Metallmønster del 3 - Alt annet

Etter litium, som i økende grad brukes i den moderne økonomien, og natrium og kalium, som er blant de viktigste grunnstoffene i industrien og den levende verden, er tiden kommet for resten av de alkaliske grunnstoffene. Foran oss er rubidium, cesium og franc.

De tre siste grunnstoffene er veldig like hverandre, og har samtidig lignende egenskaper med kalium og danner sammen med det en undergruppe kalt kalium. Siden du nesten helt sikkert ikke vil kunne gjøre noen eksperimenter med rubidium og cesium, må du nøye deg med informasjonen om at de reagerer som kalium og at deres forbindelser har samme løselighet som dets forbindelser.

1. Spektroskopiens fedre: Robert Wilhelm Bunsen (1811-99) til venstre, Gustav Robert Kirchhoff (1824-87) til høyre

Tidlige fremskritt innen spektroskopi

Fenomenet med å farge flammen med forbindelser av visse grunnstoffer var kjent og ble brukt til fremstilling av fyrverkeri lenge før de ble sluppet ut i fri tilstand. På begynnelsen av det nittende århundre studerte forskere spektrallinjene som vises i solens lys og sendes ut av oppvarmede kjemiske forbindelser. I 1859, to tyske fysikere - Robert Bunsen i Gustav Kirchhoff - bygget en enhet for testing av det utsendte lyset (1). Det første spektroskopet hadde en enkel design: det besto av et prisme som skilte lys i spektrallinjer og okular med linse for deres observasjon (2). Nytten av spektroskopet for kjemisk analyse ble umiddelbart lagt merke til: stoffet brytes opp i atomer ved flammens høye temperatur, og disse sender ut linjer som bare er karakteristiske for dem selv.

2. G. Kirchhoff ved spektroskopet

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

Bunsen og Kirchhoff begynte sin forskning og et år senere fordampet de 44 tonn mineralvann fra en kilde i Durkheim. Det dukket opp linjer i sedimentspekteret som ikke kunne tilskrives noe element kjent på den tiden. Bunsen (han var også kjemiker) isolerte kloridet til et nytt grunnstoff fra sedimentet, og ga navnet til metallet i det. CEZ basert på de sterke blå linjene i spekteret (latin = blå) (3).

Noen måneder senere, allerede i 1861, undersøkte forskere spekteret til saltforekomsten mer detaljert og oppdaget tilstedeværelsen av et annet element i det. De var i stand til å isolere kloridet og bestemme atommassen. Siden røde linjer var tydelig synlige i spekteret, fikk det nye litiummetallet navnet rubid (fra latin = mørk rød) (4). Oppdagelsen av to elementer gjennom spektralanalyse overbeviste kjemikere og fysikere. I de påfølgende årene ble spektroskopi et av de viktigste forskningsverktøyene, og funnene regnet ned som et overflødighetshorn.

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

Rubid det danner ikke sine egne mineraler, og cesium er bare ett (5). Begge elementene. Jordens overflatelag inneholder 0,029 % rubidium (17. plass på listen over elementære forekomster) og 0,0007 % cesium (39. plass). De er ikke bioelementer, men noen planter lagrer rubidium selektivt, for eksempel tobakk og sukkerroer. Fra et fysisk-kjemisk synspunkt er begge metaller "kalium på steroider": enda mykere og smeltbare og enda mer reaktive (for eksempel antennes de spontant i luft, og reagerer til og med med vann med en eksplosjon).

gjennom det er det mest "metalliske" elementet (i den kjemiske, ikke i den daglige betydningen av ordet). Som nevnt ovenfor er egenskapene til deres forbindelser også lik egenskapene til analoge kaliumforbindelser.

5 Pollucite er det eneste cesiummineralet (USGS)

metallisk rubidium og cesium oppnås ved å redusere deres forbindelser med magnesium eller kalsium i et vakuum. Siden de bare er nødvendige for å produsere visse typer fotovoltaiske celler (innfallende lys sender lett ut elektroner fra overflatene deres), er den årlige produksjonen av rubidium og cesium i størrelsesorden hundrevis av kilo. Forbindelsene deres er heller ikke mye brukt.

Som med kalium, en av isotopene til rubidium er radioaktiv. Rb-87 har en halveringstid på 50 milliarder år, så strålingen er veldig lav. Denne isotopen brukes til å datere bergarter. Cesium har ingen naturlig forekommende radioaktive isotoper, men CS-137 er et av fisjonsproduktene av uran i atomreaktorer. Den er skilt fra brukte brenselsstaver fordi denne isotopen ble brukt som en kilde til g-stråling, for eksempel for å ødelegge kreftsvulster.

Til ære for Frankrike

6. Oppdageren av det franske språket - Marguerite Perey (1909-75)

Mendeleev hadde allerede forutsett eksistensen av litiummetall tyngre enn cesium og ga det et arbeidsnavn. Kjemikere har lett etter det i andre litiummineraler fordi det, i likhet med deres slektning, burde være der. Flere ganger så det ut til at det ble oppdaget, selv om det var hypotetisk, men aldri realisert.

På begynnelsen av 87-tallet ble det klart at grunnstoffet 1914 var radioaktivt. I 227 var østerrikske fysikere nær ved å oppdage. S. Meyer, W. Hess og F. Panet observerte svak alfastråling fra aktinium-89 (i tillegg til rikelig utskilte beta-partikler). Siden atomnummeret til aktinium er 87, og utslippet av en alfapartikkel skyldes "reduksjonen" av grunnstoffet til to steder i det periodiske systemet, burde isotopen med atomnummer 223 og massenummer XNUMX imidlertid vært, alfapartikler med lignende energi (rekkevidden av partikler i luft måles proporsjonalt deres energi) sender også ut en isotop av protactinium, andre forskere har foreslått forurensning av stoffet.

Snart brøt det ut krig og alt ble glemt. På 30-tallet ble det designet partikkelakseleratorer og de første kunstige grunnstoffene ble oppnådd, som det etterlengtede astatiumet med atomnummer 85. Når det gjaldt grunnstoff 87, tillot ikke datidens teknologinivå å oppnå den nødvendige mengden av materiale for syntese. Fransk fysiker lyktes uventet Marguerite Perey, elev av Maria Sklodowska-Curie (6). Hun, som østerrikerne for et kvart århundre siden, studerte forfallet av aktinium-227. Teknologisk fremgang gjorde det mulig å få til et rent preparat, og denne gangen var det ingen som var i tvil om at han endelig var identifisert. Utforskeren ga ham navnet French til ære for sitt hjemland. Grunnstoff 87 var det siste som ble oppdaget i mineraler, påfølgende ble oppnådd kunstig.

fransk den dannes i sidegrenen til den radioaktive serien, i en prosess med lav effektivitet og er dessuten svært kortvarig. Den sterkeste isotopen oppdaget av Mrs. Perey, Fr-223, har en halveringstid på litt over 20 minutter (som betyr at bare 1/8 av den opprinnelige mengden gjenstår etter en time). Det har blitt beregnet at hele kloden inneholder bare rundt 30 gram franc (det etableres en likevekt mellom den råtnende isotopen og den nydannede isotopen).

Selv om den synlige delen av franc-forbindelsene ikke ble oppnådd, ble dens egenskaper studert, og det ble funnet at den tilhører den alkaliske gruppen. For eksempel, når perklorat tilsettes til en løsning som inneholder franc- og kaliumioner, vil bunnfallet være radioaktivt, ikke løsningen. Denne oppførselen beviser at FrClO₄ lett løselig (felles ut med KClO₄), og egenskapene til francium ligner på kalium.

Frankrike, hvordan ville han vært...

… Hvis jeg kunne få en prøve av det synlig for det blotte øye? Selvfølgelig myk som voks, og kanskje med en gylden fargetone (cesiumet over det er veldig mykt og gulaktig i fargen). Det ville smelte ved 20-25 °C og fordampe rundt 650 °C (estimat basert på data fra forrige episode). I tillegg ville det være svært kjemisk aktivt. Derfor bør den oppbevares uten tilgang på oksygen og fuktighet og i en beholder som beskytter mot stråling. Det ville være nødvendig å skynde seg med eksperimentene, for om noen timer ville det praktisk talt ikke være noen franskmenn igjen.

Æreslitium

Husker du pseudo-halogenene fra fjorårets halogensyklus? Dette er ioner som oppfører seg som anioner som Cl^- eller ikke^-. Disse inkluderer for eksempel cyanider CN^- og SCN-føflekker^-, og danner salter med en løselighet som ligner den for gruppe 17-anioner.

Litauere har også en tilhenger, som er ammoniumionet NH. ₄ ⁺ - et produkt av oppløsning av ammoniakk i vann (oppløsningen er alkalisk, men svakere enn i tilfelle av alkalimetallhydroksider) og dens reaksjon med syrer. Ionet reagerer på samme måte med de tyngre alkalimetallene, og dets nærmeste slektskap er til kalium, for eksempel er det likt i størrelse som kaliumkationen og erstatter ofte K+ i dets naturlige forbindelser. Litiummetaller er for reaktive til å oppnås ved elektrolyse av vandige løsninger av salter og hydroksyder. Ved hjelp av en kvikksølvelektrode oppnås en metallløsning i kvikksølv (amalgam). Ammoniumionet er så likt alkalimetaller at det også danner et amalgam.

I det systematiske løpet av analysen av L.magnesiumionmaterialer er de siste som blir oppdaget. Årsaken er den gode løseligheten til deres klorider, sulfater og sulfider, noe som betyr at de ikke utfelles under påvirkning av tidligere tilsatte reagenser som brukes til å bestemme tilstedeværelsen av tyngre metaller i prøven. Selv om ammoniumsalter også er svært løselige, oppdages de helt i begynnelsen av analysen, siden de ikke tåler oppvarming og fordampning av løsninger (de brytes ned ganske lett ved frigjøring av ammoniakk). Fremgangsmåten er sannsynligvis kjent for alle: en løsning av en sterk base (NaOH eller KOH) tilsettes prøven, noe som forårsaker frigjøring av ammoniakk.

Sam ammoniakk det oppdages ved lukt eller ved å påføre et universalpapir fuktet med vann på halsen på reagensrøret. NH gass₃ løses opp i vann og gjør løsningen alkalisk og gjør papiret blått.

7. Påvisning av ammoniumioner: til venstre blir teststrimmelen blå under påvirkning av frigjort ammoniakk, til høyre et positivt resultat av Nessler-testen

Når du oppdager ammoniakk ved hjelp av lukt, bør du huske reglene for bruk av nesen i laboratoriet. Len deg derfor ikke over reaksjonsbeholderen, rett dampene mot deg selv med en viftebevegelse av hånden og ikke inhaler luften "helt brystet", men la aromaen av blandingen nå nesen av seg selv.

Løseligheten til ammoniumsalter er lik den for analoge kaliumforbindelser, så det kan være fristende å tilberede ammoniumperklorat NH.₄ClO₄ og en kompleks forbindelse med kobolt (for detaljer, se forrige episode). Metodene som presenteres er imidlertid ikke egnet for å påvise svært små mengder ammoniakk og ammoniumioner i en prøve. I laboratorier brukes Nesslers reagens til dette formålet, som utfeller eller endrer farge selv i nærvær av spor av NH₃ (7).

Jeg fraråder imidlertid på det sterkeste å gjøre en passende test hjemme, da det er nødvendig å bruke giftige kvikksølvforbindelser.

Vent til du er i et profesjonelt laboratorium under faglig tilsyn av en mentor. Kjemi er fascinerende, men – for de som ikke vet det eller er uforsiktig – kan det være farlig.

Se også: