Metallist muster 3. osa – kõik muu
Pärast liitiumit, mida tänapäevases majanduses üha enam kasutatakse, ning naatriumi ja kaaliumi, mis kuuluvad tööstuses ja elusmaailmas kõige olulisemate elementide hulka, on aeg kätte jõudnud ülejäänud leeliseliste elementide jaoks. Meie ees on rubiidium, tseesium ja frank.
Viimased kolm elementi on üksteisega väga sarnased ja samal ajal omavad kaaliumiga sarnaseid omadusi ja moodustavad koos sellega alarühma, mida nimetatakse kaaliumiks. Kuna peaaegu kindlasti ei saa te rubiidiumi ja tseesiumiga katseid teha, peate leppima teabega, et need reageerivad nagu kaalium ja nende ühendite lahustuvus on sama kui selle ühenditel.
1. Spekroskoopia isad: vasakul Robert Wilhelm Bunsen (1811-99), paremal Gustav Robert Kirchhoff (1824-87)
Spekroskoopia varased edusammud
Leegi teatud elementide ühenditega värvimise nähtust tunti ja kasutati ilutulestike valmistamisel juba ammu enne nende vabasse olekusse laskmist. 1859. sajandi alguses uurisid teadlased spektrijooni, mis paistavad Päikese valguses ja mida kiirgavad kuumutatud keemilised ühendid. Aastal XNUMX kaks saksa füüsikut - Robert Bunsen i Gustav Kirchhoff - ehitas väljastatud valguse testimise seadme (1). Esimene spektroskoop oli lihtsa konstruktsiooniga: see koosnes prismast, mis eraldas valguse spektrijoonteks ja objektiiviga okulaar nende vaatluse eest (2). Kohe märgati spektroskoopi kasulikkust keemiliseks analüüsiks: aine laguneb leegi kõrgel temperatuuril aatomiteks ja need kiirgavad ainult neile endale iseloomulikke jooni.
2. G. Kirchhoff spektroskoobi juures
3. Metalliline tseesium (http://images-of-elements.com)
Bunsen ja Kirchhoff alustasid uurimistööd ning aasta hiljem aurutasid nad Durkheimi allikast välja 44 tonni mineraalvett. Settespektris tekkisid jooned, mida ei saanud omistada ühelegi tol ajal tuntud elemendile. Bunsen (ta oli ka keemik) eraldas settest uue elemendi kloriidi ja andis selles sisalduvale metallile nime. CEZ põhineb selle spektri tugevatel sinistel joontel (ladina = sinine) (3).
Mõni kuu hiljem, juba 1861. aastal, uurisid teadlased soolalademe spektrit põhjalikumalt ja avastasid selles veel ühe elemendi olemasolu. Nad suutsid selle kloriidi isoleerida ja määrata selle aatommassi. Kuna punased jooned olid spektris selgelt nähtavad, sai uus liitiummetall nimeks rubiidne (ladina keelest = tumepunane) (4). Kahe elemendi avastamine spektraalanalüüsi abil veenis keemikuid ja füüsikuid. Järgnevatel aastatel sai spektroskoopiast üks peamisi uurimisvahendeid ja avastusi sadas nagu küllusesarvest.
4. Metallrubiidium (http://images-of-elements.com)
Rubid see ei moodusta oma mineraale ja tseesium on ainult üks (5). Mõlemad elemendid. Maa pinnakiht sisaldab 0,029% rubiidiumi (17. koht elementide arvukuse edetabelis) ja 0,0007% tseesiumi (39. koht). Need ei ole bioelemendid, kuid mõned taimed talletavad rubiidiumi valikuliselt, näiteks tubakas ja suhkrupeet. Füüsikalis-keemilisest vaatepunktist on mõlemad metallid "kaalium steroididel": veelgi pehmemad ja sulavad ning veelgi reaktiivsemad (näiteks süttivad õhus spontaanselt ja reageerivad isegi veega plahvatuslikult).
läbi see on kõige "metallisem" element (keemias, mitte selle sõna kõnekeeles). Nagu eespool mainitud, on ka nende ühendite omadused sarnased analoogsete kaaliumiühendite omadega.
5 Pollucite on ainus tseesiumi mineraal (USGS)
metalliline rubiidium ja tseesiumi saadakse nende ühendite redutseerimisel magneesiumi või kaltsiumiga vaakumis. Kuna neid on vaja ainult teatud tüüpi fotogalvaaniliste elementide tootmiseks (langev valgus kiirgab kergesti nende pinnalt elektrone), on rubiidiumi ja tseesiumi aastane toodang sadade kilogrammide suurusjärgus. Nende ühendeid ei kasutata ka laialdaselt.
Nagu kaaliumi puhul, üks rubiidiumi isotoope on radioaktiivne. Rb-87 poolestusaeg on 50 miljardit aastat, seega on kiirgus väga madal. Seda isotoopi kasutatakse kivimite dateerimiseks. Tseesiumil pole looduslikult esinevaid radioaktiivseid isotoope, kuid CS-137 on üks uraani lõhustumisprodukte tuumareaktorites. See eraldatakse kasutatud kütusevarrastest, kuna seda isotoopi kasutati g-kiirguse allikana, näiteks vähkkasvajate hävitamiseks.
Prantsusmaa auks
6. Prantsuse keele avastaja - Marguerite Perey (1909-75)
Mendelejev oli juba ette näinud tseesiumist raskema liitiummetalli olemasolu ja andis sellele töönime. Keemikud on seda otsinud teistest liitiummineraalidest, sest nagu nende sugulane, peaks see seal olema. Mitu korda tundus, et see avastati, kuigi hüpoteetiliselt, kuid see ei realiseerunud.
87. aastate alguses sai selgeks, et element 1914 on radioaktiivne. Aastal 227 olid Austria füüsikud avastamisele lähedal. S. Meyer, W. Hess ja F. Panet täheldasid aktiinium-89 nõrka alfakiirgust (lisaks ohtralt sekreteeritud beetaosakestele). Kuna aktiiniumi aatomarv on 87 ja alfaosakese emissioon on tingitud elemendi "taandamisest" perioodilisustabelis kahte kohta, oleks isotoop aatomnumbriga 223 ja massinumbriga XNUMX pidanud olema alfaosakesed. Sarnane energia (osakeste ulatust õhus mõõdetakse proportsionaalselt nende energiaga) saadab aga välja ka protaktiinumi isotoobi, on teised teadlased oletanud ravimi saastumist.
Peagi puhkes sõda ja kõik unustati. 30. aastatel hakati projekteerima osakeste kiirendeid ja saadi esimesed tehiselemendid, nagu kauaoodatud astaatium aatomnumbriga 85. Elemendi 87 puhul ei võimaldanud tollane tehnoloogia tase vajalikku kogust materjal sünteesiks. Prantsuse füüsikul õnnestus see ootamatult Marguerite Perey, Maria Sklodowska-Curie õpilane (6). Ta, nagu austerlased veerand sajandit tagasi, uuris aktiinium-227 lagunemist. Tehnoloogia areng võimaldas saada puhast preparaati ja seekord ei kahelnud keegi, et ta lõpuks tuvastati. Uurija pani talle nime Prantsuse oma kodumaa auks. Element 87 avastati mineraalidest viimasena, järgnevad saadi kunstlikult.
Frans see tekib radioaktiivse seeria külgharus madala efektiivsusega protsessis ja on pealegi väga lühiajaline. Proua Perey avastatud tugevaima isotoobi Fr-223 poolestusaeg on veidi üle 20 minuti (see tähendab, et tunni pärast jääb alles vaid 1/8 esialgsest kogusest). On välja arvutatud, et kogu maakera sisaldab ainult umbes 30 grammi franki (tasakaalu on laguneva isotoobi ja äsja moodustunud isotoobi vahel).
Kuigi frankide ühendite nähtavat osa ei saadud, uuriti selle omadusi ja leiti, et see kuulub aluselisesse rühma. Näiteks kui perkloraati lisatakse franki ja kaaliumiioone sisaldavale lahusele, on sade, mitte lahus, radioaktiivne. See käitumine tõestab, et FrClO4 kergelt lahustuv (sadeneb KClO-ga4) ja frantsiumi omadused on sarnased kaaliumi omadustega.
Prantsusmaa, kuidas ta oleks...
… Kui ma saaksin selle proovi palja silmaga nähtavaks? Muidugi pehme nagu vaha ja võib-olla kuldse tooniga (tseesium selle kohal on väga pehme ja kollakat värvi). See sulab temperatuuril 20–25 °C ja aurustub umbes 650 °C juures (hinnang põhineb eelmise episoodi andmetel). Lisaks oleks see keemiliselt väga aktiivne. Seetõttu tuleks seda hoida ilma hapniku ja niiskuse juurdepääsuta ning kiirguse eest kaitsvas konteineris. Katsetustega oleks vaja kiirustada, sest mõne tunni pärast poleks prantsuse keelt praktiliselt järele jäänud.
Auliitium
Mäletate pseudohalogeene eelmise aasta halogeenitsüklist? Need on ioonid, mis käituvad nagu anioonid, näiteks Cl- või ei-. Nende hulka kuuluvad näiteks tsüaniidid CN- ja SCN mutid-moodustades sooli, mille lahustuvus on sarnane rühma 17 anioonide lahustuvusega.
Leedulastel on ka järgija, milleks on ammooniumiioon NH. 4 + - ammoniaagi vees lahustumise saadus (lahus on leeliseline, kuigi nõrgem kui leelismetallide hüdroksiidide puhul) ja selle reaktsioon hapetega. Ioon reageerib sarnaselt raskemate leelismetallidega ja tema lähim seos on näiteks kaaliumiga, see on oma suuruselt sarnane kaaliumkatiooniga ja asendab sageli K+ oma looduslikes ühendites. Liitiummetallid on liiga reaktsioonivõimelised, et neid saada soolade ja hüdroksiidide vesilahuste elektrolüüsil. Elavhõbedaelektroodi abil saadakse metallilahus elavhõbedas (amalgaam). Ammooniumiioon on leelismetallidega nii sarnane, et moodustab ka amalgaami.
Süstemaatilise analüüsi käigus L.magneesiumiooni materjalid on viimased, kes avastatakse. Põhjuseks on nende kloriidide, sulfaatide ja sulfiidide hea lahustuvus, mis tähendab, et need ei sadestu eelnevalt lisatud reaktiivide toimel, mida kasutatakse proovis raskemate metallide esinemise määramiseks. Kuigi ammooniumisoolad on samuti hästi lahustuvad, avastatakse need juba analüüsi alguses, kuna need ei talu kuumutamist ja lahuste aurustumist (lagunevad ammoniaagi vabanemisel üsna kergesti). Protseduur on ilmselt kõigile teada: proovile lisatakse tugeva aluse (NaOH või KOH) lahust, mis põhjustab ammoniaagi eraldumise.
Sam ammoniaak see tuvastatakse lõhna järgi või asetades katseklaasi kaelale universaalse veega niisutatud paberitüki. NH gaas3 lahustub vees ja muudab lahuse aluseliseks ning muudab paberi siniseks.
7. Ammooniumioonide tuvastamine: vasakul muutub testriba vabanenud ammoniaagi toimel siniseks, paremal Nessleri testi positiivne tulemus
Lõhna abil ammoniaagi tuvastamisel peaksite meeles pidama nina laboris kasutamise reegleid. Seetõttu ärge kummarduge reaktsioonianuma kohale, suunake aurud käe lehvikuliigutusega enda poole ja ärge hingake õhku "täis rinda", vaid laske ühendi aroomil iseenesest ninna jõuda.
Ammooniumsoolade lahustuvus on sarnane analoogsete kaaliumiühendite lahustuvusega, mistõttu võib olla ahvatlev valmistada ammooniumperkloraati NH.4ClO4 ja kompleksühend koobaltiga (üksikasju vt eelmisest osast). Esitatud meetodid ei sobi aga proovis väga väikeste ammoniaagi- ja ammooniumiioonide koguste tuvastamiseks. Laborites kasutatakse selleks Nessleri reaktiivi, mis sadestub või muudab värvi isegi NH jälgede olemasolul.3 (7).
Siiski soovitan tungivalt kodus sobivat testi mitte teha, kuna selleks on vaja kasutada mürgiseid elavhõbedaühendeid.
Oodake, kuni olete professionaalses laboris mentori professionaalse järelevalve all. Keemia on põnev, kuid - neile, kes seda ei tea või on hoolimatud - võib see olla ohtlik.
Vaata ka:
