COLORES QUE HABLAN: ENSAYOS DE COLORACIN A LA LLAMA PARA LOS ELEMENTOS QUMICOS

Dada su importancia, antes de considerar las coloraciones de los distintos ensayos a la llama, hablaremos de la llama en s misma y de sus caractersticas. La llama de un mechero Bunsen puede actuar como fuente trmica y luminosa, pero tambin como reactivo qumico con poder oxidante y reductor. El hecho de que una llama tenga ms capacidad oxidante o ms capacidad reductora, se puede lograr regulando la entrada de aire. As, tenemos:

La combustin con exceso de aire produce una llama oxidante (exceso de oxgeno, O2) y los componentes del combustible arden totalmente, por lo que resulta incolora. La combustin con defecto de aire, por su parte, es incompleta y produce una llama reductora. De esta forma queda carbn incandescente muy subdividido y un exceso de monxido de carbono, CO. Esta llama es poco calorfica, brillante, reductora y txica.

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

En los ensayos a la llama, generalmente, se usa inicialmente la base de la llama (menos calorfica) y seguidamente se puede utilizar la zona oxidante, ms calorfica, con diferentes propsitos. Ensayos de coloracin a la llama: fundamentoEn el ensayo de coloracin a la llama sta acta como fuente energtica. De esta forma, la energa de la llama posibilita la excitacin energtica de algunos tomos (en estado normal se hallan en estado fundamental). Cuando estos tomos excitados regresan al estado fundamental emiten radiacin de longitudes de onda caractersticas para cada elemento. Esta energa emitida por los elementos, en este caso en la regin visible del espectro electromagntico, es lo que se conoce como espectro de emisin, y es la base no slo para los ensayos cualitativos a la llama, sino tambin para tcnicas de anlisis cuantitativo como la espectroscopa atmica de emisin.La longitud de onda de la radiacin emitida depender, concretamente, de la diferencia de energa entre los estados excitado y fundamental segn la frmula de Planck para las transiciones electrnicas (E = hv, donde E es la energa de la transicin, h la constante de Planck y v la frecuencia).Sin embargo, puesto que la llama no es una fuente muy energtica, slo es capaz de excitar tomos que exijan poca energa para ser excitados (que presenten transiciones electrnicas poco energticas) esencialmente en la zona visible del espectro (por ejemplo, alcalinos y alcalinotrreos y algunos otros, como cobre y talio; cabe destacar, no obstante, que el berilio y el magnesio, dos alcalinotrreos, no dan color a la llama).Realizacin del ensayo a la llama y coloraciones caractersticasEl ensayo se realiza con un hilo de platino limpio, procurando que el compuesto sea lo ms voltil posible. Para lograr esta volatilizacin, con frecuencia se humedece con cido clorhdrico (frecuentemente se forman haluros voltiles) si bien, dependiendo del contrain del metal correspondiente, se pueden requerir distintos procedimientos de anlisis. Por ejemplo, si tenemos un silicato, se mezcla primero con CaSO4 en proporcin 1:1, ambos muy bien pulverizados, y se empastan con 2 o 3 gotas de clorhdrico concentrado, llevndose la mezcla a la llama, o si tenemos los sulfuros insolubles, se tuestan inicialmente para transformarlos en SO4(2-) y luego se humedecen en cido clorhdrico concentrado; los sulfatos poco solubles se reducen previamente a sulfuros mantenindolos 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 ms voltiles pasen desapercibidos y despus se ensaya en zonas de mayor temperatura. En funcin del color que se produzca en la llama, el ensayo ser positivo para un elemento u otro; en ocasiones, para observar mejor el color, se suelen usar vidrios coloreados.As, cules son las coloraciones ms caractersticas de los distintos elementos que se pueden ensayar a la llama? Qu elemento cabe suponer si aparece un color u otro?oCarmn: litio. Color muy persistente y fcil de observar. An as, se puede observar a travs de un vidrio azul, en cuyo caso se ve violeta, y a travs de un vidrio verde, que deja de observarse el color.oAnaranjada o rojo ladrillo: calcio. Se trata de un color fugaz (por volatilidad), fcil de confundir con el estroncio. Si se observa a travs de un vidrio azul se ve de color verde.oEscarlata: estroncio. Es un color fugaz y, como hemos dicho, por esto mismo resulta fcil confundirlo con el calcio, ms 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.oAmarillo: sodio. Se trata de un color intenso y reconocible. El color es invisible a travs de un vidrio azul de cobalto, por lo que se usa para evitar que el sodio acte como interferente en el ensayo de otros elementos, como por ejemplo el potasio. A travs de un vidrio verde se ve amarillo anaranjado. El sodio es muy frecuente como contaminante en sales de otros elementos metlicos y no es rara su interferencia.oVioleta plido: potasio. Es un color difcil de observar, adems de que el sodio suele interferir. Por este motivo se suele observar a travs de un vidrio azul de cobalto, para que el sodio no interfiera, en cuyo caso se observar un violeta prpura.oVerde pajizo: bario. Es difcil de excitar (transicin electrnica energtica) por lo que requiere una llama con bastante potencia. Si la llama no es adecuada no se podr observar.oVerde puro: talio (en llama reductora) y teluro (en llama oxidante). El talio slo se podr observar al excitar en la base de la llama y es muy fugaz porque forma sales bastante voltiles.oVerde plido: vanadio y molibdeno.oVerde esmeralda: sales de cobre, excepto los halgenos.oAzul verdoso: haluros de cobre.oAzul plido: 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.oAzul violceo: sales de iridio y cloruro de estao.oVioleta dbil y azulado: sales de rubidio y de cesio.oVioleta intenso (morado): cianuros y cloruros de mercurio, como el HgCl2 y el Hg2Cl2.Asimismo, el ensayo de coloracin a la llama permite comprobar tambin la presencia de halgenos si en lugar de usar un hilo de platino se usa un alambre de cobre previamente calentado en llama oxidante hasta que no d color verde. Una vez hecho esto, se toma la sustancia con el hilo de cobre (sin humedecer con clorhdrico) y se ensaya a la llama: si sta toma un color verde azulado, es debido a los haluros de cobre voltiles.Como veis, se trata de un ensayo sencillo, fcil 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 atrs, aunque hoy en da, como hemos comentado, se dispone de tcnicas ms potentes (y mucho ms costosas) que permiten no slo determinar la presencia sino cuantificar la concentracin de la especie qumica. No obstante, el fundamento analtico es el mismo: el hecho de que el espectro de emisin de un elemento qumico es caracterstico y nico para dicho elemento. Una autntica huella dactilar que deja su rastro en la naturaleza.

Explicacin cientfica

Coloracin 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 caractersticos de cada metal. Los colores se deben a tomos del metal que han pasado a estados energticos excitados debido a que absorben energa de la llama; los tomos que han sido excitados pueden perder su exceso de energa por emisin de luz de una longitud de onda caracterstica. Los compuestos de estos elementos contienen a los tomos metlicos en forma de iones positivos en el estado slido, no obstante, cuando se calientan a la elevada temperatura de una llama se disocian dando tomos gaseosos y no iones. De aqu que los compuestos confieran a la llama los mismos colores caractersticos que los elementos. Estas llamas coloreadas proporcionan una va de ensayo cualitativo muy adecuada para detectar estos elementos en mezclas y compuestos.

Colores

ElementoColoracinElementoColoracin

Litio Rojo carmn

SodioAmarilloCalcio Rojo anaranjado

PotasioVioleta plidoCobre

EstroncioRojo carmn MercurioVioleta intenso

cido bricoVerdeHierroDorado

Se limpia el asa de cultivo o la mina del lpiz de la siguiente manera; se humedece el asa en el cido clorhdrico y se introduce en la flama del mechero. La flama no debe presentar ninguna coloracin en caso de que as sea vuelve a limpiar el asa con el mismo procedimiento indicado.

Una vez que est limpia el asa, se humedece con el cido clorhdrico 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 coloracin observada, o elabora un dibujo con la coloracin que adquiere.Se limpia nuevamente el alambre y se repite lo anterior con cada una de las sales.

ANLISIS A LA LLAMA DE ALGUNOS ELEMENTOSOBJETIVOEn esta prctica vamos a comprobar la energa que emiten los electrones de diferentes elementos al caerdesde una rbita a otra de menor energa, para lo cual observaremos las diferencias de color de la luz emitidacuando estos elementos se introducen en la llama de un mechero de gas.FUNDAMENTOEn la llama de un mechero de gas pueden distinguirse dospartes bien diferenciadas: una interior, de color azulado (zona dereduccin) y baja temperatura, donde hay defecto de oxgeno y lacombustin del gas es incompleta. Su zona central est constituidapor gases sin arder. La zona exterior, incolora y de gran podercalorfico es la zona de oxidacin y en ella la combustin de losgases es completa.Bunsen distingue en la llama seis zonas fciles de localizarbase de la llama (A), que es la utilizada para realizar el en-sayo decoloracin a la llama, zona de fusin (S), localizada en el centro dela envoltura oxidante, zonas superior (E) e inferior (F) de reduccin yzonas superior (C) e inferior (D) de oxidacin. Todas estas zonas dela llama bunsen pueden modificarse regulando las entradas de airey/o de gas.Cuando los tomos de un elemento se excitan, algunos desus electrones "saltan" a niveles u orbitales superiores de los que caen rpidamente a su posicin inicial emitiendouna radiacin luminosa caracterstica y visible. As, en elcaso de muchos elementos la temperatura de la llamaoxidante de un mechero de gas es suficiente para produciresa excitacin de los electrones, que al emitir laradiacin caracterstica, harn que la llama aparezca coloreada.Esta llama no es capaz de excitar a los electrones de un tomo llevndolos a todos los orbitales vacantes,sino que solamente es capaz de originar saltos electrnicos entre orbitales cercanos, lo que hace que cadaelemento emita un solo tipo de luz, pudiendo identificarse por ella.MATERIAL NECESARIOAlambre de platino, chromel o nichrome con mango de vidrio, gradilla, mechero de gas, tubos de ensayo (6) oplaca de gotas y vidrio azul cobalto.PRODUCTOS NECESARIOSAcido clorhdrico concentrado, agua destilada y disoluciones concentradas de bario(II), calcio (II), cobre (II),estroncio (II), litio (1), potasio (I), sodio (I) y otros disolucionesde los iones que se quieran ensayar..PROCEDIMIENTOSe disponen sobre una placa de gotas o en su defectoen tubos de ensayo disoluciones concentradas delos iones Ba 2 +. Ca 2 +,Cu 2 +, Sr 2 +, Li +, K +y Na+as como de los dems iones que se vayan a ensayar. A serposible estas disoluciones se habrn obtenido disolviendo sales haloideas de dichos cationes, por ser msvolatiles. Adems se dispondr en la gradilla de un tubo de ensayo con cido clorhdrico concentrado y dos o tresms con agua destilada.Se enciende el mechero de gas, se toma un alambre de platino, chromel o nichrome, se moja en el cidoclorhdrico concentrado y se introduce en la base de la llama oxidante (punto A) tantas veces como sea necesariohasta que no le comunique a la llama ningn color extrao.Una vez limpio el alambre, se introduce en una de las disoluciones preparadas y se lleva a la llama,observando el color que toma sta. Hay que observar atentamente ya que la coloracin es fugaz, debindoserepetir la operacin tantas veces como sea necesario hasta ver claramente la coloracin.La coloracin que toma la llama cuando se introduce el alambre mojado en la disolucin de potasio se hade observar a travs de un vidrio de cobalto, pues si hay algo de sodio, ste puede enmascararlo, y con el vidrioazul, que absorbe la coloracin amarilla del sodio, podr verse claramente.Partes de la llama del mechero