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Bunte Standfeuer

Erklärung der Flammenfärbung

Alle Elemente senden bei hohen Temperaturen Licht aus, doch für Elemente, die eine Flammenfärbung aufweisen, geschieht dies schon bei den Temperaturen, die in einer Flamme herrschen. Die verschiedenen Flammenfärbungen kann man in der Analytik  zur Analyse von chemischen Elementen  oder deren Ionen benutzen. Die Flammenfärbung beruht darauf, dass die Elemente oder Ionen in einer farblosen Flamme Licht spezifischer Wellenlängen abgeben, das für jedes Element charakteristisch ist. Die Flammenfärbung entsteht durch Energieumwandlung von Wärmeenergie zu Strahlungsenergie. Stoffe mit Flammenfärbung sind oft in der Pyrotechnik eingesetzt.

Die äußersten Elektronen (Valenzelektronen) werden durch Zufuhr von Energie (die in diesem Fall durch eine Verbrennung entsteht) angeregt und auf ein höheres Energieniveau gehoben. Diese Elektronen besitzen nun eine höhere "potentielle" Energie. Die negativ geladenen Elektronen fallen aber meist in Sekundenbruchteilen wieder auf ein energieärmeres Energieniveau zurück, da der angeregte Zustand  sehr instabil ist. Die beim Zurückfallen frei werdende Energie wird als Photon (Lichtteilchen) abgegeben. Man spricht von einem "Quant". Es ist durch eine genau definierte Energie und somit auch mit einer einzigen Wellenlänge gekennzeichnet.

Das Zurückfallen der Elektronen auf energieärmere Energieniveaus kann auch stufenweise erfolgen. Bei jedem Zurückfallen dieses Elektrons auf ein energieärmeres Energieniveau gibt es nun Licht einer ganz bestimmten Farbe ab. Die freigegebene Lichtenergie hängt von der Differenz der Energieniveaus (ΔE) ab. Diese Differenz ist für jedes Element unterschiedlich. Die Energie der Photonen bestimmt ihre Wellenlänge (λ) und damit Farbe, so ergibt sich die spezifische Flammenfärbung:

c = Lichtgeschwindigkeit
h = Plancksches Wirkungsquantum
f = Frequenz

Weist ein Element eine spezifische Flammenfärbung auf, dann weisen auch viele seiner Ionen in Verbindungen diese Flammenfärbung auf (Beispiel: Bariumsulfat weist eine grünliche Flammenfärbung auf, Bariumphosphat nicht). Sehr viele Elemente senden bei hohen Temperaturen sichtbare Spektrallinien aus. Einige Elemente wurden sogar nach der Farbe ihrer bei der Flammenfärbung beobachteten Spektrallinien benannt: Caesium (lateinisch: himmelblau) , Rubidium (lateinisch: dunkelrot) und Indium (nicht nach Indien, sondern nach einer indigoblauen Spektrallinie). Die Verbindung Kupferchlorid weist eine besonders schöne, azurblaue Flammenfärbung auf. Die Tabelle zeigt die Flammenfärbung einiger Elemente:

Literatur:

1. http://chemie.naturtoday.de/Flammenf%C3%A4rbung, Stand 18.10.05