Metaalpatroon Deel 3 - Alles anders

Ná litium, wat toenemend in die moderne ekonomie gebruik word, en natrium en kalium, wat een van die belangrikste elemente in die industrie en die lewende wêreld is, het die tyd aangebreek vir die res van die alkaliese elemente. Voor ons is rubidium, sesium en frank.

Die laaste drie elemente stem baie ooreen met mekaar, en het terselfdertyd soortgelyke eienskappe met kalium en vorm saam met dit 'n subgroep wat kalium genoem word. Aangesien jy byna seker geen eksperimente met rubidium en sesium sal kan doen nie, moet jy tevrede wees met die inligting dat hulle soos kalium reageer en dat hul verbindings dieselfde oplosbaarheid as die verbindings het.

1. Vaders van spektroskopie: Robert Wilhelm Bunsen (1811-99) aan die linkerkant, Gustav Robert Kirchhoff (1824-87) aan die regterkant

Vroeë vooruitgang in spektroskopie

Die verskynsel van die kleur van die vlam met verbindings van sekere elemente was bekend en gebruik in die vervaardiging van vuurwerke lank voordat dit in die vrye staat vrygelaat is. Aan die begin van die negentiende eeu het wetenskaplikes die spektrale lyne bestudeer wat in die lig van die Son verskyn en deur verhitte chemiese verbindings uitgestraal word. In 1859 het twee Duitse fisici - Robert Bunsen i Gustav Kirchhoff - 'n toestel gebou om die uitgestraalde lig te toets (1). Die eerste spektroskoop het 'n eenvoudige ontwerp gehad: dit het bestaan ​​uit 'n prisma wat lig in spektrale lyne en 'n oogstuk met 'n lens vir hul waarneming (2). Die bruikbaarheid van die spektroskoop vir chemiese ontleding is dadelik opgemerk: die stof breek op in atome by die hoë temperatuur van die vlam, en dit straal lyne uit wat net kenmerkend is van hulself.

2. G. Kirchhoff spektroskoop

3. Metaal sesium (http://images-of-elements.com)

Bunsen en Kirchhoff het met hul navorsing begin en 'n jaar later het hulle 44 ton mineraalwater uit 'n fontein in Durkheim verdamp. Lyne het in die sedimentspektrum verskyn wat nie toegeskryf kon word aan enige element wat op daardie stadium bekend was nie. Bunsen (hy was ook 'n chemikus) het die chloried van 'n nuwe element uit die sediment geïsoleer en die naam gegee aan die metaal daarin. CEZ gebaseer op die sterk blou lyne in sy spektrum (Latyn = blou) (3).

'n Paar maande later, reeds in 1861, het wetenskaplikes die spektrum van die soutneerslag in meer besonderhede ondersoek en die teenwoordigheid van 'n ander element daarin ontdek. Hulle was in staat om sy chloried te isoleer en sy atoommassa te bepaal. Aangesien rooi lyne duidelik in die spektrum sigbaar was, is die nuwe litiummetaal genoem rof (van Latyn = donkerrooi) (4). Die ontdekking van twee elemente deur spektrale analise het chemici en fisici oortuig. In die daaropvolgende jare het spektroskopie een van die belangrikste navorsingsinstrumente geword, en ontdekkings het soos 'n cornucopia gereën.

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

Ruby dit vorm nie sy eie minerale nie, en sesium is slegs een (5). Beide elemente. Die oppervlaklaag van die Aarde bevat 0,029% rubidium (17de plek in die lys van elementêre oorvloede) en 0,0007% sesium (39ste plek). Hulle is nie bio-elemente nie, maar sommige plante berg rubidium selektief, soos tabak en suikerbeet. Vanuit 'n fisies-chemiese oogpunt is beide metale "kalium op steroïede": selfs sagter en smeltbaar, en selfs meer reaktief (byvoorbeeld, hulle ontsteek spontaan in lug, en reageer selfs met water met 'n ontploffing).

deur dit is die mees "metaalagtige" element (in die chemiese, nie in die omgangstaal sin van die woord nie). Soos hierbo genoem, is die eienskappe van hul verbindings ook soortgelyk aan dié van analoog kaliumverbindings.

5 Pollucite is die enigste sesiummineraal (USGS)

metaal rubidium en sesium word verkry deur hul verbindings met magnesium of kalsium in 'n vakuum te reduseer. Aangesien hulle net nodig is om sekere soorte fotovoltaïese selle te produseer (invallende lig straal maklik elektrone van hul oppervlaktes af), is die jaarlikse produksie van rubidium en sesium in die orde van honderde kilogram. Hul verbindings word ook nie algemeen gebruik nie.

Soos met kalium, een van die isotope van rubidium is radioaktief. Rb-87 het 'n halfleeftyd van 50 miljard jaar, so die bestraling is baie laag. Hierdie isotoop word gebruik om gesteentes te dateer. Sesium het geen radioaktiewe isotope wat natuurlik voorkom nie, maar CS-137 is een van die splitsingsprodukte van uraan in kernreaktors. Dit word van verbruikte brandstofstawe geskei omdat hierdie isotoop as 'n bron van gammastraling gebruik is, byvoorbeeld om kankergewasse te vernietig.

Ter ere van Frankryk

6. Die ontdekker van die Franse taal - Marguerite Perey (1909-75)

Mendeleev het reeds die bestaan ​​van litiummetaal swaarder as sesium voorsien en dit 'n werknaam gegee. Chemici het dit in ander litiumminerale gesoek omdat dit, soos hul familielid, daar behoort te wees. Verskeie kere het dit gelyk of dit ontdek is, hoewel hipoteties, maar nooit gerealiseer het nie.

In die vroeë 87's het dit duidelik geword dat element 1914 radioaktief was. In 227 was Oostenrykse fisici naby aan ontdekking. S. Meyer, W. Hess en F. Panet het swak alfa-straling vanaf aktinium-89 waargeneem (bykomend tot oorvloedig afgeskeide beta-deeltjies). Aangesien die atoomgetal van aktinium 87 is, en die vrystelling van 'n alfa-deeltjie te wyte is aan die "reduksie" van die element na twee plekke in die periodieke tabel, moes die isotoop met atoomgetal 223 en massagetal XNUMX egter gewees het, alfa-deeltjies van soortgelyke energie (die omvang van deeltjies in lug word proporsioneel gemeet hul energie) stuur ook 'n isotoop van protactinium, ander wetenskaplikes het voorgestel kontaminasie van die dwelm.

Oorlog het gou uitgebreek en alles was vergete. In die 30's is partikelversnellers ontwerp en die eerste kunsmatige elemente is verkry, byvoorbeeld die langverwagte astatium met atoomnommer 85. In die geval van element 87 het die vlak van tegnologie van daardie tyd nie toegelaat dat die nodige hoeveelheid verkry word nie. materiaal vir sintese. Franse fisikus het onverwags daarin geslaag Marguerite Perey, student van Maria Sklodowska-Curie (6). Sy het, soos die Oostenrykers 'n kwarteeu gelede, die verval van aktinium-227 bestudeer. Tegnologiese vooruitgang het dit moontlik gemaak om 'n suiwer voorbereiding te verkry, en hierdie keer het niemand getwyfel dat hy uiteindelik geïdentifiseer is nie. Die ontdekkingsreisiger het hom genoem Frans ter ere van hul vaderland. Element 87 was die laaste wat in minerale ontdek is, daaropvolgendes is kunsmatig verkry.

Frans dit word in die sytak van die radioaktiewe reeks gevorm, in 'n proses met lae doeltreffendheid en is boonop baie kortstondig. Die sterkste isotoop wat deur mev. Perey ontdek is, Fr-223, het 'n halfleeftyd van net meer as 20 minute (wat beteken dat slegs 1/8 van die oorspronklike hoeveelheid oorbly na 'n uur). Daar is bereken dat die hele aardbol slegs sowat 30 gram frank bevat ('n ewewig word bewerkstellig tussen die verrottende isotoop en die nuutgevormde isotoop).

Alhoewel die sigbare deel van die frankverbindings nie verkry is nie, is die eienskappe daarvan bestudeer, en daar is gevind dat dit tot die alkaliese groep behoort. Byvoorbeeld, wanneer perchloraat by 'n oplossing gevoeg word wat frank- en kaliumione bevat, sal die neerslag radioaktief wees, nie die oplossing nie. Hierdie gedrag bewys dat FrClO₄ effens oplosbaar (presipiteer met KClO₄), en die eienskappe van francium is soortgelyk aan dié van kalium.

Frankryk, hoe sou hy wees...

… As ek 'n monster daarvan kan kry wat met die blote oog sigbaar is? Natuurlik sag soos was, en dalk met 'n goue tint (die sesium daarbo is baie sag en gelerig van kleur). Dit sou by 20-25°C smelt en ongeveer 650°C verdamp (skatting gebaseer op data van die vorige episode). Daarbenewens sou dit baie chemies aktief wees. Daarom moet dit gestoor word sonder toegang tot suurstof en vog en in 'n houer wat teen bestraling beskerm. Dit sal nodig wees om op te jaag met die eksperimente, want oor 'n paar uur sal daar feitlik geen Frans oor wees nie.

Ere-litium

Onthou jy die pseudo-halogene van verlede jaar se halogeen-siklus? Dit is ione wat optree soos anione soos Cl^- of nie^-. Dit sluit byvoorbeeld sianiede CN in^- en SCN-molle^-, wat soute vorm met 'n oplosbaarheid soortgelyk aan dié van groep 17 anione.

Litauers het ook 'n volgeling, wat die ammoniumioon NH is. ₄ ⁺ - 'n produk van die oplossing van ammoniak in water (die oplossing is alkalies, hoewel swakker as in die geval van alkalimetaalhidroksiede) en die reaksie daarvan met sure. Die ioon reageer op soortgelyke wyse met swaarder alkalimetale, en sy naaste verwantskap is met kalium, byvoorbeeld, dit is soortgelyk in grootte as die kaliumkation en vervang dikwels K+ in sy natuurlike verbindings. Litiummetale is te reaktief om verkry te word deur elektrolise van waterige oplossings van soute en hidroksiede. Met behulp van 'n kwikelektrode word 'n metaaloplossing in kwik (amalgaam) verkry. Die ammoniumioon is so soortgelyk aan alkalimetale dat dit ook 'n amalgaam vorm.

In die sistematiese verloop van die ontleding van L.magnesiumioon materiaal is die laaste wat ontdek word. Die rede is die goeie oplosbaarheid van hul chloriede, sulfate en sulfiede, wat beteken dat hulle nie presipiteer onder die werking van voorheen bygevoegde reagense wat gebruik word om die teenwoordigheid van swaarder metale in die monster te bepaal nie. Alhoewel ammoniumsoute ook hoogs oplosbaar is, word dit heel aan die begin van die ontleding opgespoor, aangesien dit nie verhitting en verdamping van oplossings weerstaan ​​nie (hulle ontbind redelik maklik met die vrystelling van ammoniak). Die prosedure is waarskynlik aan almal bekend: 'n oplossing van 'n sterk basis (NaOH of KOH) word by die monster gevoeg, wat die vrystelling van ammoniak veroorsaak.

Sam ammoniak dit word bespeur deur reuk of deur 'n universele stuk papier wat met water bevochtig is aan die nek van die proefbuis aan te smeer. NH gas₃ los in water op en maak die oplossing alkalies en maak die papier blou.

7. Opsporing van ammoniumione: aan die linkerkant word die toetsstrook blou onder die werking van vrygestelde ammoniak, aan die regterkant, 'n positiewe uitslag van die Nessler-toets

Wanneer u ammoniak met behulp van reuk opspoor, moet u die reëls vir die gebruik van die neus in die laboratorium onthou. Moet dus nie oor die reaksievat leun nie, rig die dampe na jouself met 'n waaierbeweging van jou hand en moenie die lug "vol bors" inasem nie, maar laat die aroma van die verbinding jou neus vanself bereik.

Die oplosbaarheid van ammoniumsoute is soortgelyk aan dié van analoog kaliumverbindings, so dit kan aanloklik wees om ammoniumperchloraat NH voor te berei.₄ClO₄ en 'n komplekse verbinding met kobalt (vir besonderhede, sien die vorige episode). Die metodes wat aangebied word, is egter nie geskik vir die opsporing van baie klein hoeveelhede ammoniak en ammoniumione in 'n monster nie. In laboratoriums word Nessler se reagens vir hierdie doel gebruik, wat presipiteer of van kleur verander selfs in die teenwoordigheid van spore van NH₃ (7).

Ek raai egter sterk af om 'n geskikte toets tuis te doen, aangesien dit nodig is om giftige kwikverbindings te gebruik.

Wag totdat jy in 'n professionele laboratorium is onder die professionele toesig van 'n mentor. Chemie is fassinerend, maar – vir diegene wat dit nie weet nie of onverskillig is – kan dit gevaarlik wees.

Sien ook: