Chemie Grundlagen
Chemische Reaktionen
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Die Flammenfärbung ist eine Nachweisreaktion. Welches Element welche Färbung zeigt und wie sie entsteht, erklären wir dir hier. Schau dir auch gleich unser Video dazu an!

Flammenfärbung einfach erklärt

Bei der Flammenfärbung, in der Chemie auch Flammenprobe genannt, verfärbt sich eine Flamme. Meistens handelt es sich um die blaue Flamme eines Bunsenbrenners. Je nachdem, welches chemische Element in die Nähe der Flamme kommt, nimmt sie eine andere Farbe an. Beispielsweise sorgt Natrium (Na) dafür, dass sich die Flammenfarbe von blau zu gelb ändert. Lithium (Li) hingegen färbt die Flamme rot.

Merke: Nicht nur die Elemente, sondern auch die meisten ihrer Salze (Natriumchlorid NaCl, Lithiumchlorid LiCl) verfärben die Flamme.

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Flammenfärbung Natrium und Lithium

 

Dadurch kannst du verschiedene Elemente (bzw. deren Ionen ) nachweisen. Aber warum verfärbt sich die Flamme? Das liegt daran, dass die Elemente Licht aussenden.

Flammenfarben

Wie sieht eigentlich die Durchführung einer Flammenfärbung aus? Beim typischen Versuch musst du zunächst deine zu untersuchende Probe klein mörsern. Dann gibst du einige Tropfen Salzsäure (HCl) hinzu. Durch die Säure bilden sich nämlich Chloride (Natriumchlorid NaCl, Lithiumchlorid LiCl), die besonders leicht verdampfen.

Anschließend gibst du deine Probe auf ein Magnesiastäbchen und hältst es in eine Bunsenbrennerflamme. Anhand der Färbung wirst du dann erkennen, welches Element in deiner zu untersuchenden Substanz vorhanden ist. 

Flammenfärbung Alkalimetalle

In der folgenden Tabelle kannst du sehen, wie unterschiedliche Alkalimetalle die blaue Flamme des Bunsenbrenners färben:

Alkalimetall Flammenfärbung
Natrium (Na) Die Flamme ändert ihre Farbe zu gelb.
Lithium (Li) Die Lithium-Flamme erscheint rot.
Kalium (K) Du siehst eine violette Flamme.
Rubidium (Rb) Eine rote Flamme wird sichtbar.
Caesium (Cs) Du erkennst eine blauviolette Färbung.

 

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Flammenfärbung Alkalimetalle

 

Flammenfärbung Erdalkalimetalle

Auch die Erdalkalimetalle rufen unterschiedliche Färbungen bei der Brennerflamme hervor:

Erdalkalimetall Flammenfärbung
Calcium (Ca) Die Flamme erscheint orangerot.
Strontium (Sr) Hier siehst du dann eine rote Flamme.
Barium (Ba) Barium sorgt für eine grüne Flamme.

Auch Magnesium (Mg) gehört zu den Erdalkalimetallen. Aber wie sieht die Flammenfärbung von Magnesium aus? Tatsächlich verfärbt das Metall die Flamme gar nicht.

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Flammenfärbung Erdalkalimetalle

 

Unterscheidung von Flammenfärbungen

Mehrere Metalle sorgen für eine rote Flamme. Woher weißt du dann, um welches Metall es sich in deiner Probe handelt? Dafür kannst du dir ein Spektroskop zur Hand nehmen. Wenn du durch ein solches Spektroskop schaust, kannst du bestimmte Linien (Wellenlängen der Farbe) sehen:

  • Lithium: Befindet sich Lithium in deiner Probe, erscheinen die Linien im Bereich von 671 nm (Nanometern).
  • Rubidium: Bei Rubidium siehst du die Linien entweder bei 780 nm oder%"Oder" ergibt hier kein Sinn. Meinst Du "und"? bei 421 nm. 
  • Strontium: Auch bei Strontium gibt es zwei charakteristische Linien und zwar bei 675 nm und bei 606 nm. 

Du kannst die Rottöne mit bloßem Auge also nicht unterscheiden, mit dem Spektroskop wird es aber möglich.

Flammenfärbung: Kobaltglas

Es kann sein, dass die gelbe Flamme von Natrium andere Färbungen überschattet. Das führt dann dazu, dass du möglicherweise nicht alle Metalle, die sich in deiner Probe befinden, identifizieren kannst. Um dem entgegenzuwirken, kannst du dir bei der Flammenfärbung ein blaues Kobaltglas zur Hilfe nehmen. Das Glas filtert nämlich die Gelbanteile im Licht heraus, wodurch andere Farben wieder besser zu erkennen sind.

Aber Achtung: Durch das Kobaltglas erscheinen die charakteristischen Farben der Elemente etwas anders als ohne:

  ohne Kobaltglas mit Kobaltglas
Lithium (Li) rot violett
Kalium (K) violett orange
Calcium (Ca) orangerot hellgrün
Strontium (Sr) rot violett
Barium (Ba) grün blaugrün

Weitere Flammenfärbungen

In einer weiteren Flammenfärbung-Tabelle haben wir dir noch andere bekannte Färbungen zusammengefasst:

Metall Flammenfärbung
Kupfer (Cu) Kupfer sorgt für eine grüne Flamme.
Blei (Pb) Du siehst eine blauviolette Färbung.
Arsen (As) Die Brennerflamme färbt sich violett.
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Flammenfärbung Kupfer, Blei und Arsen

 

Flammenfärbung Erklärung

Aber wie kommt es überhaupt zu einer Verfärbung der Bunsenbrennerflamme? Die Elemente, die zu einer Flammenfärbung fähig sind, senden bei der Flammen-Temperatur (etwa 1100°C) Licht aus. Schauen wir uns das Ganze am besten anhand von Natrium (Na) an. 

In einem Natriumatom befinden sich mehrere Elektronen  auf unterschiedlichen Schalen . Durch die Flamme erfahren die Natriumatome eine Temperaturerhöhung. Damit können sich die Elektronen bewegen und auf eine höhere Schale angehoben werden. Das nennst du dann den angeregten Zustand. Allerdings hält der Zustand meistens nicht lange an, sodass die Elektronen wieder in ihre ursprüngliche Schale ‚zurückfallen‘. Das ist der Grundzustand. Bei dem Vorgang wird Energie frei. Das wird dann in Form von Photonen, also Licht, abgegeben.

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Elektronen Natrium

 

Moderne Technik

Bei der Flammenfärbung musst du also mit deinen Augen erkennen, um welches Metall es sich handelt. Mittlerweile gibt es aber genauere Methoden, um festzustellen, was genau sich in deiner Probe befindet. Eine bekannte Vorgehensweise ist die Atomspektroskopie. Mithilfe der Atomspektroskopie kannst du nicht nur die Art, sondern auch die Menge des Metalls in deiner Probe herausfinden. Anhand der charakteristischen Linien kannst du die Elemente identifizieren. Die Intensität (Helligkeit) der Linien sagt dir, wie viel von deinem Element in der Probe ist.

Aber wie genau funktioniert das mit den charakteristischen Linien? Das erklären wir dir in unserem Video zur Spektralanalyse. Schau also direkt vorbei!

Zum Video: Spektralanalyse
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