Leegikatse: definitsioon, põhimõte ja metallide leegi värvid

Leegikatse on lihtne kvalitatiivne keemiline test. Tavaliselt kasutatakse seda selleks, et näha, kas keemilises ühendis on teatavaid metalle. Keemilist ühendit kuumutatakse leegis ja tekib värviline leek. Värvilise leegi saab selle analüüsimiseks pöörata selle spektrile. Paljud metallid annavad leegi värvi. Värvid tekivad sellest, et kuumutamisel hüppavad elektronid aatomi kõrgematele orbiitidele. Peagi langevad nad alla, pannes valguse kui energia välja.

Põhimõte lühidalt

Kui aatom või ioon saab soojusenergiat, võivad selle elektroni jaotused muutuda – elektronid ergastuvad kõrgematele energia tasemetele. Nähtav valgus tekib siis, kui ergastunud elektron jälle madalamale energia tasemele langeb ja kiirgab konkreetse lainepikkusega footoneid. Iga elementil on oma iseloomulikud energiatasemed ja seetõttu ka iseloomulikud värvused või spektrijooned.

Meetod ja praktiline protseduur

• Sageli kasutatakse Bunseni leegit või muud puhta kuumuse allikat. Näidise ettevalmistamiseks lahustatakse tahke aine sobivas lahustis, et saada ioonne lahus.
• Proov kandes kasutatakse metallist niiti (souberniit) või platinium/nikroomi traati – traadi ots puhastatakse esmalt HCl-lahusega ja leegis, et eemaldada jäägid ja vältida ristsaastumist.
• Niit kastetakse proovi lahusesse ja viidud kuuma leegi sisse; vaadeldakse või spektromeetriga mõõdetakse tekkivat värvi.
• Puhtuse tagamiseks ja tundlikkuse tõstmiseks võidakse lisada HCl, et võtta metallid ioonse vormina lahusesse (näiteks sooladena).

Leegi värvid tavaliste metallide puhul

Alljärgnev loetelu on kokkuvõte tüüpilistest leegi värvidest, mis võivad aidata elemente tuvastada. Tähele tuleb panna, et värvi intensiivsus sõltub kontsentratsioonist ja sellest, kas esineb ristsaastumist (nt naatriumi väga tugev kollane domineerib kergesti).

• Naatriumi (Na) – erk kollane (sageli väga domineeriv; Na D-kahejoonised ~589 nm).
• Liitiumi (Li) – sügav punane kuni karmiinpunane.
• Kaaliumi (K) – lillakas-sinakas või lilakaspunane (lahjendamisel kipub olema kahvatu).
• Kaltsiumi leegikatse – tegelikult on kaltsiumil (Ca) telliskivipunakas kuni oranzhpunane toon.
• Strontsium (Sr) – sügav punane (tulevärvides kasutatakse erksa punase tekitamiseks).
• Barium (Ba) – oliivroheline või õunaroheline.
• Vase (Cu) – roheline või sinakas-roheline (sõltuvalt oksüdatsiooniastmest ja ligikaudsetest ühendeist).
• Tsink (Zn) – valgeere või sinakasvalge (mõnikord nähtav kui hele valge sära); pildil näide tsinkoksiidi leegikatse kohta.
• Magnesium ja alumiinium annavad enamasti tuima valge või helendava leegi, mis võib olla raskesti eristatav ilma spektrita.

Tõlgendamine, piirangud ja täpsus

• Leegikatse on kvalitatiivne ja annab kiire viite elementide kohalolule, kuid ei anna täpset kontsentratsiooni.
• Palju raskem on eristada eri elemente, kui segus on tugevad pisikesed kontsentratsioonid (näiteks naatriumetrassimine varjab nõrgemaid värve).
• Parimal juhul kasutatakse koos spektroskoopidega (vooluspetspektromeeter või optiline spektromeeter), mis näitavad eraldi spektrijooni – see võimaldab täpsemat identifitseerimist.
• Alternatiivid ja kvantitatiivsed meetodid: atomabsorptsioon-spektroskoopia (AAS), induktsiooniga plasmaspektromeetria (ICP-OES/ICP-MS) jm.

Ohutus

Ohutus on väga oluline. Leegi- ja laborikatsetel tuleb kasutada kaitseprille, tulekindlat riietust ning teha tööd hästi ventileeritavas ruumis või tõmbeventilaatori all. Mõned metallid ja nende ühendid on toksilised (nt elavhõbe, plii, kadmium), ning leegi käigus võivad tekkida ohtlikud aurud. Põletusohtudest ja tule levikust hoidumiseks järgida laboris standardseid ohutusjuhiseid.

Lühikokkuvõte

Leegikatse on lihtne ja kiire kvalitatiivne meetod metallide tuvastamiseks, mis põhineb elektronide ergastusel ja iseloomulikel spektrijoonel. See sobib hästi kiirkontrolliks või demonstratsiooniks, kuid keerukamate või segatud proovide puhul nõuab usaldusväärne identifitseerimine täpsemat spektraalanalüüsi.