Номер 1337, страница 206 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1337. В какой цвет окрашивают бесцветное пламя ионы лития, натрия и калия?

Решение

Окрашивание пламени ионами щелочных металлов, таких как литий, натрий и калий, является качественной реакцией, известной как пламенная проба. Этот эффект объясняется строением их атомов.

При внесении солей этих металлов в бесцветное пламя (например, газовой горелки) происходит несколько процессов. Сначала соль испаряется и разлагается, образуя свободные атомы металла. Высокая температура пламени сообщает этим атомам энергию, в результате чего их валентные электроны (электроны на внешнем энергетическом уровне) переходят на более высокие, возбужденные энергетические уровни.

Однако возбужденное состояние нестабильно, и электроны почти мгновенно возвращаются на свои исходные, более низкие энергетические уровни (в основное состояние). При этом избыток энергии, полученный от пламени, излучается в виде кванта света — фотона. Энергия этого фотона $E$ строго определена для каждого элемента и равна разности энергий между возбужденным ($E_2$) и основным ($E_1$) уровнями: $E = E_2 - E_1$.

Энергия фотона связана с частотой $\nu$ и длиной волны $\lambda$ света соотношением $E = h\nu = \frac{hc}{\lambda}$, где $h$ — постоянная Планка, а $c$ — скорость света. Поскольку разность энергетических уровней уникальна для атомов каждого химического элемента, то и длина волны (а значит, и цвет) испускаемого света также будет уникальной. Именно это характерное излучение мы и наблюдаем как окрашивание пламени.

Ионы лития ($Li^{+}$)

Ионы лития и его соединения окрашивают пламя в характерный карминово-красный (ярко-красный) цвет.

Ответ: карминово-красный цвет.

Ионы натрия ($Na^{+}$)

Ионы натрия и их соединения придают пламени очень интенсивный, яркий желтый цвет. Эта реакция настолько чувствительна, что даже незначительные примеси натрия (например, с рук или со стеклянной посуды) могут дать заметное желтое окрашивание, маскирующее цвета других элементов.

Ответ: желтый цвет.

Ионы калия ($K^{+}$)

Ионы калия и его соединения окрашивают пламя в нежный светло-фиолетовый (лиловый) цвет. Из-за того, что желтое излучение от примесей натрия гораздо интенсивнее, цвет пламени от калия часто наблюдают через синее кобальтовое стекло, которое поглощает желтый свет и позволяет увидеть характерный фиолетовый оттенок.

Ответ: светло-фиолетовый (лиловый) цвет.