Klasse: 2STF

Forsøksdato: 4. September 2009

Utstyrsliste:

- Forskjellige salter: LiCl(s), NaCl(s), CaCl₂(s) og BaCl₂(s).

- Spektroskop

- Gassbrenner

- Fyrstikk

- Porselensplate

- Magnesiastifter

- Vann

Hensikt:

Hensikten med forsøket var å finne ut av hvilke flammefarger som er karakteristisk for de forskjellige metallene. Vi skulle også studere linjespekteret til natriumklorid.

Teorien bak eksperimentet:

Temperatur er en fysisk egenskap til et system som forteller noe om hvor fort eller hvor mye hver del av systemet vibrerer; man kan ut fra relevansen til dette forsøket definere det som mengden av bevegelse av hvert atom i et system.

Når atomene beveger seg fort øker sjansen for at de kolliderer med hverandre, noe som gjerne eksiterer elektroner til høyere energitilstander. Atomet (i likhet mye annet i naturen) har en tendens til å søke tilstanden med minst mulig energi; en tilstand som også det eksiterte atomet søker. For å miste den energien som holder det eksiterte atomet fra oppnå den ideele tilstanden, må den emittere ett foton (figur nedenfor). Det kan også avgis energi på andre måter, men de måtene er ikke relevant i vår sammenheng. Fargen (bølgelengden) på det emitterte fotonet avhenger av energiforskjellen i den energitilstanden den hopper fra, til tilstanden den ender på. Energinivåene til alle grunnstoffene (inkludert alle ioner) er karakteristisk for akkurat det atomet eller ionet. Derfor er fargen (eller bølgelengden) på fotonene som er emittert en indikator på hvilket atom/ion som emitterer. Når vi vet bølgelengdene til fotonene som kommer ut av grunnstoffet under høy temperatur (kalt linjespekteret), kan vi sammenligne det med en database of forskjellige grunnstoffer og deres karakteristiske linjespekter, og dermed finne ut av hvilket grunnstoff det er vi tar prøve av.

Et hydrogen atom som emitterer et foton med bølgelengde lik energiforskjellen fra n=3 til n=1.

 n er et tall som representerer den tillatte energimengden, eller området der elektronet kan være uten å interferere destruktivt med seg selv; det kan også kalles hovedkvantetallet.

Spektroskop er et instrument som fungerer på den måten at når lys kommer gjennom det, bøyes det i en vinkel som avhenger av bølgelengden (, energien eller frekvensen), derfor kan man bedre se hvilke farger eller bølgelengder som emitteres fra lyskilden. Hvis vi ser på hvitt lys (alle fargene) gjennom et spektroskop vil vi se et kontinuerlig spekter (se illustrasjon nedenfor). Hvis man ser på lyset som emitteres fra et brennende stoff, vil man se linjespekteret til det stoffet (se linjespekteret til grunnstoffet, hydrogen, i illustrasjon nedenfor).

Fremgangsmåte:

1. Vi fant fram alt utstyret, og plasserte en liten mengde av de forskjellige saltene i gropene på porselensplaten, som vi omhyggelig markerte for å holde oversikten på hvilke stoffer vi tok prøve av.

2. Vi tente på gassbrenneren og prøvde å stille den inn på helt usynlig flamme. Flammen var fortsatt litt blå, men ikke i en nevneverdig grad.

3. Vi glødet enden på magnesiastaven for å fjerne uønskede stoffer før vi fuktet den med litt vann (for at saltene skulle feste seg bedre til staven) og stakk den ned i salt nr. 1, LiCl(s).

4. Vi førte forsiktig enden på magnesiastaven inn i flammen, et par centimeter over munningen på gassbrenneren og observerte fargen saltet gav fra seg.

5. For å forsikre oss om at neste flammeprøve ikke hadde farger fra to forskjellige salter, brakk vi tuppen av den kontaminerte enden av magnesiastaven.

6. Vi gjentok punkt 3 – 5 med de 3 andre saltene i rekkefølgen: LiCl(s), CaCl₂(s), BaCl₂(s) og NaCl(s). Vi studerte også fargen til flammen på natriumklorid gjennom et spektroskop.

Resultater og observasjoner:

Vi observerte også linjespekteret til Natriumklorid via et spektroskop:

Det var vanskelig å se nøyaktige linjer, men vi så klart at den gule siden av spekteret lyste kraftigst. For å få et mer nøyaktig linjespekter kunne vi ha gjort rommet mørkt og ekskludert fremmede lyskilder og/eller utnyttet andre faktorer som fikk linjespekteret til å bli bredere (for eksempel minket størrelsen på tuten i spektroskopet).

Linjespekteret sto klarere i kjemiboken, og det er den illustrasjonen jeg så etter under framstillingen av bildet under. Det er et veldig enkelt linjespekter med bare to linjer.

Flammeprøve av Litiumklorid.

Konklusjon:

Flammene gav ut farger som gikk fint an til å analysere, og teorien om at stoffene gir fra seg lys og spesifikke farger under høy temperatur stemmer.

Vi gjennomførte eksperimentet uten store problemer.

Svar på oppgaver:

Oppgave A er besvart under tittelen ”Resultater og observasjoner”.

Oppgave B er besvart under tittelen ”Teorien bak eksperimentet”.

Oppgave C er besvart under tittelen ”Resultater og observasjoner” .

Oppgave D:

Her er representasjon av en mer detaljert tabell fra en.wikipedia.org som viser hvilke stoffer som vanligvis blir brukt for hver farge.

Oppgave E:

Jeg prøvde å brenne en liten del av utgaven, ”Uke 35 - 2009”, av bladet ”Her og Nå”. Den lille delen med farget papir gav vanlig gult/oransje flammer som var blåe i bunnen; ikke noe uvanlig og ingen observerbare spor etter koppersalter. Jeg prøvde deretter å brenne større deler av bladet i en tom metallboks som ble brukt til og oppevare fiskeboller. Jeg lot flammen brenne en stund uten at det hadde noen effekt, men etter en stund som flammene stort sett var inne metallboksen, begynte det å lyse en klar turkis farge. Dette skyldes nokk koppesaltene, ettersom flammefargen til kopperklorid er turkis. Jeg tror at grunnen til fargen ikke var tydelig før etter en stund, var at det ikke ble varmt nokk til at atomene kolliderte hardt og frekvent nokk før etter en stund.

Kilder:

Bilder:

Prismen brukt på forsiden (se under): http://www.bci.org/ukschools/ihsptext/prism.gif

Flammeprøve av litiumklorid: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Flammenf%C3%A4rbungLi.png

Egenproduserte figurer inkluderer atommodellen (s. 2) og linjespektrene (s. 3 og 4).

Fakta:

Kjemi 1 (Cappelen)

Fysikk 1 (Cappelen)

Tabell av stoffene brukt i fyrverkeri: http://en.wikipedia.org/wiki/Fireworks#Pyrotechnic_compounds

Jeg tror at tabellen fra Wikipedia er til å stole på ettersom at de har mange referanser til kilder som omhandler dette.