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• quimmaseda1144

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COLORES QUE HABLAN: ENSAYOS DE COLORACIÓN A LA LLAMA PARA LOS ELEMENTOS QUÍMICOS Dada su importancia, antes de considerar las coloraciones de los distintos ensayos a la llama, hablaremos de la llama en sí misma y de sus características. La llama de un mechero Bunsen puede actuar como fuente térmica y luminosa, pero también como reactivo químico con poder oxidante y reductor. El hecho de que una llama tenga más capacidad oxidante o más capacidad reductora, se puede lograr regulando la entrada de aire. Así, tenemos:  

La combustión con exceso de aire produce una llama oxidante (exceso de oxígeno, O2) y los componentes del combustible arden totalmente, por lo que resulta incolora. La combustión con defecto de aire, por su parte, es incompleta y produce una llama reductora. De esta forma queda carbón incandescente muy subdividido y un exceso de monóxido de carbono, CO. Esta llama es poco calorífica, brillante, reductora y tóxica.

No toda la llama del mechero es reductora u oxidante, sino que, en verdad, aunque en distinta proporción, todas las llamas presentan zonas reductoras y oxidantes, es decir, dos partes diferenciadas:  El cono interior, brillante y reductor, de combustión incompleta y baja temperatura y  El cono exterior, incoloro, oxidante y de gran poder calorífico, donde se produce, como hemos dicho antes, una combustión completa.

En los ensayos a la llama, generalmente, se usa inicialmente la base de la llama (menos calorífica) y seguidamente se puede utilizar la zona oxidante, más calorífica, con diferentes propósitos. Ensayos de coloración a la llama: fundamento

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 (en estado normal se hallan en estado fundamental). Cuando estos átomos excitados regresan al estado fundamental emiten radiación de longitudes de onda características para cada elemento. Esta energía emitida por los elementos, en este caso en la región visible del espectro electromagnético, es lo 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 espectroscopía atómica de emisión. La longitud de onda de la radiación emitida dependerá, concretamente, de la diferencia de energía entre los estados excitado y fundamental según la fórmula de Planck para las transiciones electrónicas (E = h•v, donde E es la energía de la transición, h la constante de Planck y v la frecuencia). Sin embargo, puesto que la llama no es una fuente muy energética, sólo 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 y algunos otros, como cobre y talio; cabe destacar, no obstante, que el berilio y el magnesio, dos alcalinotérreos, no dan color a la llama). Realización del ensayo a la llama y coloraciones características El ensayo se realiza con un hilo de platino limpio, procurando que el compuesto sea lo más volátil posible. Para lograr esta volatilización, con frecuencia se humedece con ácido clorhídrico (frecuentemente se forman haluros volátiles) si bien, dependiendo del contraión del metal correspondiente, se pueden requerir distintos procedimientos de análisis. Por ejemplo, si tenemos un silicato, se mezcla primero con CaSO4 en proporción 1:1, ambos muy bien pulverizados, y se empastan con 2 o 3 gotas de clorhídrico concentrado, llevándose la mezcla a la llama, o si tenemos los sulfuros insolubles, se tuestan inicialmente para transformarlos en SO4(2-) y luego se humedecen en ácido clorhídrico concentrado; los sulfatos poco solubles se reducen previamente a sulfuros manteniéndolos un rato en la zona reductora de la llama. Una vez que se tiene el compuesto a ensayar en el extremo del hilo de platino, se introduce en la llama; primero se hace en la base de la llama para evitar que los compuestos más volátiles pasen desapercibidos y después se ensaya en zonas de mayor temperatura. En función del color que se produzca en la llama, el ensayo será positivo para un elemento u otro; en ocasiones, para observar mejor el color, se suelen usar vidrios coloreados. Así, ¿cuáles son las coloraciones más características de los distintos elementos que se pueden ensayar a la llama? ¿Qué elemento cabe suponer si aparece un color u otro? o Carmín: litio. Color muy persistente y fácil de observar. Aún así, se puede observar 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. o Anaranjada o rojo ladrillo: calcio. Se trata de un color fugaz (por volatilidad), fácil de confundir con el estroncio. Si se observa a través de un vidrio azul se ve de color verde. o Escarlata: estroncio. Es un color fugaz y, como hemos dicho, por esto mismo resulta fácil confundirlo con el calcio, más por su fugacidad que por semejantes en la tonalidad. En efecto, ya vimos en la entrada sobre los colores en los fuegos artificiales que el estroncio suele ser el responsable del color rojo de los mismos. o 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. o 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 observar un violeta púrpura. o 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 no se podrá observar. o Verde puro: talio (en llama reductora) y teluro (en llama oxidante). El talio sólo se podrá observar al excitar en la base de la llama y es muy fugaz porque forma sales bastante volátiles. o Verde pálido: vanadio y molibdeno. o Verde esmeralda: sales de cobre, excepto los halógenos. o Azul verdoso: haluros de cobre. o Azul pálido: plomo, bismuto, astato, 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. o Azul violáceo: sales de iridio y cloruro de estaño. o Violeta débil y azulado: sales de rubidio y de cesio. o Violeta intenso (morado): cianuros y cloruros de mercurio, como el HgCl2 y el Hg2Cl2. Asimismo, el ensayo de coloración a la llama permite comprobar también la presencia de halógenos si en lugar de usar un hilo de platino se usa un alambre de cobre previamente calentado en llama oxidante hasta que no dé color verde. Una vez hecho esto, se toma la sustancia con el hilo de cobre (sin humedecer con clorhídrico) y se ensaya a la llama: si ésta toma un color verde azulado, es debido a los haluros de cobre volátiles. Como veis, se trata de un ensayo sencillo, fácil de llevar a cabo con elementos habituales en un laboratorio y poco costoso, y por este mismo motivo se llevaba a cabo de forma rutinaria desde tiempo atrás, aunque hoy en día, como hemos comentado, se dispone de técnicas más potentes (y mucho más costosas) que permiten no sólo determinar la presencia sino cuantificar la concentración de la especie química. No obstante, el fundamento analítico es el mismo: el hecho de que el espectro de emisión de un elemento químico es característico y único para dicho elemento. Una auténtica huella dactilar que deja su rastro en la naturaleza.

Explicación científica

Coloración verde de la llama por la presencia de Cobre

Cuando los metales o sus compuestos, se calientan fuertemente a temperaturas elevadas en una llama muy caliente , la llama adquiere colores brillantes que son característicos de cada metal. Los colores se deben a átomos del metal que han pasado a estados energéticos excitados debido a que absorben energía de la llama; los átomos que han sido excitados pueden perder su exceso de energía por emisión de luz de una longitud de onda característica. Los compuestos de estos elementos contienen a los átomos metálicos en forma de iones positivos en el estado sólido, no obstante, cuando se calientan a la elevada temperatura de una llama se disocian dando átomos gaseosos y no iones. De aquí que los compuestos confieran a la llama los mismos colores característicos que los elementos. Estas llamas coloreadas proporcionan una vía de ensayo cualitativo muy adecuada para detectar estos elementos en mezclas y compuestos.

Colores

Elemento

Coloración

Elemento

Coloración

Litio

Rojo carmín

Sodio

Amarillo

Calcio

Rojo anaranjado

Potasio

Violeta pálido

Cobre

Estroncio

Rojo carmín

Mercurio

Violeta intenso

Hierro

Dorado

Ácido bórico Verde

Se limpia el asa de cultivo o la mina del lápiz de la siguiente manera; se humedece el asa en el ácido clorhídrico y se introduce en la flama del mechero. La flama no debe presentar ninguna coloración en caso de que así sea vuelve a limpiar el asa con el mismo procedimiento indicado.

Una vez que está limpia el asa, se humedece con el ácido clorhídrico limpio, y se toca la primera de las sustancias colocadas en las cajitas de papel, inmediatamente se introduce el alambre en la llama y se anota la coloración observada, o elabora un dibujo con la coloración que adquiere. Se limpia nuevamente el alambre y se repite lo anterior con cada una de las sales.

ANÁLISIS A LA LLAMA DE ALGUNOS ELEMENTOS OBJETIVO En esta práctica vamos a comprobar la energía que em iten los electrones de diferentes elementos al caer desde una órbita a otra de menor energía, para lo cual obs ervaremos las diferencias de color de la luz emitida cuando estos elementos se introducen en la llama de un mechero de gas. FUNDAMENTO En la llama de un mechero de gas pueden distinguirse dos partes bien diferenciadas: una interior, de color azulado (zona de reducción) y baja temperatura, donde hay defecto de oxígeno y la combustión del gas es incompleta. Su zona central está constituida por gases sin arder. La zona exterior, incolora y de gran poder calorífico es la zona de oxidación y en ella la combustión de los gases es completa. Bunsen distingue en la llama seis zonas fáciles de localizar base de la llama (A), que es la ut ilizada para realizar el en-sayo de coloración a la llama, zona de fusión (S), localizada en el centro de la envoltura oxidante, zonas superio r (E) e inferior (F) de reducción y zonas superior (C) e inferior (D) de oxidación. Todas estas zonas de

la llama bunsen pueden modificarse regulando las entradas de aire y/o de gas. Cuando los átomos de un elemento se excitan, algunos de sus electrones "saltan" a niveles u orbitales superiore s de los que caen rápidamente a su posición inicial emitiendo una radiación luminosa característica y visible. Así, en el caso de muchos elementos la temperatura de la llama oxidante de un mechero de gas es suficiente para producir esa excitación de los electrones, que al emitir la radiación característica, harán que la llama aparezca coloreada. Esta llama no es capaz de excitar a los electrones de un átomo llevándolos a todos los orbitales vacantes, sino que solamente es capaz de originar saltos elec trónicos entre orbitales cercanos, lo que hace que cada elemento emita un solo tipo de luz, pudiendo identificarse por ella. MATERIAL NECESARIO Alambre de platino, chromel o nichrome con mango de vidrio, gradilla, mechero de gas, tubos de ensayo (6) o placa de gotas y vidrio azul cobalto. PRODUCTOS NECESARIOS Acido clorhídrico concentrado, agua dest ilada y disoluciones concentradas de bario (II), calcio ( II), cobre (II), estroncio (II), litio (1), potasio (I), sodio (I) y otros disoluciones de los iones que se quieran ensayar.. PROCEDIMIENTO Se disponen sobre una placa de gotas o en su defecto en tubos de ensayo disoluciones concentradas de los iones Ba 2+

. Ca 2+

,Cu 2+

, Sr 2+

, Li +

,K +

y Na +

así como de los demás iones que se vayan a ensayar. A ser posible estas disoluciones se habrán obtenido disolvi endo sales haloideas de dichos cationes, por ser más volatiles. Además se dispondrá en la gradilla de un tubo de ensayo con ácido clorhídr ico concentrado y dos o tres más con agua destilada.

Se enciende el mechero de gas, se toma un alambre de pl atino, chromel o nichrome, se moja en el ácido clorhídrico concentrado y se introduce en la base de la llama oxidante (punto A) tantas veces como sea necesario hasta que no le comunique a la llama ningún color extraño. Una vez limpio el alambre, se introduce en una de la s disoluciones preparadas y se lleva a la llama, observando el color que toma ésta. Hay que observar atentamente ya que la coloración es fugaz, debiéndose repetir la operación tantas veces como sea necesario hasta ver claramente la coloración. La coloración que toma la llama cuando se introduce el alambre mojado en la disolución de potasio se ha de observar a través de un vidrio de cobalto, pues si hay algo de sodio, éste puede enmascararlo, y con el vidrio azul, que absorbe la coloración amarilla del sodio, podrá verse claramente. Partes de la llama del mechero