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Saggio alla fiamma

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Esecuzione del saggio alla fiamma su un alogenuro di rame

In chimica, il saggio alla fiamma è una semplice tecnica di analisi qualitativa per verificare la presenza 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 i sali che si studiano, 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 300 °C) 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 aglio
Bario Ba2+ verde pallido molto persistente; carbonati e solfati colorano la fiamma e diventano alcalini dopo il test, silicati e fosfati no
Boro 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 spettro
Calcio Ca2+ da arancione a rosso a sprazzi; alcune sostanze a base di calcio colorano la fiamma anche senza reagire con HCl
Cesio Cs+ viola chiaro spesso mascherato dal più invadente giallo del sodio
Europio Eu3+ rosso
Ferro (III) Fe3+ dorato
Fosforo P3− turchese non è molto indicativo, ma può aiutare a identificare i fosfati
Gallio Ga3+ blu
Indio In2+ blu
λ=410 nm
le linee blu sullo spettro sono molto nitide
Litio Li+ rosso carminio
λ=670 nm
intenso e persistente; i minerali che lo contengono non diventano alcalini dopo il test
Magnesio Mg2+ bianco brillante
Manganese (II) Mn2+ verde oliva
Molibdeno Mo+ verde oliva specialmente nel caso di ossidi e solfuri
Piombo (II) Pb2+ bianco-azzurro poco persistente
Potassio K+ lilla
λ=760 nm
poco persistente; spesso mascherato dal più invadente giallo del sodio
Radio Ra2+ carminio
Rame (I) Cu+ blu chiaro i bordi esterni della fiamma sono colorati di verde smeraldo
Rame (II), alogenuri Cu2+ blu-verde (foglia di tè)
Rame (II), non alogenuri Cu2+ verde acqua intenso ma non persistente, con scintille
Rubidio Rb+ viola chiaro
λ=780 nm
spesso mascherato dal più invadente giallo del sodio
Selenio Se2− azzurro è associato al caratteristico odore di verdure marce
Sodio Na+ giallo-arancione
λ=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 test
Stagno Sn blu/viola
Stronzio Sr2+ rosso scarlatto
λ=460 nm
persistente; carbonati e solfati colorano la fiamma e diventano alcalini dopo il test, silicati e fosfati no
Tellurio Te2− verde chiaro
Tallio (III) Tl3+ verde scuro raramente osservato
Zinco Zn2+ blu-verde (foglia di tè) appare come una striscia nitida tra le fiamme
ossido 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.

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