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[[Datei:Boratflamme.jpg|mini|200px|Kräftig grüne [[Borate|Alkylboratflamme]].]]
Die '''Flammenfärbung''' (auch '''Spektralanalyse''') dient zum Beispiel zur Analyse von [[Chemisches Element|chemischen Elementen]] oder deren [[Ion]]en ([[Nachweisreaktion]], '''Flammprobe''' genannt). Die Methode beruht darauf, dass die [[Chemisches Element|Elemente]] oder Ionen in einer farblosen [[Flamme]] erhitzt werden und dann [[Licht]] spezifischer [[Wellenlänge]]n abgeben, die für jedes Element charakteristisch sind.

Die Flammenfärbung entsteht durch [[Energieumwandlung und Energieerzeugung|Energieumwandlung]] von [[Wärme]]energie zu [[Strahlung]]senergie. Die Umwandlung kommt durch [[Valenzelektron]]en zustande, die durch die [[Wärmeenergie]] in einen [[angeregter Zustand|angeregten Zustand]] ''gehoben werden'' und unter der Abgabe von Licht wieder ''zurückfallen''. Es findet dabei in der Regel keine [[chemische Reaktion]] statt. [[Chemischer Stoff|Stoffe]], mit denen Flammenfärbung möglich ist, finden aufgrund dieser Eigenschaft in der [[Pyrotechnik]] Anwendung.

Bei der Flammprobe wird die Stoffprobe zum Beispiel auf einem Platindraht oder einem [[Magnesiastäbchen]] in die farblose Flamme eines [[Bunsenbrenner]]s gehalten. Anhand der Farbe kann auf die [[Ion]]en in der Probe rückgeschlossen werden. Oft überdeckt die sehr intensive gelbe Flammenfärbung des [[Natrium]]s andere Flammenfärbungen – Natrium ist eine sehr häufige Verunreinigung, zum Beispiel in Form von Kochsalz aus eingetrocknetem Wasser. Mithilfe eines [[Kobaltglas]]es kann die gelbe Farbe des Natrium herausgefiltert werden.

Mit Hilfe eines [[Spektroskop]]s kann sicherer entschieden werden, welche Elemente in der Probe vorliegen, wenn beispielsweise die recht ähnlichen Flammenfärbungen von [[Kalium]] und [[Rubidium]] zu trennen sind.

Zu unterscheiden ist die Flammenfärbung vom Leuchten einer [[Gasentladung]], auch hierbei senden zum Beispiel [[Gasentladungsröhre]]n jedoch charakteristische Farben und Spektren aus.

== Geschichte ==
Die Flammenspektroskopie geht auf [[Robert Wilhelm Bunsen|Bunsen]] und [[Gustav Robert Kirchhoff|Kirchhoff]] zurück, die sie entwickelten und mit deren Hilfe sie neue Elemente fanden.

== Physikalische Ursachen ==

[[Datei:Valenzschalenmodell Flammenfärbung.svg|mini|Grafische Darstellung der Elektronen-Anhebung und dem Zurückfallen am Valenzschalenmodell|links]]
[[Datei:Flammenfärbungsanimation.gif|alternativtext=Ein Atom wird durch thermische Energie in den angeregten Zustand überführt und fällt darauf unter Emission eines Photons in den Grundzustand zurück.|mini|Ein Atom wird durch thermische Energie in den angeregten Zustand überführt und fällt darauf unter Emission eines Photons in den Grundzustand zurück.]]
Alle [[Chemisches Element|Elemente]] senden bei hohen [[Temperatur]]en [[Licht]] aus. Doch für Elemente, die eine Flammenfärbung aufweisen, geschieht dies schon bei den Temperaturen, die in einer [[Flamme]] herrschen.

In der Flamme findet zunächst beim Verdampfen eine Atomisierung des [[Salze]]s zu [[Atom]]en statt. Die [[Elektron]]en eines Atoms werden durch Zufuhr von Wärmeenergie ([[Verbrennung (Chemie)|Verbrennung]]) auf ein höheres [[Energieniveau]] – in einen [[angeregter Zustand|angeregten Zustand]] – gehoben. Die Elektronen fallen aber meist in Sekundenbruchteilen (10<sup>−8</sup> bis 10<sup>−9</sup> Sekunden) unter Energieemission wieder auf das energieärmere Ausgangs-Energieniveau zurück. Die beim Zurückfallen frei werdende Energie wird als [[Photon]] (Lichtquant) abgegeben. Je Elektronensprung wird dabei ein Photon frei. Es ist durch eine genau definierte Energie und somit auch durch eine einzige [[Wellenlänge]] gekennzeichnet. Jeder Elektronenübergang entspricht einer charakteristischen [[Spektrallinie]].

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 Wellenlänge, und damit einer ganz bestimmten Farbe und Energie, ab.

Die Quantenenergie hängt von der Differenz der Energieniveaus ab. Diese Differenz ist für jedes Element unterschiedlich. Die Energie der Photonen bestimmt ihre Frequenz und damit die [[Farbe]].

Weist ein chemisches Element eine spezifische Flammenfärbung auf, dann weisen auch viele [[chemische Verbindung]]en seiner [[Ion]]en diese Flammenfärbung auf. Dies ist jedoch nicht immer der Fall. [[Bariumsulfat]] z. B. weist eine grünliche Flammenfärbung auf, [[Bariumphosphat]] nicht. Sehr viele chemische Elemente senden bei hohen Temperaturen sichtbare [[Spektrallinie]]n aus. Einige Elemente wurden sogar nach der Farbe ihrer bei der Flammenfärbung beobachteten Spektrallinien benannt: [[Caesium]] (lateinisch: himmelblau), [[Rubidium]] (lateinisch: dunkelrot) und [[Indium]] (indigoblaue Spektrallinie).

== Beispiele ==
=== Alkalimetalle ===
[[Alkalimetalle]] und ihre [[Salze]] besitzen eine spezifische Flammenfärbung:<ref name=":0">Duden Learnattack GmbH: [https://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/chemie-abitur/artikel/flammenfaerbung Flammenfärbung]</ref><ref name=":1">{{Literatur |Autor=Eberhard Schweda |Titel=Jander / Blasius - Anorganische Chemie I |Verlag=HIrzel Verlag |Ort=Stuttgart |Datum=2022 |ISBN=978-3-7776-3009-0 |Seiten=500}}</ref>

* [[Lithium]] und seine Salze färben die Flamme rot (670,8 und 610,0 nm).
* [[Natrium]] und seine Salze färben die Flamme gelb (589,3 nm).
* [[Kalium]] und seine Salze färben die Flamme violett (768,2, 687,0 und 404 nm).
* [[Rubidium]] und seine Salze färben die Flamme rot (780 und 421 nm).
* [[Caesium]] und seine Salze färben die Flamme blauviolett (458 nm).
<gallery>
Datei:FlammenfärbungLi.png|[[Lithium]]
Datei:FlammenfärbungNa.png|[[Natrium]]
Datei:FlammenfärbungK.png|[[Kalium]]
Datei:Die Flammenfärbung des Rubidium.jpg|[[Rubidium]]
Datei:Flammenfärbung Caesium (Cs).jpg|[[Caesium]]
</gallery>

=== Erdalkalimetalle ===
Die typischen [[Erdalkalimetalle]] und ihre [[Salze]] besitzen eine spezifische Flammenfärbung:<ref name=":0" /><ref name=":1" />

* [[Calcium]] und seine Salze färben die Flamme ziegelrot (622 und 553,3 nm).
* [[Strontium]] und seine Salze färben die Flamme rot (mehrere rote Linien, 604,5 und 460,7 nm).
* [[Barium]] und seine Salze färben die Flamme grün (524,2 und 513,7 nm).
<gallery>
Datei:FlammenfärbungCa.png|[[Calcium]]
Datei:FlammenfärbungSr.png|[[Strontium]]
Datei:2006 Fireworks 1.JPG|[[Barium]]
</gallery>

=== Metalle und Halbmetalle ===
Metalle und ihre Salze besitzen folgende spezifische Flammenfärbung:<ref name=":1" />

* [[Gallium]] und seine Salze färben die Flamme violett (417,2 und 403,3 nm).
* [[Indium]] und seine Salze färben die Flamme violettblau (452,1 nm)
* [[Thallium]] und seine Salze färben die Flamme grün (524,2 und 513,7 nm)
* [[Kupfer]] und seine Salze färben die Flamme grün.
* [[Blei]] und seine Salze färben die Flamme fahlblau.
* [[Arsen]] und seine Salze färben die Flamme fahlblau.
* [[Antimon]] und seine Salze färben die Flamme fahlblau.
* [[Vanadium]] und seine Salze färben die Flamme fahlgrün.
* [[Selen]] und seine Salze färben die Flamme bläulich.
* [[Tellur]] und seine Salze färben die Flamme fahlblau (Reduktionszone) und grün (Oxidationszone).
* [[Molybdän]] und seine Salze färben die Flamme fahlgrün.
* [[Bor]] als [[Borsäuretrimethylester|Borsäuretrimetyhlester]] färbt die Flamme grün.<ref>{{Literatur |Autor=Eberhard Ehlers |Titel=Analytik I - Kurzlehrbuch Pharmazeutische Analytik |Auflage=10. |Verlag=Deutscher Apotheker Verlag |Ort=Stuttgart |Datum=2012 |ISBN=978-3-7692-5621-5 |Seiten=7}}</ref>
<gallery>
Datei:Flammenfärbung Indium (In).jpg|[[Indium]]
Datei:Flammenfärbung Kupfer (Cu) ohne Halogene.jpg|[[Kupfer]]
Datei:FlammenfärbungAs.jpg|[[Arsen]]
Datei:Flammenfärbung Blei (Pb).jpg|[[Blei]]
Datei:Flammenfärbung Antimon (Sb).jpg|[[Antimon]]
Datei:Flammenfärbung Molybdän (Mo).jpg|[[Molybdän]]
Datei:Flammenfärbung Bor (B).jpg|[[Bor]]
</gallery>

=== Kunststoffe ===
Zur schnellen Unterscheidung von unbekannten Kunststoffen kann die [[Brennprobe]] verwendet werden. Ein Stück des Materials wird in eine Gasflamme (Feuerzeug) gehalten. Beobachtet werden Verhalten und Aussehen der Flamme, des Rauches/Rußes, der Geruch des Verbrennungs-Abgases und die Brandrückstände. Die Brennprobe gehört zu den zerstörenden Werkstoffprüfungen.

=== Weitere Elemente ===
<gallery>
Datei:Flammenfärbung von Zink.jpg|[[Zink]]
Datei:Flammenfärbung Cer (Ce).jpg|[[Cer]]
</gallery>Weitere Flammenfärbungen:

* [[Europium]], rot
* [[Radium]], karminrot

== Verwendung ==
Die Flammenfärbung kann für die [[Beilsteinprobe]] verwendet werden.
== Weiterentwicklungen ==
Die mit Hilfe des Auges eingeschätzte Flammenfärbung kann durch die [[Spektroskopie]] bzw. die [[Atomemissionsspektrometrie]] ergänzt bzw. verbessert werden. Ein [[Spektrometer]] löst die Spektrallinien sehr viel besser auf als das Auge und kann auch die nicht sichtbaren Bereiche des [[Elektromagnetisches Spektrum|elektromagnetischen Spektrums]] (z. B. IR- oder [[UV/VIS-Spektroskopie]]) zur Analyse nutzen. Es kann außer der Wellenlänge auch die Intensität und [[Linienverbreiterung|Breite]] der Spektrallinien bestimmt werden, wodurch eine [[quantitative Analyse]] und weitere Zustandsanalysen möglich werden.

== Literatur ==
* W. Biltz, W. Fischer, ''Ausführung qualitativer Analysen anorganischer Stoffe'', 16. Auflage, Harri Deutsch, Frankfurt am Main, 1976.
* G. Jander, E. Blasius, ''Einführung in das anorganisch chemische Grundpraktikum'', 14. Auflage, S. Hirzel Verlag, Stuttgart, 1995, ISBN 3-7776-0672-3.

== Weblinks ==
{{Commons|Flame test|Flammenfärbung}}
{{Wikibooks|Praktikum Anorganische Chemie/ Flammenfärbung}}
* {{Webarchiv | url=http://www.quantenmechaniker.de/daten/alkali-linien.html | wayback=20080304100342 | text=Spektrallinien der Alkalimetalle}}

== Einzelnachweise ==
<references />

{{SORTIERUNG:Flammenfarbung}}
[[Kategorie:Mineralogie]]
[[Kategorie:Spektroskopisches Verfahren]]
[[Kategorie:Nachweisreaktion]]
[[Kategorie:Verbrennungslehre]]
[[Kategorie:Farben]]

Flammenfärbung - Versionsgeschichte

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