Metalmønster del 3 - alt andet

Efter lithium, som i stigende grad bruges i den moderne økonomi, og natrium og kalium, som er et af de vigtigste grundstoffer i industrien og den levende verden, er tiden kommet til resten af ​​de alkaliske grundstoffer. Foran os er rubidium, cæsium og franc.

De sidste tre grundstoffer minder meget om hinanden, og har samtidig lignende egenskaber med kalium og danner sammen med det en undergruppe kaldet kalium. Da man næsten med sikkerhed ikke vil kunne lave nogle forsøg med rubidium og cæsium, må man nøjes med informationen om, at de reagerer som kalium, og at deres forbindelser har samme opløselighed som dets forbindelser.

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

Tidlige fremskridt inden for spektroskopi

Fænomenet med at farve flammen med forbindelser af visse grundstoffer var kendt og brugt til fremstilling af fyrværkeri længe før de blev frigivet til fri tilstand. I begyndelsen af ​​det nittende århundrede studerede videnskabsmænd de spektrallinjer, der vises i solens lys og udsendes af opvarmede kemiske forbindelser. I 1859, to tyske fysikere - Robert Bunsen i Gustav Kirchhoff - bygget en enhed til test af det udsendte lys (1). Det første spektroskop havde et simpelt design: det bestod af et prisme, der adskilte lys i spektrallinjer og et okular med en linse for deres observation (2). Spektroskopets anvendelighed til kemisk analyse blev straks bemærket: Stoffet opdeles i atomer ved flammens høje temperatur, og disse udsender linjer, der kun er karakteristiske for dem selv.

2. G. Kirchhoff spektroskop

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

Bunsen og Kirchhoff begyndte deres forskning og et år senere fordampede 44 tons mineralvand fra en kilde i Durkheim. Linjer optrådte i sedimentspektret, som ikke kunne tilskrives noget element kendt på det tidspunkt. Bunsen (han var også kemiker) isolerede kloridet af et nyt grundstof fra sedimentet og gav navnet til det metal, der var indeholdt i det. CEZ baseret på de stærke blå linjer i dets spektrum (latin = blå) (3).

Et par måneder senere, allerede i 1861, undersøgte forskere spektret af saltaflejringen mere detaljeret og opdagede tilstedeværelsen af ​​et andet element i det. De var i stand til at isolere dets chlorid og bestemme dets atommasse. Da røde linjer var tydeligt synlige i spektret, blev det nye lithiummetal navngivet rubid (fra latin = mørkerød) (4). Opdagelsen af ​​to elementer gennem spektralanalyse overbeviste kemikere og fysikere. I de efterfølgende år blev spektroskopi et af de vigtigste forskningsredskaber, og opdagelser regnede ned som et overflødighedshorn.

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

Rubin det danner ikke sine egne mineraler, og cæsium er kun et (5). Begge elementer. Jordens overfladelag indeholder 0,029% rubidium (17. plads på listen over elementære overflod) og 0,0007% cæsium (39. plads). De er ikke bioelementer, men nogle planter lagrer selektivt rubidium, såsom tobak og sukkerroer. Fra et fysisk-kemisk synspunkt er begge metaller "kalium på steroider": endnu blødere og smeltelige og endnu mere reaktive (for eksempel antændes de spontant i luft og reagerer endda med vand med en eksplosion).

gennem det er det mest "metalliske" grundstof (i den kemiske, ikke i den daglige betydning af ordet). Som nævnt ovenfor ligner deres forbindelsers egenskaber også egenskaberne for analoge kaliumforbindelser.

5 Pollucite er det eneste cæsiummineral (USGS)

metallisk rubidium og cæsium opnås ved at reducere deres forbindelser med magnesium eller calcium i et vakuum. Da de kun er nødvendige for at producere bestemte typer solceller (indfaldende lys udsender let elektroner fra deres overflader), er den årlige produktion af rubidium og cæsium i størrelsesordenen hundredvis af kilo. Deres forbindelser er heller ikke udbredt.

Ligesom med kalium, en af ​​rubidiums isotoper er radioaktiv. Rb-87 har en halveringstid på 50 milliarder år, så strålingen er meget lav. Denne isotop bruges til at datere sten. Cæsium har ingen naturligt forekommende radioaktive isotoper, men CS-137 er et af fissionsprodukterne af uran i atomreaktorer. Det er adskilt fra brugte brændselsstave, fordi denne isotop er blevet brugt som en kilde til gammastråling, for eksempel til at ødelægge kræftsvulster.

Til ære for Frankrig

6. Opdageren af ​​det franske sprog - Marguerite Perey (1909-75)

Mendeleev havde allerede forudset eksistensen af ​​lithiummetal tungere end cæsium og gav det et arbejdsnavn. Kemikere har ledt efter det i andre lithiummineraler, fordi det ligesom deres slægtning burde være der. Flere gange så det ud til, at det blev opdaget, skønt hypotetisk, men aldrig blev til noget.

I begyndelsen af ​​87'erne blev det klart, at grundstof 1914 var radioaktivt. I 227 var østrigske fysikere tæt på at opdage. S. Meyer, W. Hess og F. Panet observerede svag alfa-stråling fra actinium-89 (udover rigeligt udskilte beta-partikler). Da aktiniums atomnummer er 87, og emissionen af ​​en alfapartikel skyldes "reduktionen" af grundstoffet til to steder i det periodiske system, skulle isotopen med atomnummer 223 og massenummer XNUMX dog have været, alfapartikler med lignende energi (rækkevidden af ​​partikler i luft måles proportionalt med deres energi) sender også en isotop af protactinium, andre forskere har foreslået forurening af stoffet.

Krig brød hurtigt ud, og alt var glemt. I 30'erne blev der designet partikelacceleratorer, og de første kunstige grundstoffer blev opnået, for eksempel det længe ventede astatium med atomnummer 85. I tilfældet med grundstof 87 tillod datidens teknologiniveau ikke at opnå den nødvendige mængde materiale til syntese. Fransk fysiker lykkedes uventet Marguerite Perey, elev af Maria Sklodowska-Curie (6). Hun studerede ligesom østrigerne for et kvart århundrede siden henfaldet af actinium-227. Teknologiske fremskridt gjorde det muligt at opnå et rent præparat, og denne gang var der ingen, der var i tvivl om, at han var endeligt identificeret. Udforskeren navngav ham French til ære for deres hjemland. Grundstof 87 var det sidste, der blev opdaget i mineraler, de efterfølgende blev opnået kunstigt.

fransk det dannes i sidegrenen af ​​den radioaktive serie, i en proces med lav effektivitet og er desuden meget kortvarig. Den stærkeste isotop opdaget af Mrs. Perey, Fr-223, har en halveringstid på lidt over 20 minutter (hvilket betyder, at kun 1/8 af den oprindelige mængde er tilbage efter en time). Det er blevet beregnet, at hele kloden kun indeholder omkring 30 gram franc (der etableres en ligevægt mellem den henfaldende isotop og den nydannede isotop).

Selvom den synlige del af francforbindelserne ikke blev opnået, blev dens egenskaber undersøgt, og det blev fundet, at den tilhører den alkaliske gruppe. For eksempel, når perchlorat tilsættes til en opløsning, der indeholder franc- og kaliumioner, vil bundfaldet være radioaktivt, ikke opløsningen. Denne adfærd beviser, at FrClO₄ let opløselig (udfælder med KClO₄), og franciums egenskaber ligner dem for kalium.

Frankrig, hvordan ville han være...

… Hvis jeg kunne få en prøve af det synligt for det blotte øje? Selvfølgelig blød som voks og måske med en gylden nuance (cæsiumet over det er meget blødt og gulligt i farven). Det ville smelte ved 20-25°C og fordampe omkring 650°C (estimat baseret på data fra forrige episode). Derudover ville det være meget kemisk aktivt. Derfor bør den opbevares uden adgang til ilt og fugt og i en beholder, der beskytter mod stråling. Det ville være nødvendigt at skynde sig med eksperimenterne, for om få timer ville der praktisk talt ikke være fransk tilbage.

Æreslithium

Kan du huske pseudo-halogenerne fra sidste års halogencyklus? Det er ioner, der opfører sig som anioner såsom Cl^- eller nej^-. Disse omfatter for eksempel cyanider CN^- og SCN-mol^-danner salte med en opløselighed svarende til den for gruppe 17-anioner.

Litauere har også en følger, som er ammoniumionen NH. ₄ ⁺ - et produkt af opløsning af ammoniak i vand (opløsningen er alkalisk, men svagere end i tilfælde af alkalimetalhydroxider) og dens reaktion med syrer. Ionen reagerer på samme måde med de tungere alkalimetaller, og dens tætteste slægtskab er for eksempel til kalium, den svarer i størrelse til kaliumkationen og erstatter ofte K+ i dens naturlige forbindelser. Lithiummetaller er for reaktive til at blive opnået ved elektrolyse af vandige opløsninger af salte og hydroxider. Ved hjælp af en kviksølvelektrode opnås en metalopløsning i kviksølv (amalgam). Ammoniumionen minder så meget om alkalimetaller, at den også danner et amalgam.

I det systematiske forløb af analysen af ​​L.magnesium ion materialer er de sidste, der bliver opdaget. Årsagen er den gode opløselighed af deres chlorider, sulfater og sulfider, hvilket betyder, at de ikke udfældes under påvirkning af tidligere tilsatte reagenser, der bruges til at bestemme tilstedeværelsen af ​​tungere metaller i prøven. Selvom ammoniumsalte også er meget opløselige, påvises de i begyndelsen af ​​analysen, da de ikke tåler opvarmning og fordampning af opløsninger (de nedbrydes ret let ved frigivelse af ammoniak). Fremgangsmåden er sandsynligvis kendt af alle: en opløsning af en stærk base (NaOH eller KOH) tilsættes til prøven, hvilket forårsager frigivelse af ammoniak.

Sam ammoniak det opdages ved lugt eller ved at påføre et universal stykke papir fugtet med vand på halsen af ​​reagensglasset. NH gas₃ opløses i vand og gør opløsningen basisk og gør papiret blåt.

7. Påvisning af ammoniumioner: til venstre bliver teststrimlen blå under påvirkning af frigivet ammoniak, til højre et positivt resultat af Nessler-testen

Når du opdager ammoniak ved hjælp af lugt, skal du huske reglerne for brug af næsen i laboratoriet. Læn dig derfor ikke over reaktionsbeholderen, ret dampene mod dig selv med en viftebevægelse af din hånd og indånd ikke luften "fuldt bryst", men lad aromaen af ​​forbindelsen nå din næse af sig selv.

Opløseligheden af ​​ammoniumsalte svarer til den for analoge kaliumforbindelser, så det kan være fristende at fremstille ammoniumperchlorat NH.₄ClO₄ og en kompleks forbindelse med kobolt (for detaljer, se forrige episode). De præsenterede metoder er dog ikke egnede til at påvise meget små mængder af ammoniak og ammoniumioner i en prøve. I laboratorier bruges Nesslers reagens til dette formål, som udfælder eller ændrer farve selv i nærvær af spor af NH₃ (7).

Jeg fraråder dog kraftigt at lave en passende test derhjemme, da det er nødvendigt at bruge giftige kviksølvforbindelser.

Vent, indtil du er i et professionelt laboratorium under professionel supervision af en mentor. Kemi er fascinerende, men - for dem, der ikke ved det eller er skødesløse - kan det være farligt.

Se også: