Die übergekochte Nudelsuppe
AFB I–IIEmma kocht Nudeln in kräftig gesalzenem Wasser auf dem Gasherd. Als der Topf überkocht, zischt es — und die sonst bläuliche Gasflamme leuchtet plötzlich hell gelb. Ihr Bruder meint: „Das liegt am Chlor im Salz.“
- Nenne das Element, das die Gelbfärbung verursacht, und die Teilchenart, in der es im Kochsalz vorliegt.
- Beschreibe mithilfe des Energiestufenmodells, wie in der Flamme das gelbe Licht entsteht.
- Erkläre, warum die Vermutung des Bruders nicht stimmt. Nutze dazu, dass auch Natron (Natriumhydrogencarbonat) die Flamme gelb färbt.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Natrium; im Kochsalz liegt es als Natrium-Ion \(\mathrm{Na^+}\) vor.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
In der heißen Flamme nehmen Elektronen der Natrium-Teilchen Energie auf und werden auf eine höhere Energiestufe angehoben. Beim Zurückfallen auf die niedrigere Stufe geben sie genau diese Energiedifferenz als Licht ab. Weil die Differenz immer gleich groß ist, entsteht immer dieselbe Farbe: gelbes Licht (589 nm).
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Natron (\(\mathrm{NaHCO_3}\)) enthält kein Chlor, färbt die Flamme aber genauso gelb. Gemeinsam haben beide Salze nur die Natrium-Ionen — also stammt die Farbe vom Natrium. Chlorid-Ionen erzeugen keine Flammenfärbung.
Zwei blaue Linien im Mineralwasser
AFB II–III1860 dampften Robert Bunsen und Gustav Kirchhoff in Heidelberg große Mengen Dürkheimer Mineralwasser ein und untersuchten den Salzrückstand mit ihrem neu entwickelten Spektroskop. Die Abbildung zeigt die Linien, die sie dabei beobachten konnten (vereinfacht).
| Element | stärkste Linien in nm |
|---|---|
| Lithium | 671 |
| Natrium | 589 |
| Kalium | 404 · 766 · 770 |
| Calcium | 423 · 554 · 622 |
| Strontium | 461 · 606 · 662 · 682 |
- Ermittle mithilfe der Tabelle, welche bekannten Elemente im Rückstand enthalten sind und welche nicht.
- Deute die beiden blauen Linien bei 455 nm und 459 nm. Gehe dabei auf die Strontium-Linie bei 461 nm ein.
- Beurteile, ob Bunsen und Kirchhoff das neue Element auch allein an der Flammenfarbe hätten entdecken können.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Enthalten: Natrium (589 nm), Lithium (671 nm) und Calcium (554 nm und 622 nm). Nicht enthalten: Kalium (keine Linien bei 766/770 nm) und Strontium (keine Linien bei 606, 662 und 682 nm).
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Die Linien passen zu keinem bekannten Element der Tabelle. Die Linie bei 459 nm liegt zwar nahe bei 461 nm, doch dann müssten auch die starken roten Strontium-Linien erscheinen — sie fehlen. Da jedes Element ein eigenes Linienmuster hat, deuten die beiden Linien auf ein bisher unbekanntes Element. Bunsen und Kirchhoff nannten es nach der himmelblauen Farbe der Linien Caesium (lat. caesius = himmelblau).
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Nein. Im Rückstand ist sehr viel Natrium enthalten; sein kräftiges Gelb überdeckt die Flamme, dazu kommen Rot von Lithium und Calcium. Das neue Element ist nur in winzigen Spuren enthalten und verändert die Mischfarbe nicht erkennbar. Erst das Spektroskop trennt das Licht in einzelne Linien, sodass auch schwache Linien neben den starken sichtbar werden. Die Entdeckung war also nur mit der Spektralanalyse möglich.