Metallikuvio Osa 3 - Kaikki muu

Nykytaloudessa yhä enemmän käytetyn litiumin sekä teollisuuden ja elävän maailman tärkeimpiä alkuaineita sisältävien natriumin ja kaliumin jälkeen on muiden alkalisten alkuaineiden aika tullut. Edessämme on rubidium, cesium ja frangi.

Viimeiset kolme elementtiä ovat hyvin samankaltaisia ​​​​toistensa kanssa, ja samalla niillä on samanlaiset ominaisuudet kaliumin kanssa ja muodostavat yhdessä sen kanssa alaryhmän, jota kutsutaan kaliumiksi. Koska et melkein varmasti pysty tekemään mitään kokeita rubidiumilla ja cesiumilla, sinun on tyydyttävä tietoon, että ne reagoivat kaliumin tavoin ja että niiden yhdisteillä on sama liukoisuus kuin sen yhdisteillä.

1. Spektroskopian isät: Robert Wilhelm Bunsen (1811-99) vasemmalla, Gustav Robert Kirchhoff (1824-87) oikealla

Spektroskopian varhaiset edistysaskeleet

Liekin värjääminen tiettyjen alkuaineiden yhdisteillä tunnettiin ja sitä käytettiin ilotulitteiden valmistuksessa kauan ennen kuin ne päästettiin vapaaseen tilaan. 1859-luvun alussa tutkijat tutkivat spektriviivoja, jotka ilmestyvät auringon valossa ja joita säteilevät kuumennetut kemialliset yhdisteet. Vuonna XNUMX kaksi saksalaista fyysikkoa - Robert Bunsen i Gustav Kirchhoff - rakensi laitteen säteilevän valon testaamiseen (1). Ensimmäinen spektroskooppi oli rakenteeltaan yksinkertainen: se koostui prismasta, joka jakoi valon spektrilinjoiksi ja okulaari linssillä tarkkailun vuoksi (2). Spekroskoopin käyttökelpoisuus kemialliseen analyysiin huomattiin heti: aine hajoaa liekin korkeassa lämpötilassa atomeiksi, jotka lähettävät vain itselleen ominaisia ​​linjoja.

2. Г. Kirchhoff spektroskoopilla

3. Metallinen cesium (http://images-of-elements.com)

Bunsen ja Kirchhoff aloittivat tutkimuksensa ja vuotta myöhemmin he haihduttivat 44 tonnia kivennäisvettä Durkheimin lähteestä. Sedimenttispektrissä ilmaantui viivoja, joita ei voitu liittää mihinkään tuolloin tunnettuun alkuaineeseen. Bunsen (hän ​​oli myös kemisti) eristi sedimentistä uuden alkuaineen kloridin ja antoi nimen sen sisältämälle metallille. CEZ sen spektrin voimakkaiden sinisten viivojen perusteella (latina = sininen) (3).

Muutamaa kuukautta myöhemmin, jo vuonna 1861, tutkijat tutkivat suolakertymän spektriä yksityiskohtaisemmin ja löysivät siinä toisen elementin. He pystyivät eristämään sen kloridin ja määrittämään sen atomimassan. Koska punaiset viivat näkyivät selvästi spektrissä, uusi litiummetalli nimettiin karu (latinasta = tummanpunainen) (4). Kahden elementin löytäminen spektrianalyysin avulla vakuutti kemistit ja fyysikot. Seuraavina vuosina spektroskopiasta tuli yksi tärkeimmistä tutkimusvälineistä, ja löytöjä satoi kuin runsaudensarvi.

4. Metallirubidium (http://images-of-elements.com)

Rohkea se ei muodosta omia mineraalejaan, ja cesium on vain yksi (5). Molemmat elementit. Maan pintakerros sisältää 0,029 % rubidiumia (17. sija alkuainemäärien luettelossa) ja 0,0007 % cesiumia (39. sija). Ne eivät ole bioelementtejä, mutta jotkut kasvit, kuten tupakka ja sokerijuurikas, varastoivat valikoivasti rubidiumia. Fysikaalis-kemiallisesta näkökulmasta molemmat metallit ovat "kaliumia steroideihin": vielä pehmeämpiä ja sulavampia ja vielä reaktiivisempia (esimerkiksi ne syttyvät itsestään ilmassa ja jopa reagoivat veden kanssa räjähdyksellä).

kautta se on "metallisin" elementti (kemiallisessa, ei sanan puhekielessä). Kuten edellä mainittiin, niiden yhdisteiden ominaisuudet ovat myös samanlaisia ​​kuin analogisilla kaliumyhdisteillä.

5 Pollucite on ainoa cesiummineraali (USGS)

metallinen rubidium ja cesiumia saadaan pelkistämällä niiden yhdisteet magnesiumilla tai kalsiumilla tyhjiössä. Koska niitä tarvitaan vain tietyntyyppisten aurinkokennojen valmistukseen (tuleva valo lähettää helposti elektroneja niiden pinnoilta), rubidiumin ja cesiumin vuotuinen tuotanto on satojen kilojen luokkaa. Niiden yhdisteitä ei myöskään käytetä laajalti.

Kuten kaliumin kanssa, yksi rubidiumin isotoopeista on radioaktiivinen. Rb-87:n puoliintumisaika on 50 miljardia vuotta, joten säteily on erittäin vähäistä. Tätä isotooppia käytetään kivien päivämäärään. Cesiumissa ei ole luonnossa esiintyviä radioaktiivisia isotooppeja, mutta CS-137 on yksi uraanin fissiotuotteista ydinreaktoreissa. Se erotetaan käytetyistä polttoainesauvoista, koska tätä isotooppia käytettiin g-säteilyn lähteenä esimerkiksi syöpäkasvaimien tuhoamiseen.

Ranskan kunniaksi

6. Ranskan kielen löytäjä - Marguerite Perey (1909-75)

Mendelejev oli jo ennakoinut cesiumia raskaamman litiummetallin olemassaolon ja antoi sille toimivan nimen. Kemistit ovat etsineet sitä muista litiummineraaleista, koska, kuten heidän sukulaisensa, sen pitäisi olla siellä. Useita kertoja näytti siltä, ​​että se löydettiin, vaikkakin hypoteettisesti, mutta ei koskaan toteutunut.

87-luvun alussa kävi selväksi, että alkuaine 1914 oli radioaktiivinen. Vuonna 227 itävaltalaiset fyysikot olivat lähellä löytämistä. S. Meyer, W. Hess ja F. Panet havaitsivat heikon alfa-emission aktinium-89-valmisteesta (runsaasti erittyneiden beetahiukkasten lisäksi). Koska aktiniumin atomiluku on 87 ja alfahiukkasen emissio johtuu alkuaineen "pelkistymisestä" kahteen paikkaan jaksollisessa taulukossa, isotoopin atominumerolla 223 ja massaluvulla XNUMX olisi kuitenkin pitänyt olla Saman energian alfahiukkaset (hiukkasten valikoima ilmassa mitataan suhteessa niiden energiaan) lähettää myös protaktinium-isotoopin, muut tutkijat ovat ehdottaneet lääkkeen saastumista.

Sota syttyi pian ja kaikki unohtui. 30-luvulla suunniteltiin hiukkaskiihdyttimiä ja hankittiin ensimmäiset keinotekoiset alkuaineet, kuten kauan odotettu astatium atominumerolla 85. Alkuaineen 87 tapauksessa tuon ajan tekniikan taso ei mahdollistanut tarvittavan määrän saamista synteesimateriaalia. Ranskalainen fyysikko onnistui yllättäen Marguerite Perey, Maria Sklodowska-Curien (6) opiskelija. Hän, kuten itävaltalaiset neljännesvuosisata sitten, tutki aktinium-227:n hajoamista. Teknologinen kehitys mahdollisti puhtaan valmisteen saamisen, ja tällä kertaa kenelläkään ei ollut epäilystäkään siitä, että hänet oli lopulta tunnistettu. Tutkija antoi hänelle nimen Ranskalainen isänmaansa kunniaksi. Alkuaine 87 oli viimeinen, joka löydettiin mineraaleista, myöhemmät saatiin keinotekoisesti.

Frans se muodostuu radioaktiivisen sarjan sivuhaarassa alhaisen hyötysuhteen prosessissa ja on lisäksi hyvin lyhytikäinen. Vahvimman rouva Pereyn löytämän isotoopin Fr-223 puoliintumisaika on hieman yli 20 minuuttia (eli vain 1/8 alkuperäisestä määrästä on jäljellä tunnin kuluttua). On laskettu, että koko maapallo sisältää vain noin 30 grammaa frangia (tasapaino hajoavan isotoopin ja vasta muodostuneen isotoopin välille syntyy).

Vaikka frangiyhdisteiden näkyvää osaa ei saatu, sen ominaisuuksia tutkittiin ja havaittiin, että se kuuluu alkaliseen ryhmään. Esimerkiksi kun perkloraattia lisätään frangi- ja kaliumioneja sisältävään liuokseen, sakka on radioaktiivinen, ei liuos. Tämä käyttäytyminen todistaa, että FrClO₄ heikosti liukeneva (saostuu KClO:lla₄), ja franciumin ominaisuudet ovat samanlaiset kuin kaliumilla.

Ranska, kuinka hän olisi...

… Jos saisin siitä näytteen näkyväksi paljaalla silmällä? Tietysti pehmeä kuin vaha ja ehkä kullanvärinen (sen yläpuolella oleva cesium on hyvin pehmeää ja väriltään kellertävää). Se sulaisi 20-25 °C:ssa ja höyrystyy noin 650 °C:ssa (arvio perustuu edellisen jakson tietoihin). Lisäksi se olisi kemiallisesti erittäin aktiivinen. Siksi se on säilytettävä ilman happea ja kosteutta ja säiliössä, joka suojaa säteilyltä. Kokeiden kanssa olisi syytä kiirehtiä, sillä muutamassa tunnissa ranskaa ei olisi käytännössä enää jäljellä.

Kunnialitium

Muistatko pseudohalogeenit viime vuoden halogeenikierrosta? Nämä ovat ioneja, jotka käyttäytyvät kuten anionit, kuten Cl^- vai ei^-. Näitä ovat esimerkiksi syanidit CN^- ja SCN myyrät^-muodostaen suoloja, joiden liukoisuus on samanlainen kuin ryhmän 17 anionien.

Liettualaisilla on myös seuraaja, joka on ammoniumioni NH. ₄ ⁺ - tuote ammoniakin liukenemisesta veteen (liuos on emäksinen, vaikkakin heikompi kuin alkalimetallihydroksidien tapauksessa) ja sen reaktio happojen kanssa. Ioni reagoi samalla tavalla raskaampien alkalimetallien kanssa ja sen lähin sukulaisuus on esimerkiksi kaliumin kanssa, se on kooltaan samanlainen kuin kaliumkationi ja korvaa usein K+:n luonnollisissa yhdisteissään. Litiummetallit ovat liian reaktiivisia saadakseen suolojen ja hydroksidien vesiliuosten elektrolyysillä. Elohopeaelektrodilla saadaan metalliliuos elohopeassa (amalgaami). Ammoniumioni on niin samanlainen kuin alkalimetallit, että se muodostaa myös amalgaamin.

Systemaattisen analyysin aikana L.magnesiumionimateriaalit ovat viimeiset löydetty. Syynä on niiden kloridien, sulfaattien ja sulfidien hyvä liukoisuus, mikä tarkoittaa, että ne eivät saostu aiemmin lisättyjen reagenssien vaikutuksesta, joita käytetään määrittämään raskaampien metallien esiintyminen näytteessä. Vaikka ammoniumsuolat ovat myös erittäin liukoisia, ne havaitaan heti analyysin alussa, koska ne eivät kestä liuosten kuumennusta ja haihtumista (ne hajoavat melko helposti ammoniakin vapautuessa). Toimenpide on luultavasti kaikkien tiedossa: näytteeseen lisätään vahvan emäksen (NaOH tai KOH) liuosta, joka aiheuttaa ammoniakin vapautumisen.

sam ammoniakki se havaitaan hajulla tai levittämällä vedellä kostutettua yleispaperia koeputken kaulaan. NH kaasu₃ liukenee veteen ja tekee liuoksesta emäksisen ja muuttaa paperin siniseksi.

7. Ammoniumionien havaitseminen: vasemmalla testiliuska muuttuu siniseksi vapautuneen ammoniakin vaikutuksesta, oikealla Nessler-testin positiivinen tulos

Kun havaitset ammoniakkia hajun avulla, sinun tulee muistaa nenän käytön säännöt laboratoriossa. Älä siis nojaa reaktioastian ylle, suuntaa höyryt itseäsi kohti käden viuhkaliikkeellä äläkä hengitä ilmaa "täydellä rintakehällä", vaan anna yhdisteen aromin päästä nenään itsestään.

Ammoniumsuolojen liukoisuus on samanlainen kuin analogisten kaliumyhdisteiden, joten voi olla houkuttelevaa valmistaa ammoniumperkloraatti NH.₄CIO₄ ja monimutkainen yhdiste koboltin kanssa (katso lisätietoja edellisestä jaksosta). Esitetyt menetelmät eivät kuitenkaan sovellu hyvin pienten ammoniakki- ja ammoniumionimäärien havaitsemiseen näytteestä. Laboratorioissa tähän tarkoitukseen käytetään Nesslerin reagenssia, joka saostuu tai muuttaa väriä jopa NH-jäämien läsnä ollessa.₃ (7).

Suosittelen kuitenkin vahvasti olemaan tekemättä sopivaa testiä kotona, koska on välttämätöntä käyttää myrkyllisiä elohopeayhdisteitä.

Odota, kunnes olet ammattilaboratoriossa mentorin ammatillisessa valvonnassa. Kemia on kiehtovaa, mutta - niille, jotka eivät tiedä tai ovat huolimattomia - se voi olla vaarallista.

Katso myös: