T1.3 Farver på himlen
Sortkrudt brænder med et gulligt skær. De røde, grønne og blå farver i fyrværkeri kommer fra salte, som er blandet i stjernerne. Hvert metal har sin egen farve.
Siden bygger på skalmodellen fra afsnit 1.3 i bogen til C-niveau og på lys og farver fra afsnit B5.1.
Flammefarver
Holder man lidt salt ind i en gasflamme, får flammen farve. Almindeligt køkkensalt, natriumchlorid, farver flammen kraftigt gul. Farven kaldes en flammefarve.
Det er metallet i saltet, der bestemmer farven. Natriumchlorid, natriumnitrat og natriumcarbonat giver alle den samme gule flamme. Derfor kan en flammeprøve vise, hvilket metal et ukendt salt indeholder.
Elektroner, der hopper
I skalmodellen sidder atomets elektroner i skaller omkring kernen. Normalt sidder elektronerne så tæt på kernen, som de kan. Så har atomet mindst mulig energi. Det kaldes atomets grundtilstand.
I en flamme er der varmt, og atomerne støder hårdt sammen. Et sammenstød kan løfte en elektron ud i en skal længere ude. Atomet har nu mere energi end før, og man siger, at det er exciteret.
Et exciteret atom er ustabilt. Efter et øjeblik falder elektronen tilbage, og den energi, atomet har til overs, bliver sendt ud som lys. Det kaldes emission.
Lyset bliver sendt ud som en lille pakke energi, der kaldes en foton. Hvert spring giver én foton.
Hver farve har sin energi
Afstanden mellem de to skaller bestemmer, hvor meget energi fotonen får. Energien bestemmer lysets farve. I afsnit B5.1 lærte du, at lys med en kort bølgelængde har mere energi end lys med en lang bølgelængde.
- Et lille spring giver en foton med lidt energi. Det er rødt lys.
- Et stort spring giver en foton med meget energi. Det er blåt eller violet lys.
Atomerne i de forskellige grundstoffer er ikke ens. Natrium har 11 protoner i kernen, og strontium har 38, og elektronerne sidder i forskellige skaller. Derfor har hvert grundstof sine egne spring og dermed sine egne farver.
Linjespektre
Sender man lyset fra en flamme gennem et prisme, bliver det delt efter bølgelængde. Lyset fra en glødelampe giver alle regnbuens farver. Lyset fra natrium i en flamme giver kun én smal, gul linje ved 589 nm. Sådan et spektrum kaldes et linjespektrum.
Hver linje svarer til ét bestemt spring mellem to skaller. Hydrogen har fire linjer i det synlige lys, og natrium har én.
Intet grundstof har de samme linjer som et andet. Et linjespektrum virker derfor som et fingeraftryk. Det er sådan, man har fundet ud af, hvilke grundstoffer Solen og stjernerne består af.
Farverne i fyrværkeri
I en stjerne er farvesaltet blandet med brændsel og oxidationsmiddel. Når stjernen brænder, fordamper saltet i den varme flamme og lyser.
| Farve | Metal | Salt i stjernen | Det, der lyser |
|---|---|---|---|
| rød | strontium | strontiumnitrat, Sr(NO3)2 | SrCl |
| grøn | barium | bariumnitrat, Ba(NO3)2 | BaCl |
| blå | kobber | kobber(I)chlorid, CuCl | CuCl |
| gul | natrium | natriumnitrat, NaNO3 | natriumatomer |
| orange | calcium | calciumcarbonat, CaCO3 | CaCl |
| lilla | strontium og kobber | en blanding af rødt og blåt | SrCl og CuCl |
De røde, grønne og blå farver kommer ikke fra frie atomer. I flammen går metallet sammen med chlor og danner små molekyler som SrCl, BaCl og CuCl. Det er dem, der lyser. Derfor indeholder en farvet stjerne altid et stof med chlor.
Formlen SrCl ser forkert ud, for strontium danner normalt ionen Sr2+ og saltet SrCl2. Men i en flamme på over 1000 °C findes der molekyler, som ikke kan eksistere ved stuetemperatur.
Et molekyle kan svinge og dreje rundt, og det giver mange flere energitrin end i et atom. Derfor giver molekylerne brede bånd i spektret og ikke skarpe linjer.
Blå er den sværeste farve
Molekylet CuCl tåler ikke ret høje temperaturer. Bliver flammen for varm, går det i stykker, og den blå farve bliver bleg. Bliver flammen for kold, lyser den for svagt. En god blå stjerne skal brænde ved præcis den rigtige temperatur.
Natrium giver det modsatte problem. Natriumatomer lyser så kraftigt, at selv en smule natrium farver hele flammen gul og overdøver de andre farver. Farvesalte til fyrværkeri skal derfor være meget rene.
Emission og absorption
I kapitel B5 handlede farver om absorption. Et farvestof tager en del af det hvide lys, og vi ser resten. I en flamme er det omvendt. Atomerne sender selv lys ud, og det er det lys, vi ser.
De to ting hænger sammen. Ved absorption optager en elektron energi fra lyset og hopper til et højere energitrin. Ved emission falder elektronen ned igen og sender energien ud som lys.