Metalo raštas 3 dalis – visa kita
Po ličio, kuris vis dažniau naudojamas šiuolaikinėje ekonomikoje, ir natrio bei kalio, kurie yra vieni iš svarbiausių elementų pramonėje ir gyvajame pasaulyje, atėjo laikas likusiems šarminiams elementams. Prieš mus yra rubidis, cezis ir frankas.
Paskutiniai trys elementai yra labai panašūs vienas į kitą ir tuo pat metu turi panašių savybių su kaliu ir kartu su juo sudaro pogrupį, vadinamą kaliu. Kadangi beveik neabejotinai negalėsite atlikti jokių eksperimentų su rubidžiu ir ceziu, turite pasitenkinti informacija, kad jie reaguoja kaip kalis ir kad jų junginiai tirpsta taip pat, kaip ir jo junginiai.
1. Spektroskopijos tėvai: Robertas Wilhelmas Bunsenas (1811-99) kairėje, Gustavas Robertas Kirchhoffas (1824-87) dešinėje
Ankstyvoji spektroskopijos pažanga
Liepsnos nuspalvinimo tam tikrų elementų junginiais reiškinys buvo žinomas ir naudojamas fejerverkų gamyboje dar gerokai prieš jiems išleidžiant į laisvą būseną. Devynioliktojo amžiaus pradžioje mokslininkai tyrinėjo Saulės šviesoje atsirandančias ir įkaitintų cheminių junginių skleidžiamas spektrines linijas. Du vokiečių fizikai 1859 m. Robertas Bunsenas i Gustavas Kirchhofas - pastatytas prietaisas skleidžiamai šviesai tikrinti (1). Pirmasis spektroskopas buvo paprastos konstrukcijos: jį sudarė prizmė, kuri padalino šviesą į spektrines linijas ir okuliaras su objektyvu už jų stebėjimą (2). Spektroskopo naudingumas cheminei analizei buvo pastebėtas iš karto: esant aukštai liepsnos temperatūrai medžiaga skyla į atomus, o šie skleidžia tik jiems pačias būdingas linijas.
2. G. Kirchhoffo spektroskopas
3. Metalinis cezis (http://images-of-elements.com)
Bunsenas ir Kirchhoffas pradėjo savo tyrimus ir po metų išgarino 44 tonas mineralinio vandens iš šaltinio Durkheime. Nuosėdų spektre atsirado linijos, kurių nebuvo galima priskirti jokiam tuo metu žinomam elementui. Bunsenas (jis taip pat buvo chemikas) iš nuosėdų išskyrė naujo elemento chloridą ir pavadino jame esantį metalą. CEZ remiantis stipriomis mėlynomis linijomis jo spektre (lot. = mėlyna) (3).
Po kelių mėnesių, jau 1861 m., mokslininkai išsamiau ištyrė druskos telkinio spektrą ir aptiko jame dar vieną elementą. Jie sugebėjo išskirti jo chloridą ir nustatyti jo atominę masę. Kadangi raudonos linijos buvo aiškiai matomos spektre, naujasis ličio metalas buvo pavadintas niūrus (iš lotynų kalbos = tamsiai raudona) (4). Dviejų elementų atradimas spektrinės analizės būdu įtikino chemikus ir fizikus. Vėlesniais metais spektroskopija tapo viena iš pagrindinių tyrimo priemonių, o atradimai pasipylė kaip iš gausybės rago.
4. Metalo rubidis (http://images-of-elements.com)
Rubinas jis nesudaro savo mineralų, o cezis yra tik vienas (5). Abu elementai. Paviršiniame Žemės sluoksnyje yra 0,029% rubidžio (17 vieta elementų gausumo sąraše) ir 0,0007% cezio (39 vieta). Jie nėra bioelementai, tačiau kai kurie augalai selektyviai kaupia rubidį, pavyzdžiui, tabakas ir cukriniai runkeliai. Fizikiniu ir cheminiu požiūriu abu metalai yra „kalis ant steroidų“: dar minkštesni ir tirpstantys, o dar reaktyvesni (pavyzdžiui, ore jie savaime užsiliepsnoja ir net sprogdami reaguoja su vandeniu).
per tai pats „metališkiausias“ elementas (chemine, o ne šnekamąja to žodžio prasme). Kaip minėta aukščiau, jų junginių savybės taip pat panašios į analogiškų kalio junginių.
5 Pollucitas yra vienintelis cezio mineralas (USGS)
metalinis rubidis o cezis gaunamas redukuojant jų junginius magniu arba kalciu vakuume. Kadangi jų reikia tik tam tikrų tipų fotovoltinių elementų gamybai (kritusi šviesa lengvai išskiria elektronus nuo jų paviršių), metinė rubidžio ir cezio gamyba siekia šimtus kilogramų. Jų junginiai taip pat nėra plačiai naudojami.
Kaip ir su kaliu, vienas iš rubidžio izotopų yra radioaktyvus. Rb-87 pusinės eliminacijos laikas yra 50 milijardų metų, todėl radiacija yra labai maža. Šis izotopas naudojamas uolienų datavimui. Cezis neturi natūralių radioaktyviųjų izotopų, bet CS-137 yra vienas iš urano skilimo produktų branduoliniuose reaktoriuose. Jis atskirtas nuo panaudoto kuro strypų, nes šis izotopas buvo naudojamas kaip gama spinduliuotės šaltinis, pavyzdžiui, naikinti vėžinius navikus.
Prancūzijos garbei
6. Prancūzų kalbos atradėja – Marguerite Perey (1909-75)
Mendelejevas jau numatė už cezį sunkesnio ličio metalo egzistavimą ir suteikė jam darbinį pavadinimą. Chemikai jo ieškojo kituose ličio mineraluose, nes jo, kaip ir jų giminaičių, ten turėtų būti. Kelis kartus atrodė, kad jis buvo atrastas, nors ir hipotetiškai, bet taip ir nepasitvirtino.
87-ųjų pradžioje paaiškėjo, kad elementas 1914 buvo radioaktyvus. 227 m. austrų fizikai buvo arti atradimo. S. Meyeris, W. Hessas ir F. Panetas pastebėjo silpną aktinio-89 preparato alfa emisiją (be gausiai išskiriamų beta dalelių). Kadangi aktinio atominis skaičius yra 87, o alfa dalelės emisija atsiranda dėl elemento „sumažėjimo“ į dvi vietas periodinėje lentelėje, izotopas, kurio atominis skaičius 223 ir masės skaičius XNUMX, vis dėlto turėjo būti, Panašios energijos alfa dalelės (dalelių diapazonas ore matuojamas proporcingai jų energijai) taip pat siunčia protaktinio izotopą, kiti mokslininkai pasiūlė užteršti vaistą.
Netrukus prasidėjo karas ir viskas buvo pamiršta. 30-aisiais buvo suprojektuoti dalelių greitintuvai ir gauti pirmieji dirbtiniai elementai, pavyzdžiui, ilgai lauktas astatis atominiu numeriu 85. Elemento 87 atveju to meto technologijos lygis neleido gauti reikiamo kiekio. sintezei skirtos medžiagos. Prancūzų fizikai netikėtai pasisekė Marguerite Perey, Marijos Sklodowskos-Curie (6) mokinė. Ji, kaip ir austrai prieš ketvirtį amžiaus, tyrė aktinio-227 irimą. Technologijų pažanga leido gauti gryną preparatą, ir šį kartą niekam nekilo abejonių, kad jis buvo galutinai identifikuotas. Tyrinėtojas jį pavadino Prancūzų savo tėvynės garbei. 87 elementas buvo paskutinis aptiktas mineraluose, vėlesni buvo gauti dirbtiniu būdu.
prancūzų jis susidaro šoninėje radioaktyviosios serijos šakoje, mažo efektyvumo procese ir, be to, yra labai trumpalaikis. Stipriausio ponios Perey atrasto izotopo Fr-223 pusinės eliminacijos laikas yra kiek daugiau nei 20 minučių (tai reiškia, kad po valandos lieka tik 1/8 pradinio kiekio). Apskaičiuota, kad visame Žemės rutulyje yra tik apie 30 gramų franko (susidaro pusiausvyra tarp irstančio izotopo ir naujai susidarančio izotopo).
Nors matoma dalis frankų junginių nebuvo gauta, buvo ištirtos jo savybės ir nustatyta, kad jis priklauso šarminei grupei. Pavyzdžiui, kai į tirpalą, kuriame yra frankų ir kalio jonų, pridedama perchlorato, nuosėdos bus radioaktyvios, o ne tirpalas. Šis elgesys įrodo, kad FrClO4 mažai tirpus (nusėda su KClO4), o francio savybės yra panašios į kalio.
Prancūzija, kaip jis būtų...
… Jei galėčiau gauti jo pavyzdį, matomą plika akimi? Žinoma, minkštas kaip vaškas, o gal ir auksinio atspalvio (virš jo esantis cezis labai švelnus ir gelsvos spalvos). Jis ištirptų 20–25 °C temperatūroje ir išgaruotų maždaug 650 °C temperatūroje (apskaičiuota remiantis ankstesnio epizodo duomenimis). Be to, jis būtų labai chemiškai aktyvus. Todėl jis turi būti laikomas nepatekus į deguonį ir drėgmę, taip pat talpykloje, kuri apsaugo nuo radiacijos. Reikėtų paskubėti su eksperimentais, nes po kelių valandų prancūzų praktiškai nebeliktų.
Garbės litis
Prisimenate pseudohalogenus iš praėjusių metų halogenų ciklo? Tai jonai, kurie elgiasi kaip anijonai, tokie kaip Cl- arba ne-. Tai apima, pavyzdžiui, cianidus CN- ir SCN apgamai-, sudarydamos druskas, kurių tirpumas panašus į 17 grupės anijonų tirpumą.
Lietuviai turi ir pasekėją – amonio joną NH. 4 + - amoniako tirpimo vandenyje produktas (tirpalas šarminis, nors silpnesnis nei šarminių metalų hidroksidų atveju) ir jo reakcijos su rūgštimis produktas. Jonas panašiai reaguoja su sunkesniais šarminiais metalais, o artimiausias jo ryšys yra su kaliu, pavyzdžiui, jis yra panašus į kalio katijoną ir dažnai pakeičia K+ savo natūraliuose junginiuose. Ličio metalai yra per daug reaktyvūs, kad juos būtų galima gauti elektrolizuojant vandeninius druskų ir hidroksidų tirpalus. Naudojant gyvsidabrio elektrodą, gaunamas metalo tirpalas gyvsidabriu (amalgama). Amonio jonas yra toks panašus į šarminius metalus, kad taip pat sudaro amalgamą.
Sistemingai analizuojant L.magnio jonų medžiagos yra atrasti paskutiniai. Priežastis yra geras jų chloridų, sulfatų ir sulfidų tirpumas, o tai reiškia, kad jie nenusėda veikiant anksčiau pridėtiems reagentams, naudojamiems sunkesnių metalų buvimui mėginyje nustatyti. Nors amonio druskos taip pat yra labai tirpios, jos aptinkamos pačioje analizės pradžioje, nes neatlaiko tirpalų kaitinimo ir garinimo (išsiskirsdamos amoniaką jos gana lengvai suyra). Procedūra tikriausiai žinoma visiems: į mėginį įpilama stiprios bazės (NaOH arba KOH) tirpalo, dėl kurio išsiskiria amoniakas.
Sam amoniakas jis aptinkamas pagal kvapą arba ant mėgintuvėlio kakliuko užtepus universalų, vandeniu suvilgytą popierių. NH dujos3 ištirpsta vandenyje ir daro tirpalą šarminį, o popierių pamėlyna.
7. Amonio jonų aptikimas: kairėje bandymo juostelė pasidaro mėlyna veikiant išsiskyrusiam amoniakui, dešinėje – teigiamas Neslerio testo rezultatas
Aptikdami amoniaką kvapo pagalba, turėtumėte atsiminti nosies naudojimo laboratorijoje taisykles. Todėl nesilenkite virš reakcijos indo, ventiliatoriaus rankos judesiu nukreipkite garus į save ir neįkvėpkite oro „pilna krūtine“, o leiskite junginio aromatui pačiam pasiekti nosį.
Amonio druskų tirpumas panašus į analogiškų kalio junginių tirpumą, todėl gali kilti pagunda ruošti amonio perchloratą NH.4ClO4 ir sudėtingas junginys su kobaltu (daugiau informacijos žr. ankstesniame epizode). Tačiau pateikti metodai nėra tinkami aptikti labai mažus amoniako ir amonio jonų kiekius mėginyje. Laboratorijose tam naudojamas Neslerio reagentas, kuris nusėda arba pakeičia spalvą net esant NH pėdsakams.3 (7).
Tačiau primygtinai rekomenduoju neatlikti tinkamo testo namuose, nes būtina naudoti toksiškus gyvsidabrio junginius.
Palaukite, kol būsite profesionalioje laboratorijoje, profesionaliai prižiūrint mentoriaus. Chemija žavi, bet – jos nemokantiems ar nerūpestingiems – gali būti pavojinga.
Taip pat žiūrėkite:
