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Lycée · 10 min

Tests de flamme : la couleur des ions métalliques

Placer un sel dans la flamme d’un bec Bunsen et identifier le métal par la couleur de la flamme.

Bec Bunsen 3D avec un fil tenant un sel dans la flamme ; la couleur de la flamme change avec le métal.

Objectif

Relier les couleurs de flamme à l’émission de lumière par les électrons excités et savoir quels métaux se distinguent bien.

Matériel et réactifs

Un bec Bunsen, un fil de platine ou de nichrome propre, et des chlorures de Li, Na, K, Ca, Sr, Ba et Cu humidifiés avec de l’acide chlorhydrique dilué.

Procédure

  1. Passez en revue les sept métaux et notez la couleur de chaque flamme.
  2. Changez la quantité de sel sur le fil et voyez l’effet sur l’intensité.
  3. Comparez Li et Sr, Na et K : quelles paires sont difficiles à distinguer à l’œil ?

À observer

  • Li et Sr donnent une flamme rouge, Ca rouge-orangé, Na jaune-orangé intense, K lilas, Ba vert pâle et Cu bleu-vert (couleurs perçues, approximatives).
  • Une trace de sodium suffit à masquer les autres couleurs ; on observe généralement le potassium à travers un verre au cobalt qui filtre le jaune.

Explication

La chaleur donne aux électrons de valence assez d’énergie pour sauter vers des niveaux plus hauts. En retombant, ils émettent des photons d’énergie E=hν=hc/λE = h\nu = hc/\lambda égale à l’écart entre niveaux. Chaque élément a son propre jeu d’écarts, donc son spectre de raies, et les raies les plus intenses du visible fixent la couleur perçue : pour le sodium, le doublet vers 589 nm est jaune. Le même principe, mesuré précisément avec un spectromètre plutôt qu’à l’œil, fonde l’analyse par émission et absorption atomiques (AAS, ICP).

Histoire de l’expérience

Les chimistes connaissaient depuis longtemps les flammes colorées — Kircher et Marggraf décrivaient l’orange du sodium et le lilas du potassium — mais les sels restaient difficiles à distinguer car chaque bec donnait une flamme différente. Le bec à gaz non lumineux de Robert Bunsen (1855) fournit une flamme propre et chaude ; avec Kirchhoff, il transforma l’essai en spectroscopie et découvrit le césium (1860) puis le rubidium (1861) par leurs raies inédites. Le même test de ce labo reste l’analyse qualitative la plus rapide de Na⁺, K⁺, Ca²⁺.

Chimistes associés

Robert Bunsen

Sujets liés

Orbitales, configuration électronique, nombres quantiquesAbsorption et émission atomiques (AAS, ICP)

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