Thử màu ngọn lửa và quang phổ nguyên tử — Mô phỏng 3D Tương tác (Hóa học THPT)
Câu hỏi trọng tâm: Vì sao các kim loại trong ngọn lửa lại có màu sắc riêng biệt, và dựa vào đâu mà màu sắc đó có thể dùng làm «phiếu kết quả phân tích»?
Phương trình / Nguyên lý cốt lõi: E = hc / λ = 1239.8 / λ(nm) eV · Màu ngọn lửa = Ánh sáng phát ra khi electron chuyển mức năng lượng
Đối chiếu Chương trình GDPT 2018: Hóa học 10 & 12 — SGK GDPT 2018: «Thử màu ngọn lửa nhận biết ion kim loại» + «Quang phổ nguyên tử»
Chuỗi bước khám phá và kết luận khoa học (8 bước)
- Bước 1 (Làm quen thí nghiệm): Sáu kim loại trong ngọn lửa đều có màu sắc riêng, dựa vào đâu mà chút màu sắc ấy có thể dùng làm «phiếu kết quả phân tích»? — Kết luận: Dựa vào màu sắc đặc trưng của ngọn lửa, có thể xác định nguyên tố kim loại chứa trong mẫu thử; thao tác phân tích định tính này gọi là phép thử màu ngọn lửa (theo SGK). |
Thử màu ngọn lửa: Màu đặc trưng của ngọn lửa → Nguyên tố kim loại có trong mẫu thử - Bước 2 (Rửa sạch dây Pt): Dùng cùng một sợi dây Pt đốt liên tiếp hai mẫu thử, tại sao lần thứ hai vẫn xuất hiện màu của mẫu trước đó? — Kết luận: Mỗi lần đổi mẫu thử, trước hết phải rửa sạch dây Pt bằng dung dịch HCl rồi nung trên ngọn lửa ngoài đến khi có màu giống ngọn lửa ban đầu; nếu không, muối Na còn sót lại sẽ làm lẫn màu vàng sang mẫu mới (theo SGK). |
MCl + Ngọn lửa → Màu ngọn lửa đặc trưng - Bước 3 (Vạch kép Na): Ánh sáng vàng của Na vì sao trong máy quang phổ lại là hai vạch nằm sát cạnh nhau? — Kết luận: Ánh sáng vàng của Na gồm hai vạch 589.0 và 589.6 nm (vạch kép Na); khi thiết bị không phân giải được thì chỉ đọc được giá trị trung tâm 589.2 chứ không thể coi là một bước sóng đơn lẻ chính xác tới 0.1 nm. |
Na 3p → 3s: 589.0 nm và 589.6 nm (vạch kép Na) - Bước 4 (K và kính cobalt): Màu ngọn lửa của potassium (K) rốt cuộc là tím hay vàng, vì sao bắt buộc phải nhìn qua kính cobalt xanh? — Kết luận: Màu tím của K phải nhìn qua kính cobalt xanh mới thấy rõ — kính cobalt lọc bỏ ánh sáng vàng, nén nhiễu ở 589 nm xuống chỉ còn bằng 1/18 so với vạch tím (theo chú thích SGK). |
K 5p → 4s: 404.4 nm (tím) - Bước 5 (Năng lượng và bước sóng): Ba kim loại phát ra ánh sáng khác nhau, có phải vì «năng lượng khác nhau» không? — Kết luận: Mỗi vạch phổ ứng với hiệu hai mức năng lượng, E = hc/λ; nguyên tử của các nguyên tố khác nhau có cấu trúc mức năng lượng khác nhau, năng lượng ánh sáng phát ra khi chuyển mức khác nhau nên màu ngọn lửa khác nhau (đáp án bài tập SGK). |
E = hc / λ = 1239.8 / λ(nm) eV - Bước 6 (Phát xạ và hấp thụ): Cùng một nguyên tố, vì sao vị trí ánh sáng phát ra và ánh sáng bị hấp thụ lại trùng khít nhau? — Kết luận: Cùng một cặp mức năng lượng: electron chuyển lên hấp thụ bao nhiêu năng lượng thì khi chuyển xuống phát ra bấy nhiêu, nên vạch hấp thụ và vạch phát xạ nằm cùng vị trí; dựa vào các vạch phổ đặc trưng này để nhận diện nguyên tố (Cs năm 1860, Rb năm 1861, He năm 1868 đều được tìm ra theo cách này). |
Vạch hấp thụ ↔ Vạch phát xạ: Cùng một cặp mức năng lượng - Bước 7 (Sáu kim loại): Đốt lần lượt cả sáu kim loại, màu sắc và vạch phổ có khớp với bảng tra cứu không? — Kết luận: Thử màu ngọn lửa là cách định tính nhanh nhất để nhận biết nguyên tố kim loại (không cần máy móc phức tạp); máy quang phổ cho biết chính xác bước sóng và năng lượng. Cả hai đều dựa trên cùng một nguyên lí (chuyển mức electron) ở hai cấp độ chính xác khác nhau. |
Màu ngọn lửa và vạch phổ chính của Li / Na / K / Ca / Sr / Cu - Bước 8 (Kiểm tra · Nhận biết K): Kiểm tra: Thực hiện đúng quy trình chuẩn để nhận biết mẫu thử chứa potassium (K) — Kết luận: Phần kiểm tra không thêm kết luận mới: Muối K + dây Pt đã rửa sạch + kính cobalt xanh + quang phổ phát xạ, cả bốn điều kiện cùng thỏa mãn thì mới quan sát chuẩn xác được màu tím của K. |
K 5p → 4s: 404.4 nm
Xem trang chi tiết bài giảng, hướng dẫn lớp học và câu hỏi ôn tập Thử màu ngọn lửa và quang phổ nguyên tử · Trang chủ VietLab 3D