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.

Kaaliumi leegikatse

Kaltsiumi leegikatse

Tsinkoksiidi leekkatse köögipliidil

Naatriumi leegikatse. Kollane värvus on väga hele ja tavaline.

Vase leegikatse

Leegikatse liitiumi jaoks

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.

Seotud leheküljed

Küsimused ja vastused

K: Mis on leegikontroll?

V: Leegikatse on kemikaalide test, mida kasutatakse teatavate metallide sisalduse määramiseks keemilises ühendis.

K: Kuidas see toimib?

V: Keemilist ühendit kuumutatakse leegis ja see tekitab värvilise leegi, mida saab analüüsida selle spektri järgi. Aatomi kuumutamisel hüppavad elektronid aatomi kõrgematele orbiitidele, kiirates energiana valgust.

K: Milliseid värve tekitavad erinevad metallid?

V: Erinevad metallid tekitavad eri värvi leeke, näiteks kaaliumi puhul kollast, kaltsiumi puhul oranžipunast, köögipliidi tsinkoksiidi puhul sinakasrohelist, naatriumi puhul kollast (mis on väga hele ja tavaline), vase puhul rohekas-sinist ja liitiumi puhul punakasoranži.

K: Kas selline testimine on ohtlik?

V: Jah, seda tüüpi katsete tegemisel tuleb olla ettevaatlik, sest keemiliste ühendite kuumutamisega kaasnevad kõrged temperatuurid. Igasuguste kuumuse või tulega seotud katsete läbiviimisel tuleb alati rakendada nõuetekohaseid ohutusabinõusid.

K: Kus saab seda tüüpi katseid teha?

V: Leekkatseid saab tavaliselt teha laborites või muudes kontrollitud keskkondades, kus saab võtta nõuetekohaseid ohutusmeetmeid. Mõningaid leegikatseid võib olla võimalik teha ka köögipliidil, sõltuvalt sellest, millist metalli püütakse tuvastada.

K: Milliseid seadmeid on leegikatse läbiviimiseks vaja?

V: Teil on vaja avatud leegi allikat, näiteks Bunseni põletit või küünalt, ning asjakohaseid laboratooriumi seadmeid, näiteks tangid ja kaitseprillid/-kaitseriietus. Samuti vajate midagi, mis võimaldab analüüsida katse käigus tekkivate värviliste leekide spektrit (nt spektromeeter).

K: Kas leekkatse kasutamisele on alternatiive?

V: Jah, on olemas alternatiivid, näiteks aatomabsorptsioonispektroskoopia, mis kasutab soojuse asemel valgust ja ei vaja avatud leegi allikat, nagu Bunseni põletid või küünlad.