Colores que hablan: ensayos de coloración a la llama para los elementos químicos

Escrito por Quimitube el 12 November

Uno de los métodos más tradicionales de ensayo en un laboratorio químico (y tal vez uno de los primeros métodos de análisis químicos desarrollados, pues  ya se llevaba a cabo en el siglo XVII) es el ensayo a la llama de las sustancias. Se trata de un ensayo de tipo cualitativo, es decir, con él podemos averiguar qué sustancias contiene nuestra muestra problema, pero no en qué proporción (para esto último haría falta un ensayo cuantitativo). Esto hace que el resultado del análisis sea un poco subjetivo, es decir, depende de la persona que lo realiza, que debe asignar un elemento químico al color observado.

Dada su importancia, antes de considerar las coloraciones de los distintos ensayos a la llama, hablaremos de la llama en sí misma y de sus características. La llama de un mechero Bunsen puede actuar como fuente térmica y luminosa, pero también como reactivo químico con poder oxidante y reductor. El hecho de que una llama tenga más capacidad oxidante o más capacidad reductora, se puede lograr regulando la entrada de aire. Así, tenemos:

  • La combustión con exceso de aire produce una llama oxidante (exceso de oxígeno, O2) y los componentes del combustible arden totalmente, por lo que resulta incolora.
  • La combustión con defecto de aire, por su parte, es incompleta y produce una llama reductora. De esta forma queda carbón incandescente muy subdividido y un exceso de monóxido de carbono, CO. Esta llama es poco calorífica, brillante, reductora y tóxica.

No toda la llama del mechero es reductora u oxidante, sino que, en verdad, aunque en distinta proporción, todas las llamas presentan zonas reductoras y oxidantes, es decir, dos partes diferenciadas: el cono interior, brillante y reductor, de combustión incompleta y baja temperatura y el cono exterior, incoloro, oxidante y de gran poder calorífico, donde se produce, como hemos dicho antes, una combustión completa.

En los ensayos a la llama, de los cuales hablaremos en esta entrada, generalmente se usa inicialmente la base de la llama (menos calorífica) y seguidamente se puede utilizar la zona oxidante, más calorífica, con diferentes propósitos.

Llamas coloreadas: vía http://villaencantada.blogspot.com.es/

Ensayos de coloración a la llama: fundamento

En el ensayo de coloración a la llama ésta actúa como fuente energética. De esta forma, la energía de la llama posibilita la excitación energética de algunos átomos (en estado normal se hallan en estado fundamental). Cuando estos átomos excitados regresan al estado fundamental emiten radiación de longitudes de onda características para cada elemento. Esta energía emitida por los elementos, en este caso en la región visible del espectro electromagnético, es lo que se conoce como espectro de emisión, y es la base no sólo para los ensayos cualitativos a la llama, sino también para técnicas de análisis cuantitativo como la espectroscopía atómica de emisión.

La longitud de onda de la radiación emitida dependerá, concretamente, de la diferencia de energía entre los estados excitado y fundamental según la fórmula de Planck para las transiciones electrónicas (E = h·v, donde E es la energía de la transición, h la constante de Planck y v la frecuencia).

Sin embargo, puesto que la llama no es una fuente muy energética, sólo es capaz de excitar átomos que exijan poca energía para ser excitados (que presenten transiciones electrónicas poco energéticas) esencialmente en la zona visible del espectro (por ejemplo, alcalinos y alcalinotérreos y algunos otros, como cobre y talio; cabe destacar, no obstante, que el berilio y el magnesio, dos alcalinotérreos, no dan color a la llama).

Realización del ensayo a la llama y coloraciones características

El ensayo se realiza con un hilo de platino limpio, procurando que el compuesto sea lo más volátil posible. Para lograr esta volatilización, con frecuencia se humedece con ácido clorhídrico (frecuentemente se forman haluros volátiles) si bien, dependiendo del contraión del metal correspondiente, se pueden requerir distintos procedimientos de análisis. Por ejemplo, si tenemos un silicato, se mezcla primero con CaSO4 en proporción 1:1, ambos muy bien pulverizados, y se empastan con 2 o 3 gotas de clorhídrico concentrado, llevándose la mezcla a la llama, o si tenemos los sulfuros insolubles, se tuestan inicialmente para transformarlos en SO4(2-) y luego se humedecen en ácido clorhídrico concentrado; los sulfatos poco solubles se reducen previamente a sulfuros manteniéndolos un rato en la zona reductora de la llama.

Una vez que se tiene el compuesto a ensayar en el extremo del hilo de platino, se introduce en la llama; primero se hace en la base de la llama para evitar que los compuestos más volátiles pasen desapercibidos y después se ensaya en zonas de mayor temperatura. En función del color que se produzca en la llama, el ensayo será positivo para un elemento u otro; en ocasiones, para observar mejor el color, se suelen usar vidrios coloreados.

Así, ¿cuáles son las coloraciones más características de los distintos elementos que se pueden ensayar a la llama? ¿Qué elemento cabe suponer si aparece un color u otro?

    • Carmín: litio. Color muy persistente y fácil de observar. Aún así, se puede observar a través de un vidrio azul, en cuyo caso se ve violeta, y a través de un vidrio verde, que deja de observarse el color.
    • Anaranjada o rojo ladrillo: calcio. Se trata de un color fugaz (por volatilidad), fácil de confundir con el estroncio. Si se observa a través de un vidrio azul se ve de color verde.
    • Escarlata: estroncio. Es un color fugaz y, como hemos dicho, por esto mismo resulta fácil confundirlo con el calcio, más por su fugacidad que por semejantes en la tonalidad. En efecto, ya vimos en la entrada sobre los colores en los fuegos artificiales que el estroncio suele ser el responsable del color rojo de los mismos.
    • Amarillo: sodio. Se trata de un color intenso y reconocible. El color es invisible a través de un vidrio azul de cobalto, por lo que se usa para evitar que el sodio actúe como interferente en el ensayo de otros elementos, como por ejemplo el potasio. A través de un vidrio verde se ve amarillo anaranjado. El sodio es muy frecuente como contaminante en sales de otros elementos metálicos y no es rara su interferencia.
    • Violeta pálido: potasio. Es un color difícil de observar, además de que el sodio suele interferir. Por este motivo se suele observar a través de un vidrio azul de cobalto, para que el sodio no interfiera, en cuyo caso se observar un violeta púrpura.
    • Verde pajizo: bario. Es difícil de excitar (transición electrónica energética) por lo que requiere una llama con bastante potencia. Si la llama no es adecuada no se podrá observar.
    • Verde puro: talio (en llama reductora) y teluro (en llama oxidante). El talio sólo se podrá observar al excitar en la base de la llama y es muy fugaz porque forma sales bastante volátiles.
    • Verde pálido: vanadio y molibdeno.
    • Verde esmeralda: sales de cobre, excepto los halógenos.
    • Azul verdoso: haluros de cobre.
    • Azul pálido: plomo, bismuto, astato, antimonio y teluro (si se ensaya en llama reductora; ya hemos visto que el teluro en llama oxidante da color verde). Todos estos elementos deterioran el hilo de platino.
    • Azul violáceo: sales de iridio y cloruro de estaño.
    • Violeta débil y azulado: sales de rubidio y de cesio.
    • Violeta intenso (morado): cianuros y cloruros de mercurio, como el HgCl2 y el Hg2Cl2.

Asimismo, el ensayo de coloración a la llama permite comprobar también la presencia de halógenos si en lugar de usar un hilo de platino se usa un alambre de cobre previamente calentado en llama oxidante hasta que no dé color verde. Una vez hecho esto, se toma la sustancia con el hilo de cobre (sin humedecer con clorhídrico) y se ensaya a la llama: si ésta toma un color verde azulado, es debido a los haluros de cobre volátiles.

Como veis, se trata de un ensayo sencillo, fácil de llevar a cabo con elementos habituales en un laboratorio y poco costoso, y por este mismo motivo se llevaba a cabo de forma rutinaria desde tiempo atrás, aunque hoy en día, como hemos comentado, se dispone de técnicas más potentes (y mucho más costosas) que permiten no sólo determinar la presencia sino cuantificar la concentración de la especie química. No obstante, el fundamento analítico es el mismo: el hecho de que el espectro de emisión de un elemento químico es característico y único  para dicho elemento. Una auténtica huella dactilar que deja su rastro en la naturaleza.

 

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7 Comentarios

  1. […] "CRITEO-300×250", 300, 250); 1 meneos   Ensayos de coloración a la llama de algunos elementos químicos http://www.quimitube.com/ensayos-de-coloracion-a-la-llama-para-l…  por equisdx hace […]

    Ensayos de coloración a la llama de algunos elementos químicos, 4 Años Antes Reply

  2. Buenas noches,
    Podríamos saber si la coloración que observamos pertence a un catión o a un anion? Como lo podemos saber si esque se puede

    Joana, 3 Años Antes Reply

  3. […] 4. Los colores y la corteza de los átomos. Ensayos a la llama […]

    Libros prácticas de laboratorio de química ESO y Bachillerato | Quimitube, 2 Años Antes Reply

  4. queria saber desde que lugar, envia estos doc, para poder hacer una citacion estilo vancouver de esta pag web

    Pierina Pita, 1 Año Antes Reply

    • ¡Hola! No sé qué es una citación estilo Vancouver, pero este material está elaborado desde Palma de Mallorca, en España.

      QuimiTube, 1 Año Antes Reply


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