Woher kommt das Elektron bei der Flammenfärbung von Kationen und müsste die Flamme nicht unterschiedlich sein zum Atom?
Bei Kationen wie Natrium gibt es ja keinen Valenzelektron mehr. Woher kommt dann das Elektron für die Flammenfärbung und müsste es dann nicht eine andere Flamme, als das Natrium Atom haben?
2 Antworten
Also bei der Flammenfärbung wird ja recht hohe Energie aufgebracht und es können auch Elektronen aus inneren Schalen auf höher energetische Schalen gehoben werden. Wenn du eine Flammen mit einem Handspektroskop beobachtest wirst du sehen, dass die Flamme in mehrere Spektrallinien aufgeteilt ist. Es treten also verschiedene Übergänge auf. Allerdings: Beim Natrium ist es nicht so, hier existieren zwei charakteristische Linien, die D-Linien, die bei wenig auflösenden Spektrometern als eine Linie angezeigt werden. Die für Natrium charakteristische D-Linie ist durch den Übergang von 3s auf 3p angeregte und auf 3s zurückfallende Elektronen zu schieben, weshalb du Recht hast und Na-Kationen eigentlich eine andere Flammenfarbe (zumindest aber ein anderes Flammenspektrum) aufweisen müssten. Dennoch sieht man bei der Verbrennung die D-Linie von elementaren Natrium. Dies ist damit zu Erklären, dass Natrium-Kationen bei der zugeführten Energie auch temporär zu Natrium reduziert werden können. Und das ist auch für viele andere Elemente der Fall, sodass die Verbindungen die gleiche Flammenfarbe, bzw. das gleiche Flammenspektrum aufweisen wie die Elemente. Dafür notwendig ist aber ein Gegenion, dass diesen Vorgang nicht inhibiert. Deshalb gibt es auch einige Verbindungen, die nicht die klassische Flammenfärbung des Elements zeigen. Anorganische Zinnverbindungen zeigen fast nie die blaue Färbung, die zum Beispiel bei der Verbrennung von Stannan sichtbar ist. Ein besseres Beispiel sind wahrscheinlich Bariumverbindungen, wo das Chlorid eine grüne Färbung erzielt, das Sulfat nur noch eine schwache und Phosphate keine Flammenfärbung mehr erzeugen.
Die Flammenfärbungen - oder, wenn man klug klingen will, die "diskreten Absorptionsspektren" haben mit der Anzahl an Valenzelektronen eigentlich nicht viel zu tun. Es sind auch alle anderen Elektronen relevant.
Es ist so: Wenn wir einem Teilchen wie einem Atom Energie zuführen - etwa, indem wir es erhitzen - werden seine Elektronen von einem niedrigeren auf ein höheres Energieniveau angehoben; die Elektronen nehmen die zugeführte Wärmeenergie auf; sie absorbieren sie. Da physikalische Systeme, und Atome sind keine Ausnahme, aber bestrebt sind, möglichst energiearme Zustände einzunehmen, geben die "angeregten" (erhitzten) Atome die aufgenommene Energiemenge wieder ab.
In Abhängigkeit vom betrachteten Atom nehmen die Elektronen allerdings unterschiedliche Energiemengen auf. Exakt diese Energiemenge wird hinterher auch wieder angegeben, und zwar in Form von Licht, also Photonen. Die Wellenlänge dieser Photonen, also die Farbe des Lichts, entspricht genau der aufgenommenen/abgestrahlten Energiemenge.
Ich hoffe, diese Erklärung war halbwegs verständlich. Wenn man dieses Zeug einmal verstanden hat ist es sehr leicht, es mit den entsprechenden - und sehr nützlichen - Fachbegriffen zu erklären, die aber ja leider nicht gerade selbsterklärend sind :D
Ein Atom und seine Ionen haben unterschiedliche Flammenfärbungen, das ist korrekt, denn ihre Elektronenkonfigurationen unterscheiden sich; sie absorbieren also unterschiedliche Energiemengen. Ob die beim Atom oder beim Kation höher oder niedriger sind kann ich nicht sagen; das mag sich auch fallweise unterscheiden.
Was die Frage angeht: Ich würde sie damit beantworten, dass erstmal jedes Teilchen - im übrigen nicht nur einatomige, sondern auch Moleküle - über ein Absorptionsspektrum, vereinfacht also über eine Flammenfärbung verfügen. Ich verstehe aber nicht, warum hier nach den Valenzelektronen gefragt wird; das müsste sich aus dem vorher behandelten Stoff erschließen.
Okay danke, aber müsste dann ein Atom und sein entsprechendes Kation nicht eine unterschiedliche Flammenfärbung aufweisen? Das Atom braucht doch weniger Energie um angeregt zu werden, da es einen Valenzelektron hat oder nicht? Damit wäre die Farbe auch anders?
Ich schreibe halt gerade ein Protokoll und da lautet eine Frage: Aus welchem Grund lässt sich auch bei Metall-Kationen eine Flammenfärbung beobachten obwohl diese keine Valenzelektronen besitzen?