¿Por qué los elementos de bloque s le dan color a una llama?

Question

Las pruebas de llama son una forma común de identificar cantidades mínimas de metales alcalinos (y en menor medida metales alcalinotérreos) en mezclas. Ciertas sales de $\ce{Ba, Sr}$ también se utilizan en fuegos artificiales por su capacidad de impartir color a la llama.

Aunque predominante entre los elementos del bloque s, este comportamiento también se observa en otros elementos como $\ce{Cu}$ y $\ce{Pb}$. Mi pregunta es, ¿qué es lo especial de estos elementos que les otorga esta característica?

Answer 1

Todos los elementos colorear la llama de alguna manera. La sal que se sostiene en la llama se disocia homogéneamente (es decir, no estás creando iones desapareados sino átomos metálicos individuales y sus radicales contrarios), la energía calorífica excita a los electrones y cuando caen de vuelta emiten fotones en ciertas longitudes de onda, correspondientes a las diferencias de energía entre el orbital a donde un electrón fue excitado y aquel donde cae de vuelta.

Cuanto más lejos del núcleo estén los electrones, más fácil es excitarlos. Por lo tanto, los electrones de valencia son los más propensos a ser excitados. Cuantos más electrones de valencia tengas (es decir, cuanto más a la derecha vayas en un periodo dado) más difícil es excitar uno de ellos porque todo el átomo se contrae y los niveles de energía de las capas exteriores bajan. Por lo tanto, es mucho más fácil para los electrones de elementos en la mitad izquierda de la tabla periódica ser excitados.

Además, cuanto más electrones puedas excitar, más complicado será el espectro resultante. Con solo uno o dos electrones, normalmente esperas (y observas) líneas distintas de longitudes de onda definidas; mientras más tengas, mayor será la posibilidad de bandas más anchas.

Por lo tanto, el elemento más fácil de reconocer sería el hidrógeno, que solo crea muy pocas líneas individuales y distintas. Los metales alcalinos, teniendo pocos electrones de valencia, todavía crearán espectros fáciles con líneas distintas (aunque más). Es similar para los metales alcalinotérreos, aunque los espectros tienden a volverse más complicados (ver el bario como un ejemplo de algo con bandas anchas). Para muchos, si no todos los otros metales, los espectros se vuelven demasiado difíciles de interpretar y asignar de manera consistente rápidamente. Todos parecerán algo blancuzcos hasta cierto punto con apenas alguna posibilidad de distinguir líneas características fácilmente. Por lo tanto, en el típico curso de laboratorio de química inorgánica de lotería de iones, típicamente solo se detectan los alcalinos y alcalinotérreos por medio de la coloración de la llama.

También recuerdo de ese curso que los haluros de cobre parecen proporcionar un color verde más característico (que ni siquiera intenté reconocer — confié en otros métodos para detectar cobre). Creo que hay una multitud de efectos combinados en acción para dar a esta combinación su color característico. En cualquier caso, no sé qué está pasando exactamente allí.

Answer 2

Cuando se imparte calor, el átomo lo recibe como energía extra. Debido a esto, el electrón en la capa externa salta a una posición de capa superior. Este electrón, al regresar a su posición original, emite fotones de longitudes de onda específicas.

Además, diferentes átomos tienen diferentes números de electrones de valencia, por lo tanto, diferentes elementos emiten fotones de longitudes de onda diferentes.

Answer 3

Los elementos del grupo s tienen 1 o 2 electrones en la capa de valencia. Cuando se calientan, los electrones se excitan a orbitales superiores desocupados. A medida que los electrones caen de regreso debido a la inestabilidad, emiten fotones de longitud de onda en la región visible.