Метални узорак, део 3 - све остало

После литијума, који се све више користи у савременој економији, и натријума и калијума, који су међу најважнијим елементима у индустрији и живом свету, дошло је време и за остале алкалне елементе. Пред нама је рубидијум, цезијум и франак.

Последња три елемента су веома слична један другом, а истовремено имају слична својства са калијумом и заједно са њим чине подгрупу која се зове калијум. Пошто готово сигурно нећете моћи да правите никакве експерименте са рубидијумом и цезијумом, морате се задовољити информацијом да они реагују као калијум и да њихова једињења имају исту растворљивост као и њихова једињења.

1. Очеви спектроскопије: Роберт Вилхелм Бунзен (1811-99) лево, Густав Роберт Кирхоф (1824-87) десно

Рани напредак у спектроскопији

Феномен бојења пламена једињењима одређених елемената био је познат и коришћен у производњи ватромета много пре него што су пуштени у слободно стање. Почетком деветнаестог века научници су проучавали спектралне линије које се појављују на светлости Сунца и које емитују загрејана хемијска једињења. 1859. два немачка физичара - Роберт Бунсен i Густав Кирцххофф – изграђен уређај за испитивање емитоване светлости (1). Први спектроскоп је имао једноставан дизајн: састојао се од призме која је делила светлост на спектралне линије и окулар са сочивом за њихово посматрање (2). Одмах је уочена корисност спектроскопа за хемијску анализу: супстанца се на високој температури пламена распада на атоме, а ове емитују линије карактеристичне само за себе.

2. Г. Кирцххофф на спектроскопу

3. Метални цезијум (хттп://имагес-оф-елементс.цом)

Бунзен и Кирхоф су започели своја истраживања и годину дана касније испарили су 44 тоне минералне воде из извора у Диркему. У спектру седимента појавиле су се линије које се нису могле приписати ниједном елементу познатом у то време. Бунзен (он је такође био хемичар) изоловао је хлорид новог елемента из седимента и дао име металу који се налази у њему. ЦЕЗ на основу јаких плавих линија у свом спектру (латински = плава) (3).

Неколико месеци касније, већ 1861. године, научници су детаљније испитали спектар депозита соли и открили присуство још једног елемента у њему. Успели су да изолују његов хлорид и одреде његову атомску масу. Пошто су црвене линије биле јасно видљиве у спектру, нови метал литијум је добио име рубид (од латинског = тамноцрвена) (4). Откриће два елемента спектралном анализом убедило је хемичаре и физичаре. У наредним годинама, спектроскопија је постала један од главних истраживачких алата, а открића су пљуштала као рог изобиља.

4. Метални рубидијум (хттп://имагес-оф-елементс.цом)

Руби не формира сопствене минерале, а цезијум је само један (5). Оба елемента. Површински слој Земље садржи 0,029% рубидијума (17. место на листи елементарних обиља) и 0,0007% цезијума (39. место). Нису биоелементи, али неке биљке селективно складиште рубидијум, као што су дуван и шећерна репа. Са физичко-хемијске тачке гледишта, оба метала су „калијум на стероидима“: још мекши и топљиви, а још реактивнији (на пример, спонтано се запале у ваздуху, па чак и реагују са водом уз експлозију).

кроз то је нај"метални" елемент (у хемијском, а не у колоквијалном смислу те речи). Као што је горе поменуто, својства њихових једињења су такође слична онима аналогних калијумових једињења.

5. Полуцит је једини минерал цезијума (УСГС)

метални рубидијум а цезијум се добија редуковањем њихових једињења магнезијумом или калцијумом у вакууму. Пошто су оне потребне само за производњу одређених типова фотонапонских ћелија (упадна светлост лако емитује електроне са њихових површина), годишња производња рубидијума и цезијума је реда величине стотина килограма. Њихова једињења такође нису у широкој употреби.

Као и код калијума, један од изотопа рубидијума је радиоактиван. Рб-87 има време полураспада од 50 милијарди година, тако да је зрачење веома мало. Овај изотоп се користи за датирање стена. Цезијум нема природне радиоактивне изотопе, али ЦС-КСНУМКС је један од производа фисије уранијума у ​​нуклеарним реакторима. Одвојено је од истрошених горивих шипки јер је овај изотоп коришћен као извор гама зрачења, на пример, за уништавање тумора рака.

У част Француске

6. Откривач француског језика - Маргерит Переи (1909-75)

Мендељејев је већ предвидео постојање метала литијума тежег од цезијума и дао му радно име. Хемичари су га тражили у другим минералима литијума јер би, као и њихов рођак, требало да буде тамо. Неколико пута се чинило да је откривен, иако хипотетички, али никада није материјализован.

Почетком 87-их постало је јасно да је елемент 1914 радиоактиван. Године 227. аустријски физичари су били близу открића. С. Меиер, В. Хесс и Ф. Панет су приметили слабо алфа зрачење актинијума-89 (поред обилно излучених бета честица). Пошто је атомски број актинијума 87, а емисија алфа честице је последица "свођења" елемента на два места у периодној табели, изотоп са атомским бројем 223 и масеним бројем КСНУМКС је, међутим, требало да буде алфа честице сличне енергије (опсег честица у ваздуху се мери пропорционално њиховој енергији) такође шаље изотоп протактинија, други научници су предложили контаминацију лека.

Убрзо је избио рат и све је било заборављено. Тридесетих година прошлог века пројектовани су акцелератори честица и добијени први вештачки елементи, као што је дугоочекивани астатијум са атомским бројем 30. У случају елемента 85 тадашњи ниво технологије није дозвољавао добијање потребне количине материјал за синтезу. Француски физичар је неочекивано успео Маргуерите Переи, ученица Марије Склодовске-Кири (6). Она је, као и Аустријанци пре четврт века, проучавала распад актинијума-227. Технолошки напредак омогућио је добијање чистог препарата, а овога пута нико није сумњао да је он коначно идентификован. Истраживач му је дао име Француски у част своје отаџбине. Елемент 87 је последњи откривен у минералима, накнадни су добијени вештачки.

француски формира се у бочној грани радиоактивне серије, у процесу са малом ефикасношћу и, штавише, веома је кратког века. Најјачи изотоп који је открила госпођа Переи, Фр-223, има време полураспада од нешто више од 20 минута (што значи да само 1/8 првобитне количине остаје након једног сата). Израчунато је да цела земаљска кугла садржи само око 30 грама франка (успоставља се равнотежа између распадајућег изотопа и новонасталог изотопа).

Иако видљиви део једињења франка није добијен, проучавана су његова својства и утврђено је да припада алкалној групи. На пример, када се перхлорат дода у раствор који садржи јоне франка и калијума, талог ће бити радиоактиван, а не раствор. Ово понашање доказује да ФрЦлО₄ слабо растворљив (таложи се са КЦлО₄), а својства францијума су слична онима калијума.

Француска, како би он био...

… Ако бих могао да добијем његов узорак видљив голим оком? Наравно, мекана као восак, а можда и златне нијансе (цезијум изнад њега је веома мекан и жућкасте боје). Отопио би се на 20-25°Ц и испарио на око 650°Ц (процена на основу података из претходне епизоде). Поред тога, био би веома хемијски активан. Због тога га треба чувати без приступа кисеонику и влази иу посуди која штити од зрачења. Требало би пожурити са експериментима, јер за неколико сати Француза практично не би било.

Почасни литијум

Сећате се псеудо-халогена из прошлогодишњег циклуса халогена? То су јони који се понашају као ањони као што је Цл^- или бр^-. То укључује, на пример, цијаниде ЦН^- и СЦН младежи^-, формирајући соли са растворљивошћу сличном оној за ањоне групе 17.

Литванци такође имају следбеника, а то је амонијум јон НХ. ₄ ⁺ – производ растварања амонијака у води (алкални раствор, мада слабији него у случају хидроксида алкалних метала) и његове реакције са киселинама. Јон реагује слично са тежим алкалним металима, а његов најближи афинитет је са калијумом, на пример, сличан је по величини као катјон калијума и често замењује К+ у својим природним једињењима. Метали литијума су превише реактивни да би били произведени електролизом водених раствора соли и хидроксида. Користећи живину електроду добија се раствор метала у живи (амалгам). Амонијум јон је толико сличан алкалним металима да такође формира амалгам.

У систематском току анализе Л.магнезијум јонски материјали су последњи који су откривени. Разлог је добра растворљивост њихових хлорида, сулфата и сулфида, што значи да се не таложе под дејством претходно додатих реагенаса који се користе за одређивање присуства тежих метала у узорку. Иако су амонијумове соли такође веома растворљиве, оне се откривају на самом почетку анализе, пошто не подносе загревање и испаравање раствора (прилично се лако разлажу са ослобађањем амонијака). Поступак је вероватно свима познат: у узорак се додаје раствор јаке базе (НаОХ или КОХ), који изазива ослобађање амонијака.

Сам амонијак открива се мирисом или наношењем универзалног папира навлаженог водом на врат епрувете. НХ гас₃ раствара се у води и чини раствор алкалним и плави папир.

7. Детекција амонијум јона: са леве стране тест трака постаје плава под утицајем ослобођеног амонијака, десно - позитиван резултат Несслер теста.

Приликом откривања амонијака уз помоћ мириса, треба запамтити правила употребе носа у лабораторији. Зато се немојте нагињати преко реакционог суда, лепезастим покретом руке усмерите паре ка себи и не удишите ваздух „пуним грудима“, већ пустите да арома једињења сама допре до вашег носа.

Растворљивост соли амонијума је слична растворљивости аналогних калијумових једињења, тако да може бити примамљиво да се припреми амонијум перхлорат НХ.₄ЦлО₄ и комплексно једињење са кобалтом (за детаље погледајте претходну епизоду). Међутим, представљене методе нису погодне за детекцију веома малих количина амонијака и амонијум јона у узорку. У лабораторијама се у ту сврху користи Неслеров реагенс, који преципитира или мења боју чак и у присуству трагова НХ.₃ (КСНУМКС).

Међутим, изричито саветујем да не радите одговарајући тест код куће, јер је неопходно користити токсична једињења живе.

Сачекајте да будете у стручној лабораторији под стручним надзором ментора. Хемија је фасцинантна, али – за оне који је не знају или су неопрезни – може бити опасна.

Погледајте и: