1.2 Els colors dels focs d’artifici

Quan heu vist focs artificials us heu preguntat mai com aconsegueixen donar colors diferents a les espurnes? Investiguem-ho.

‘Tenyim’ les flames?

Ja heu vist flames de diferents colors: la grogosa de l’espelma i de les flames, que pot ennegrir els objectes que la refreden; la flama blava del cremador de gas a la cuina, que no ennegreix i és molt més calenta; potser també us heu trobat la sorpresa de les flames verdes quan s’escalfa el coure…

(Wikimedia)

1. Ara farem canviar el color de la flama del gas metà o butà de la cuina o del laboratori.

Què necessitem?

Necessitareu bastonets de cotó, un vidre de rellotge per posar les sals i un bec Bunsen, cartolina negra, un disc compacte, el full imprès per fer un espectroscopi casolà (Annex 1), tisores i cola.

Com a sals disposareu, si és possible, de clorur de sodi, clorur de potassi, nitrat d’estronci, clorur de coure(II) i sulfat de coure(II).

Què farem?

a) Abans de res, construeix-te un espectroscopi casolà com el de la imatge, tal com s’indica a l’Annex 1.

Mulleu un dels extrems del bastonet amb aigua destil·lada. Després refregueu-lo per una de les sals. Introduïu aquesta part en la zona de la flama quasi incolora del bec de gas. Observareu immediatament el nou color de la flama.

b) Mentre ho feu, completa aquest quadre:

c) Mireu alguns d’aquestes colors amb l’espectroscopi. Què en destacaries?

Els espectres de la flama amb sal de taula i sense es diferencien per una línia groga. (Mark Tiele Westra, Science in School)

d) Mentre un company procura estabilitzar el color d’un element a la flama, un altre pot mirar aquesta llum amb l’espectroscopi casolà. Què ha canviat de l’espectre?

e) Si tens un fluorescent a mà utilitza l’espectroscopi per veure l’espectre del vapor de mercuri. Com el descriuries?

Aquestes línies i colors són una mena d’ “empremta dactilar” que cada element deixa en la llum que emet quan és en estat gasós i molt calent. Per què emet només uns colors precisos i no uns altres?

Recordeu que els àtoms contenen electrons, retinguts pel seu nucli, però que se’n poden escapar, tornar-s’hi a enganxar, escapar-se’n de nou… Per fer-ho, caldrà que guanyin o perdin prou energia. I sorprenentment, alguns d’aquests canvis produeixen… llum!

f) En quin procés es deu emetre la llum de color: quan un electró s’escapa de l’àtom o quan hi torna? Per què? D’on treu l’energia necessària?

Així s’aconsegueixen els colors dels focs d’artifici

En els focs d’artifici s’utilitzen sals de determinats elements metàl·lics per produir llum de diferents colors.

Els més importants són aquests:

Un ‘codi de barres’ per a cada element?

Així, doncs, els colors de les flames i dels focs d’artifici són deguts a la presència de sals de certs metalls en estat gasós. A la inversa, fent la prova de la flama, podem identificar el metall d’una sal pel color que dona a la flama. Així tenim un mètode molt interessant d’anàlisi química que permet identificar elements, anomenat espectroscòpia atòmica.

Però què passa amb els altres metalls? I els elements que no són metalls? A més a més, els colors de vegades són difícils de precisar. Per això ens preguntem: hi ha alguna manera de treure més informació d’aquestes flames de color?

(Wikimedia)

Ja sabem que quan es descompon la llum blanca mitjançant un prisma o una xarxa de difracció, s’obté un espectre continu, el mateix que el de l’arc de Sant Martí.

Quin espectre obtindrem si en comptes de llum blanca descomponem la llum emesa en la prova de la flama?

Quan un gas s’escalfa prou per emetre llum, la llum que emet no sol ser blanca, sinó de color. El motiu és que la llum emesa està formada només per determinades longituds d’ona. Obtenim una mena de codi de barres anomenat espectre atòmic, característic de cada element. Llavors és un espectre discontinu.

Cada element gasós prou calent per estar en incandescència, emet només uns determinats colors que permeten identificar-lo.

L’espectre de cada element és característic i únic. En aquests exemples es veu l’espectre continu del Sol i els espectres visibles discontinus de diversos elements.

És així que podem deduir quins elements hi ha a les estrelles. I fins i tot, mesurant la intensitat de les ratlles, saber la proporció de cada element en una estrella.

Un descobriment fora de lloc… i un nou element per al segle XIX!

El 18 d‘agost de 1868 Jules Janssen, un astrònom francès de 44 anys, havia viatjat a l’Índia per observar un eclipsi de Sol. En aquesta situació especial, quan la Lluna tapa el Sol, es poden veure les protuberàncies solars i analitzar la llum que desprenen. Al seu espectre, a més de l’espectre continu de la llum blanca, apareixia una línia de llum groga, lluent… que no corresponia a cap dels elements de la Terra!

(NASA)

Quan ho publicà, Janssen va ser la riota dels seus savis amics, astrònoms com ell. Mai no s’havia trobat un element al cel abans de trobar-lo a la Terra!

Retrat de Janssen (Wikimedia)

Però l’octubre del mateix any l’astrònom anglès Lockyer va confirmar l’existència d’aquesta ‘llum’ especial. I a aquest nou element, del qual només es coneixia la llum que desprenia a una temperatura elevadíssima, se li va donar el nom d’heli, que en grec significa Sol. Posteriorment es va descobrir a la Terra, i actualment el fem servir per inflar globus que pugen sols, o per ajudar-nos a aconseguir temperatures molt i molt baixes, properes al zero absolut.

L’element més abundant en el Sol és l’hidrogen. Al centre del Sol, a temperatures molt altes, l’hidrogen es va transformant en heli, proporcionant simultàniament una enorme quantitat d’energia.

De fet, una quarta part dels àtoms de l’univers són d’heli mentre que gairebé la resta són d’hidrogen. Aquests dos elements i la proporció que mantenen procedeixen del Big Bang. En canvi, menys d’un 1 % són àtoms d’elements més pesants, la majoria molt més recents.

I és que en altres fases de l’evolució estel·lar i sempre a temperatures altíssimes, es generen altres elements, cada vegada més pesants, com els que formen el nostre cos i el nostre planeta: el carboni, l’oxigen, el nitrogen, el ferro, el silici…

La llum, la matèria incandescent, els espectres, els elements…

Totes les flames s’assemblen: els materials a temperatura molt elevada emeten llum. Fins i tot la llum que ens arriba del Sol i dels estels té aquest mateix origen. A més a més, ens dóna informació sobre els elements químics que els formen. Així hem sabut que no són pas diferents dels elements que trobem al planeta Terra.

A tot l’Univers hi ha els mateixos elements que a la Terra.

2. Escriu una petita narració desenvolupant el pensament dels conductors de l’ambulància i els ajudes a imaginar què deu estar passant en els estels, com el Sol, perquè emetin tanta llum.

Què has après de les flames i de les reaccions?

3. Fes un resum del que has après sobre reaccions i substàncies, fent-hi sortir els termes:

  • sistema químic
  • mescles
  • molècules
  • energia i canvi químic
  • símbols i equacions
  • gestió del procés de combustió
  • substàncies elementals i compostes
    (de les que has conegut)
  • conservació de la massa

◀︎ 1.1 Què és el foc?

2. L’aigua i l’electricitat ►

Hits: 7