006, "introducción al análisis cualitativo" Recuperado de: http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/QANALCUALITATIVA_1279.pdf

-Recuperado de Google imágenes: https://www.google.com.mx/search?q=pruebas+ala+flama&rlz=1C1LEND_enMX651MX651&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwj0xffWvMbWAhXCRSYKHYv0B1kQ_AUICigB&biw=1366&bih=662#imgrc=kzI7C2_-n2NZpM: