In chimica, il saggio alla fiamma è una semplice tecnica di analisi qualitativa o quantitativa per verificare la presenza o la quantità di ioni di metalli alcalini, alcalino-terrosi e alcuni metalli di transizione.
Si basa sull'emissione di luce a determinate frequenze da parte degli atomi di un campione, eccitati per via termica. Sullo stesso principio si basano i fuochi d'artificio.
Descrizione Una piccola quantità di campione – o di una sua soluzione in acido cloridrico o acido nitrico – viene posta su un filo di platino o di nichel-cromo, solitamente tenuto tramite una bacchetta di vetro, e immersa nella fiamma ossidante di un bruciatore a gas, ad esempio il becco di Bunsen. L'utilizzo dell'acido cloridrico per diluire la sostanza da analizzare oppure semplicemente per ripulire il filo dopo ogni analisi permette la reazione di doppio scambio con il campione, 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 ) 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 dello ione.
Il fenomeno è dovuto infatti ad eccitazioni elettroniche e alle relative riemissioni radiative da e per orbitali atomici, che essendo ad energia quantizzata, corrispondono a salti di energia discreti ben precisi e dipendenti dall'elemento considerato, secondo la nota equazione di Planck: E = hf, in cui h è la costante di Planck ed f è la frequenza corrispondente al salto elettronico di energia E. Ogni elemento emetterà più radiazioni elettromagnetiche che sommate tra loro daranno alla fiamma la colorazione tipica percepita dall'occhio umano.
Colori Elemento Simbolo Colore Immagine Immagine attraverso un vetro al cobalto Note Argento Ag+ bianco giallastro
Antimonio Sb3− bianco Arsenico As3− indaco associato ad un caratteristico odore di aglioBario Ba2+ verde pallido molto persistente; carbonati e solfati colorano la fiamma e diventano alcalini dopo il test, silicati e fosfati noBoro B3+ verde brillante i composti raramente mostrano una reazione alcalina dopo il test; il colore è dovuto alla contemporanea presenza di blu e arancione nello spettroCalcio Ca2+ da arancione a rosso a sprazzi; alcune sostanze a base di calcio colorano la fiamma anche senza reagire con HClCesio Cs+ viola chiaro spesso mascherato dal più invadente giallo del sodioEuropio Eu3+ rosso Ferro (III) Fe3+ dorato Fosforo P3− turchese non è molto indicativo, ma può aiutare a identificare i fosfatiGallio Ga3+ blu Indio In2+ bluλ=410 nm le linee blu sullo spettro sono molto nitideLitio Li+ rosso carminioλ=670 nm intenso e persistente; i minerali che lo contengono non diventano alcalini dopo il testMagnesio Mg2+ bianco brillante Manganese (II) Mn2+ verde oliva Molibdeno Mo+ verde oliva specialmente nel caso di ossidi e solfuriPiombo (II) Pb2+ bianco-azzurro poco persistentePotassio K+ lillaλ=760 nm poco persistente; spesso mascherato dal più invadente giallo del sodioRadio Ra2+ carminio Rame (I) Cu+ blu chiaro i bordi esterni della fiamma sono colorati di verde smeraldoRame (II), alogenuri Cu2+ blu-verde (foglia di tè) Rame (II), non alogenuri Cu2+ verde acqua intenso ma non persistente, con scintilleRubidio Rb+ viola chiaroλ=780 nm spesso mascherato dal più invadente giallo del sodioSelenio Se2− azzurro è associato al caratteristico odore di verdure marceSodio Na+ giallo-arancioneλ=589 nm intenso e persistente, può mascherare la presenza di altri colori: è consigliabile usare degli schermi a base di vetri al cobalto per osservare la presenza di altri colori e pulire molto bene il filo metallico dopo il testStagno Sn blu/viola Stronzio Sr2+ rosso scarlattoλ=460 nm persistente; carbonati e solfati colorano la fiamma e diventano alcalini dopo il test, silicati e fosfati noTellurio Te2− verde chiaro Tallio (III) Tl3+ verde scuro raramente osservatoZinco Zn2+ blu-verde (foglia di tè) appare come una striscia nitida tra le fiammeossido di zinco ZnO verde i colori collegati alla tabella hanno solo un valore indicativo
Qualora nel campione siano presenti sia sodio che potassio, il colore lilla di quest'ultimo risulta coperto dal giallo del primo. In questo caso, per verificare la presenza del potassio si osserva la fiamma attraverso un vetro blu al cobalto. Il giallo del sodio viene oscurato, se è presente potassio la fiamma appare color violetto.
Voci correlate Fuochi d'artificio Spettroscopia di emissione atomica
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