Flammenfärbung der Gruppen 1/2 und Enthärtung von Wasser

ChemieAnorganische ChemieAlter 17–18Virtuelles Labor

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Modus Flammenfärbung: Halten Sie eine Salzprobe von Li, Na, K, Ca, Sr oder Ba in die Brennerflamme, beobachten Sie die charakteristische Flammenfarbe und sehen Sie die Emissionslinie bei der richtigen Wellenlänge im Spektrum erscheinen. Modus Wasserhärte: Ein Becherglas Wasser enthält Ca²⁺- und Mg²⁺-Ionen mit HCO₃⁻ oder SO₄²⁻; wählen Sie ein Enthärtungsverfahren (Kochen, Na₂CO₃, genau dosiertes Ca(OH)₂, Ionenaustausch) und klicken Sie auf „Starten“: Der Niederschlag bildet sich, die Ionenzahl sinkt und die Härte wird in mmol/L neu berechnet. Der Schaummodus: Schütteln Sie die gleiche Menge Seife oder synthetisches Waschmittel mit destilliertem, weichem und hartem Wasser (Ca²⁺, Mg²⁺) und einer behandelten Probe, messen Sie die Schaumhöhe, beobachten Sie die weiße Kalkseife aus Calciumstearat, zählen Sie die Tropfen bis zu bleibendem Schaum und berechnen Sie die Härte.

Lektion: Metalle der Gruppen 1 und 2: charakteristische Flammenfärbung; temporäre und permanente Wasserhärte und Enthärtungsverfahren

Was sie zeigt

Zwei verwandte Themen zu den Metallen der Gruppen 1 und 2. Bei der Flammprobe regt die Hitze Elektronen der Metallionen auf höhere Energieniveaus an; fallen sie zurück, senden sie Licht bestimmter Wellenlängen aus, sodass jedes Element seine eigene Flammenfärbung und Emissionslinie zeigt. Wasserhärte entsteht durch gelöste Ca²⁺- und Mg²⁺-Ionen. Temporäre Härte beruht auf Hydrogencarbonat und lässt sich durch Kochen entfernen, weil HCO₃⁻ zerfällt und CaCO₃ ausfällt; permanente Härte durch Sulfate und Chloride erfordert eine Fällung mit Carbonat oder einen Ionenaustausch. Der Schaumtest schüttelt Seife oder ein synthetisches Waschmittel mit destilliertem, weichem und hartem Wasser: Seife bildet eine weiße Kalkseife aus Calcium- oder Magnesiumstearat und schäumt erst, wenn alle Härteionen ausgefällt sind; deshalb misst die Zahl der Tropfen bis zu bleibendem Schaum die Härte, während das Waschmittel in jedem Wasser schäumt.

So funktioniert es

Wählen Sie oben Flammenfärbung oder Wasserhärte. Im Flammenmodus wählen Sie ein Metall, klicken auf Starten und vergleichen die Flamme mit der Lage ihrer Linie im Spektrum. Im Wassermodus stellen Sie die Art der Wasserhärte und ein Enthärtungsverfahren ein, klicken auf Starten und lesen die Härtebalken in mmol/L sowie das Ergebnis mit Seife ab. Testen Sie Kochen erst bei temporärer, dann bei permanenter Härte, bevor Sie Na₂CO₃ und Ionenaustausch ausprobieren. Wählen Sie im Modus Seifenschaum das Reinigungsmittel und den Test, klicken Sie auf Alle 5 Röhrchen schütteln und lesen Sie die Schaumhöhen ab, oder wählen Sie ein Röhrchen und geben Sie Tropfen zu, bis der Schaum bleibt; vergleichen Sie dann mit dem Waschmittel.

Einstellbare Parameter

Inhalt Flammenfärbung, Wasserhärte und Enthärtung, Schaumtest mit Seife
Metall für die Flammprobe Lithium, Natrium, Kalium, Calcium, Strontium, Barium
Art der Wasserhärte Temporär – Ca(HCO₃)₂, Mg(HCO₃)₂, Permanent – CaSO₄, MgCl₂, Gesamt – beide Arten
Enthärtungsverfahren Unbehandelt, Kochen, Na₂CO₃-Lösung, Genau dosiertes Ca(OH)₂, Ionenaustausch
Reinigungsmittel (Schaumtest) Seife (Natriumstearat), Synthetisches Waschmittel
Art des Tests Gleiche Menge, Schaumhöhe messen, Tropfen bis zu bleibendem Schaum zählen
Tropfen Reinigungsmittel je Röhrchen 2–30 Tropfen

Fragen zum Erkunden

Warum enthärtet Kochen temporär hartes Wasser, lässt permanent hartes Wasser aber fast unverändert?
Welches Metall färbt die Flamme gelb, und warum kann es die Flammenfärbung anderer Metalle überdecken?
Welche Enthärtungsverfahren senken die Gesamthärte unter 1 mmol/L, und wie entfernen sie Ca²⁺?

Ideen für den Unterricht

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