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Vidéo de la leçon : Test de flamme Chimie

Dans cette vidéo, nous allons découvrir le test de flamme : comment le réaliser, pourquoi ils fonctionnent et comment ils nous permettent d’identifier les ions métalliques présents dans certaines substances.

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Transcription de vidéo

Dans cette vidéo, nous allons découvrir le test de flamme, comment le réaliser, pourquoi ils fonctionnent et comment ils nous permettent d’identifier les ions métalliques présents dans certaines substances. Nous examinerons les couleurs produites par les ions provenant des alcalins, des alcalino-terreux et des autres métaux.

Un test de flamme est une expérience qui consiste à introduire une substance dans une flamme. Certaines substances donnent une couleur à la flamme. Comprendre quelles substances produisent quelles couleurs peut nous aider à identifier des substances inconnues. De nombreuses substances brûlent dans une flamme, produisant des flammes rouges, jaunes, blanches ou bleues, en fonction de la température.

Au cours d'un test de flamme, la couleur est assez uniforme sur toute la gamme de températures. Le facteur clé du test de flamme est donc le chauffage, non la combustion. Seulement certaines substances produisent une lumière visible lorsqu’elles sont chauffées dans une flamme. Si une substance produit une couleur de flamme visible, cette couleur sera unique. Toutefois, il est parfois difficile de les différencier. Examinons maintenant comment réaliser un test de flamme.

Il existe plusieurs façons de réaliser un test de flamme, mais l’une des plus simples requiert l’utilisation d’une boucle de fil de platine. Le fil de platine est très peu réactif et qui ne colore pas la flamme. Lors de la première étape, la boucle est nettoyée à plusieurs reprises avec de l’acide chlorhydrique, et placée dans la flamme jusqu’à ce que tous les contaminants soient éliminés. Il est facile de déterminer quand la boucle est prête, car l'introduction d'une boucle propre dans la flamme n'en modifiera pas la couleur.

La boucle est ensuite plongée dans la substance à analyser, que ce soit une solution ou une poudre, puis introduite dans la flamme. Si la couleur de la flamme change, celle-ci est consignée. Vous pouvez écrire une description ou prendre une photo. Il est important que la flamme soit chaude et ne produise pas elle-même une couleur vive. Si vous utilisez un bec Bunsen, il est préférable d’utiliser une forte flamme bleue plutôt qu’une flamme « froide » jaune vif, afin que la couleur des ions soit plus facile à différencier. Pour obtenir une forte flamme, il suffit d’ouvrir l’entrée d’air à la base du bec Bunsen.

Voyons maintenant à quoi pourrait ressembler un test de flamme pour une substance ordinaire comme le lithium. Lorsqu’une substance contenant des ions lithium est introduite dans une flamme, les ions lithium émettent une lumière visible qui fait passer la flamme au rouge. Un ion lithium Li⁺ a une configuration électronique de deux, ou un s deux. Lorsqu’ils sont chauffés avec une flamme, les électrons sont excités et passent à des niveaux d’énergie plus élevés. Lorsque les électrons reviennent à leur niveau d'énergie initial, ils peuvent émettre des photons de lumière. Plus l'écart est grand, plus l’énergie du photon est élevée, et plus sa longueur d’onde est petite.

La couleur que nous observons peut être le résultat de nombreuses longueurs d’onde différentes de la lumière émises en même temps. Toutefois, les longueurs d’onde de la lumière sont uniques à chacun des éléments, donc la couleur observée est également unique. Cela ne veut pas dire que les descriptions des couleurs soient toujours distinctives. Voici un tableau comprenant des ions et leur couleur habituelle de flamme, ainsi qu’une description générale de cette couleur. Les couleurs données sont approximatives.

Comme vous pouvez le constater, certains ions produisent des couleurs très similaires. Le lithium et le strontium produisent un rouge comparable. Le sodium et le calcium produisent tous les deux une couleur orangée. Le baryum, le bore et le cuivre produisent différentes de vert. Finalement, le potassium, le rubidium et le césium produisent tous des nuances de violet. Il peut donc être difficile de différencier ces ions. Par conséquent, d’autres analyses chimiques pourront être nécessaires. Un réseau de diffraction ou un spectromètre pourront être utilisés pour analyser la lumière plus en détail.

Certains ions ont tendance à produire davantage de lumière que d’autres. Par exemple, les ions potassium produisent une flamme pâle, tandis que les ions sodium produisent une couleur beaucoup plus vigoureuse. Si un échantillon est contaminé, la couleur produite par un ion peut masquer celle d’un autre ion. Il est donc préférable de réaliser des tests de flamme avec des substances très pures.

Le sodium est un contaminant assez fréquent. Certains filtres, tels qu’un verre de cobalt (qui est préparé par inclusion de dérivés du cobalt lors de la fusion du verre), peuvent être utilisés pour éliminer la lumière jaune orange vif des ions sodium, ce qui permet ainsi d'observer plus clairement les autres couleurs. Si vous avez un mélange d’ions sodium et potassium, vous pouvez utiliser un verre de cobalt pour observer seulement les couleurs produites par le potassium.

Maintenant que nous savons en quoi consiste un test de flamme, comment le réaliser, et quels ions ce test peut identifier, exerçons-nous un peu.

Laquelle des images suivantes, représentant le résultat d’un test de flamme, indique la présence de baryum?

Au cours d'un test de flamme, nous introduisons un solide ionique, en poudre peut-être, dans une flamme. Et nous observons le changement de couleur. Chaque couleur est caractéristique de certains ions. A est une flamme rouge. B est orange ou jaune. C est verte. D est bleue. Et E est violette. Pour répondre à cette question, nous allons devoir nous rappeler quelle couleur de flamme est caractéristique de l'ion baryum deux plus.

Une flamme verte est caractéristique du baryum deux plus, du bore trois plus, ou du cuivre deux plus. Nous pouvons donc être pratiquement certains que la flamme verte est la plus susceptible d’indiquer la présence de baryum. Une flamme rouge est associée au lithium un plus, ou au strontium deux plus. Une flamme orange ou jaune est indicative du sodium un plus ou du calcium deux plus. Une flamme bleue, comme celle-ci, est probablement caractéristique du cuivre un plus. Finalement, une flamme violette, selon l'intensité de sa couleur, est plus susceptible d’indiquer la présence du potassium un plus, du rubidium un plus ou du césium un plus.

Alors, parmi ces images, celle qui indique la présence du baryum est la flamme C, la verte.

Maintenant que nous avons examiné un exemple visuel, passons à un exemple qui fait davantage appel à la mémoire.

Quel métal alcalino-terreux se comporte le plus comme le cuivre au cours d’un test de flamme?

Un test de flamme produit une couleur en fonction de l’ion présent. Les métaux alcalino-terreux sont par ailleurs connus comme étant le groupe deux du tableau périodique. Les éléments du groupe deux sont le béryllium, le magnésium, le calcium, le strontium, le baryum et le radium. Le radium est rare et radioactif, donc dans le cadre de cet exercice, nous pouvons l’ignorer.

Chacun de ces éléments a tendance à former des ions portant une charge de deux plus. Pour répondre à cette question, nous devons nous rappeler de la couleur produite par le cuivre lors d'un test de flamme, et la comparer avec celles du béryllium, du magnésium, du calcium, du strontium et du baryum. Selon le composé de cuivre, ce dernier produira une flamme bleu-vert. Le béryllium et le magnésium ne donnent pas de couleur caractéristique lors d'un test de flamme. Les ions calcium produisent des flammes rouge-orange. Les ions strontium rendent les flammes rouge vif. Finalement, pour les ions baryum, le test de flamme produit une couleur verte.

La couleur la plus proche du bleu-vert du cuivre est donc le vert du baryum. Donc, le métal alcalino-terreux dont la couleur du test de flamme ressemble le plus à celle du cuivre est le baryum.

Ces sont deux exemples où nous avons examiné les couleurs distinctives de la flamme. Abordons maintenant l’aspect pratique.

Un élève utilise un test de flamme pour déterminer si le produit principal d’une réaction est un sel de potassium. Lequel des énoncés suivants n’améliorera pas la qualité du test? A) Fermer l’entrée d'air du bec Bunsen. B) Dissoudre le produit dans de l’acide chlorhydrique. C) Observer la flamme à travers un verre de cobalt. D) Laver la boucle d’échantillonnage dans l’acide chlorhydrique avant son utilisation. Ou E) Recristalliser le produit.

Un test de flamme est un moyen de vérifier la présence de certains ions par la production d’une couleur de flamme particulière. Le sel de potassium contient des ions potassium un plus. L’ajout d'un sel de potassium à la forte flamme bleue du bec Bunsen la fera passer au rose pâle.

Si la couleur de la flamme devient rose lorsque l'élève réalise le test, il y a certainement présence de potassium. Cependant, si la couleur de la flamme ne devient pas rose, il ne sera pas forcément clair s’il y a du potassium ou non. Notre travail consiste à examiner les affirmations et à déterminer laquelle améliorerait la qualité du test. Un test de meilleure qualité est plus susceptible de donner un résultat positif.

Qu’en est-il de la fermeture de l’entrée d'air du bec Bunsen? Si l’entrée d’air d’un bec Bunsen est ouverte, davantage d’oxygène rentre dans la flamme. Elle devient donc plus chaude. Et plus bleue. Si vous fermez l’entrée d'air d’un bec Bunsen, vous produirez une flamme « froide » jaune vif. Une flamme jaune vif est plus susceptible de masquer le rose du potassium. Donc, fermer l’entrée d'air du bec Bunsen n’améliorera certainement pas la qualité du test.

Examinons tout de même les autres affirmations pour être certain de notre réponse. Dissoudre d'abord le produit dans l’acide chlorhydrique facilitera la vaporisation du solide. En solution, les ions sont déjà séparés, donc lorsqu'ils seront chauffés, ils iront tous dans l’air et commenceront à émettre de la lumière. En fonction de la concentration, il est possible d’augmenter considérablement la luminosité de la couleur rose, et d’améliorer ainsi la qualité du test. Il ne s'agit donc pas de la bonne réponse.

Qu’en est-il de l'observation de la flamme à travers une verre de cobalt? La vitre de cobalt est un filtre bleu. Observer la flamme à travers un verre de cobalt éliminera la lumière orange-jaune vif du sodium. Cela nous permettra d’observer plus distinctement la couleur rose des ions potassium, et améliorera ainsi la qualité du test. Les ions sodium sont des contaminants assez fréquents, donc il s'agit probablement d'une bonne idée.

Le lavage de la boucle d’échantillonnage dans l’acide chlorhydrique est une autre façon d’améliorer la qualité du test. Nettoyer la boucle élimine les autres contaminants qui pourraient colorer la flamme différemment, et produire un résultat non concluant.

Enfin, nous avons la recristallisation du produit. La recristallisation purifiera le produit. Un produit plus concentré veut dire moins de contaminants susceptibles d’interférer avec le résultat du test. La recristallisation du produit est donc un bon moyen d’améliorer la qualité du test, et il ne s'agit donc pas de notre bonne réponse. Donc, parmi les cinq options proposées, un élève effectuant un test de flamme pour vérifier la présence de potassium dans le produit ne devrait probablement pas fermer l’entrée d'air du bec Bunsen afin d’améliorer la qualité du test.

Maintenant que nous avons vu quelques exemples, récapitulons ce que nous avons appris. Dans cette vidéo, nous avons appris que les éléments chimiques produisent de la lumière lorsqu’ils sont introduits dans une flamme. Certaines de ces éléments produisent une lumière visible d'une couleur caractéristique, en raison de leurs transitions électroniques spécifiques. Ces couleurs caractéristiques peuvent être utilisées pour aider à identifier des ions spécifiques contenus dans des composés.

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