Metal Pattern Partea 3 - Orice altceva
După litiu, care este din ce în ce mai folosit în economia modernă, și sodiu și potasiu, care se numără printre cele mai importante elemente din industrie și lumea vie, a sosit timpul pentru restul elementelor alcaline. În fața noastră este rubidiu, cesiu și franc.
Ultimele trei elemente sunt foarte asemănătoare între ele și, în același timp, au proprietăți similare cu potasiul și împreună cu acesta formează un subgrup numit potasiu. Deoarece aproape sigur nu veți putea face experimente cu rubidiu și cesiu, trebuie să vă mulțumiți cu informația că acestea reacţionează ca potasiul și că compușii lor au aceeași solubilitate ca și compușii săi.
1. Părinții spectroscopiei: Robert Wilhelm Bunsen (1811-99) în stânga, Gustav Robert Kirchhoff (1824-87) în dreapta
Progrese timpurii în spectroscopie
Fenomenul de colorare a flăcării cu compuși ai anumitor elemente era cunoscut și folosit la fabricarea artificiilor cu mult înainte ca acestea să fie eliberate în stare liberă. La începutul secolului al XIX-lea, oamenii de știință au studiat liniile spectrale care apar în lumina Soarelui și emise de compușii chimici încălziți. În 1859, doi fizicieni germani - Robert Bunsen i Gustav Kirchhoff - a construit un dispozitiv de testare a luminii emise (1). Primul spectroscop avea un design simplu: era format dintr-o prismă care separa lumina în linii spectrale și ocular cu lentila pentru observarea lor (2). Utilitatea spectroscopului pentru analiza chimică a fost imediat observată: substanța se descompune în atomi la temperatura ridicată a flăcării, iar aceștia emit linii caracteristice doar pentru ei înșiși.
2. G. Kirchhoff la spectroscop
3. Cesiu metalic (http://images-of-elements.com)
Bunsen și Kirchhoff și-au început cercetările și un an mai târziu au evaporat 44 de tone de apă minerală dintr-un izvor din Durkheim. În spectrul sedimentelor au apărut linii care nu puteau fi atribuite niciunui element cunoscut în acel moment. Bunsen (a fost și chimist) a izolat clorura unui nou element din sediment și a dat numele metalului conținut în acesta. PRIN pe baza liniilor albastre puternice din spectrul său (latină = albastru) (3).
Câteva luni mai târziu, deja în 1861, oamenii de știință au examinat mai detaliat spectrul zăcământului de sare și au descoperit prezența unui alt element în el. Au putut să-i izoleze clorura și să-i determine masa atomică. Deoarece liniile roșii erau clar vizibile în spectru, noul metal de litiu a fost numit rubid (din latină = roșu închis) (4). Descoperirea a două elemente prin analiza spectrală a convins chimiștii și fizicienii. În anii următori, spectroscopia a devenit unul dintre principalele instrumente de cercetare, iar descoperirile au plouat ca o corn abundență.
4. Rubidiu metalic (http://images-of-elements.com)
Rubid nu își formează propriile minerale, iar cesiul este doar unul (5). Ambele elemente. Stratul de suprafață al Pământului conține 0,029% rubidiu (locul 17 în lista abundențelor elementare) și 0,0007% cesiu (locul 39). Nu sunt bioelemente, dar unele plante stochează selectiv rubidul, cum ar fi tutunul și sfecla de zahăr. Din punct de vedere fizico-chimic, ambele metale sunt „potasiu pe steroizi”: chiar mai moi și fuzibile și chiar mai reactive (de exemplu, se aprind spontan în aer și chiar reacționează cu apa cu o explozie).
prin este cel mai „metalic” element (în sensul chimic, nu în sensul colocvial al cuvântului). După cum sa menționat mai sus, proprietățile compușilor lor sunt, de asemenea, similare cu cele ale compușilor analogi de potasiu.
5 Polucitul este singurul mineral de cesiu (USGS)
rubidiu metalic iar cesiul se obţine prin reducerea compuşilor lor cu magneziu sau calciu în vid. Deoarece sunt necesare doar pentru producerea anumitor tipuri de celule fotovoltaice (lumina incidentă emite cu ușurință electroni de pe suprafețele lor), producția anuală de rubidiu și cesiu este de ordinul a sute de kilograme. De asemenea, compușii lor nu sunt utilizați pe scară largă.
Ca și în cazul potasiului, unul dintre izotopii rubidiului este radioactiv. Rb-87 are un timp de înjumătățire de 50 de miliarde de ani, deci radiația este foarte scăzută. Acest izotop este folosit pentru datarea rocilor. Cesiul nu are izotopi radioactivi naturali, dar CS-137 este unul dintre produsele de fisiune ai uraniului din reactoarele nucleare. Este separat de barele de combustibil uzat deoarece acest izotop a fost folosit ca sursă de radiații g, de exemplu, pentru a distruge tumorile canceroase.
În cinstea Franței
6. Descoperitorul limbii franceze - Marguerite Perey (1909-75)
Mendeleev prevăzuse deja existența unui metal de litiu mai greu decât cesiul și i-a dat un nume de lucru. Chimiștii l-au căutat în alte minerale de litiu pentru că, la fel ca ruda lor, ar trebui să fie acolo. De mai multe ori părea că a fost descoperit, deși ipotetic, dar nu s-a materializat niciodată.
La începutul anilor 87, a devenit clar că elementul 1914 era radioactiv. În 227, fizicienii austrieci erau aproape să descopere. S. Meyer, W. Hess și F. Panet au observat o emisie slabă alfa din preparatul de actiniu-89 (în plus față de particulele beta secretate abundent). Deoarece numărul atomic al actiniului este 87, iar emisia unei particule alfa se datorează „reducerii” elementului la două locuri în tabelul periodic, izotopul cu numărul atomic 223 și numărul de masă XNUMX ar fi trebuit să fie particule alfa de Cu toate acestea, o energie similară (gama de particule din aer este măsurată proporțional cu energia lor) trimite, de asemenea, un izotop de protactiniu, alți oameni de știință au sugerat contaminarea medicamentului.
Războiul a izbucnit curând și totul a fost uitat. În anii 30 s-au proiectat acceleratoare de particule și s-au obținut primele elemente artificiale, precum mult așteptatul astatiu cu număr atomic 85. În cazul elementului 87, nivelul de tehnologie de atunci nu permitea obținerea cantității necesare de material pentru sinteza. Fizicianul francez a reușit pe neașteptate Marguerite Perey, elevă a Mariei Sklodowska-Curie (6). Ea, ca și austriecii în urmă cu un sfert de secol, a studiat degradarea actiniului-227. Progresul tehnologic a făcut posibilă obținerea unui preparat pur și de data aceasta nimeni nu a avut nicio îndoială că a fost identificat în sfârșit. Exploratorul l-a numit Franceză în cinstea patriei lor. Elementul 87 a fost ultimul descoperit în minerale, cele ulterioare fiind obținute artificial.
franceză se formează în ramura laterală a seriei radioactive, într-un proces cu eficiență scăzută și, în plus, este de foarte scurtă durată. Cel mai puternic izotop descoperit de doamna Perey, Fr-223, are un timp de înjumătățire de puțin peste 20 de minute (adică doar 1/8 din cantitatea inițială rămâne după o oră). S-a calculat că întregul glob conține doar aproximativ 30 de grame de franc (se stabilește un echilibru între izotopul în descompunere și izotopul nou format).
Deși partea vizibilă a compușilor franci nu a fost obținută, s-au studiat proprietățile acesteia și s-a constatat că aparține grupului alcalin. De exemplu, când se adaugă perclorat la o soluție care conține ioni franc și potasiu, precipitatul va fi radioactiv, nu soluția. Acest comportament demonstrează că FrClO4 ușor solubil (precipită cu KClO4), iar proprietățile franciului sunt similare cu cele ale potasiului.
Franța, cum ar fi el...
… Dacă aș putea obține o mostră vizibilă cu ochiul liber? Desigur, moale ca ceara și poate cu o nuanță aurie (cesiul de deasupra este foarte moale și gălbui la culoare). S-ar topi la 20-25°C și s-ar vaporiza în jur de 650°C (estimare bazată pe datele din episodul anterior). În plus, ar fi foarte activ din punct de vedere chimic. Prin urmare, ar trebui să fie depozitat fără acces la oxigen și umiditate și într-un recipient care protejează împotriva radiațiilor. Ar fi necesar să ne grăbim cu experimentele, pentru că în câteva ore nu ar mai fi practic nicio franceză.
Litiu onorific
Vă amintiți pseudo-halogenii din ciclul halogenului de anul trecut? Aceștia sunt ioni care se comportă ca anioni precum Cl- sau nu-. Acestea includ, de exemplu, cianurile CN- și alunițe SCN-, formând săruri cu o solubilitate similară cu cea a anionilor din grupa 17.
Lituanienii au și un adept, care este ionul de amoniu NH. 4 + - un produs din dizolvarea amoniacului în apă (soluția este alcalină, deși mai slabă decât în cazul hidroxizilor de metale alcaline) și reacția acestuia cu acizii. Ionul reacționează în mod similar cu metalele alcaline mai grele, iar relația sa cea mai apropiată este cu potasiul, de exemplu, este similar ca mărime cu cationul de potasiu și înlocuiește adesea K+ în compușii săi naturali. Metalele de litiu sunt prea reactive pentru a fi obținute prin electroliza soluțiilor apoase de săruri și hidroxizi. Cu ajutorul unui electrod de mercur se obține o soluție metalică în mercur (amalgam). Ionul de amoniu este atât de similar cu metalele alcaline încât formează și un amalgam.
În cursul sistematic al analizei lui L.materiale cu ioni de magneziu sunt ultimii descoperiti. Motivul este solubilitatea bună a clorurilor, sulfaților și sulfurilor acestora, ceea ce înseamnă că nu precipită sub acțiunea reactivilor adăugați anterior, utilizați pentru a determina prezența metalelor mai grele în probă. Deși sărurile de amoniu sunt, de asemenea, foarte solubile, ele sunt detectate chiar la începutul analizei, deoarece nu rezistă la încălzirea și evaporarea soluțiilor (se descompun destul de ușor odată cu eliberarea de amoniac). Procedura este probabil cunoscută de toată lumea: la probă se adaugă o soluție dintr-o bază tare (NaOH sau KOH), care provoacă eliberarea de amoniac.
Sam amoniac se detectează prin miros sau prin aplicarea unei bucăţi de hârtie universală umezită cu apă pe gâtul eprubetei. gaz NH3 se dizolvă în apă și face soluția alcalină și transformă hârtia în albastru.
7. Detectarea ionilor de amoniu: în stânga, banda de testare devine albastră sub acțiunea amoniacului eliberat, în dreapta, un rezultat pozitiv al testului Nessler
Dacă amoniacul este detectat prin miros, amintiți-vă regulile de utilizare a nasului în laborator. Prin urmare, nu vă aplecați peste vasul de reacție, îndreptați vaporii spre dvs. cu o mișcare de ventilator a mâinii și nu inspirați aerul „piept plin”, ci lăsați aroma compusului să vă ajungă singură la nas.
Solubilitatea sărurilor de amoniu este similară cu cea a compușilor de potasiu analogi, așa că poate fi tentant să se pregătească perclorat de amoniu NH.4ClO4 și un compus complex cu cobalt (pentru detalii, vezi episodul anterior). Cu toate acestea, metodele prezentate nu sunt potrivite pentru detectarea unor cantități foarte mici de amoniac și ioni de amoniu într-o probă. În laboratoare se folosește în acest scop reactivul Nessler, care precipită sau își schimbă culoarea chiar și în prezența urmelor de NH.3 (7).
Cu toate acestea, sfătuiesc cu fermitate să nu faceți un test adecvat acasă, deoarece este necesar să folosiți compuși toxici de mercur.
Așteptați până când vă aflați într-un laborator profesional sub supravegherea profesională a unui mentor. Chimia este fascinantă, dar – pentru cei care nu o cunosc sau sunt neglijenți – poate fi periculoasă.
A se vedea, de asemenea:
