Metal Pattern Del 3 - Allt annat

Efter litium, som alltmer används i den moderna ekonomin, och natrium och kalium, som är bland de viktigaste grundämnena i industrin och den levande världen, har tiden kommit för resten av de alkaliska grundämnena. Framför oss är rubidium, cesium och franc.

De tre sista grundämnena är väldigt lika varandra, och har samtidigt liknande egenskaper med kalium och bildar tillsammans med det en undergrupp som kallas kalium. Eftersom du nästan säkert inte kommer att kunna göra några experiment med rubidium och cesium får du nöja dig med informationen att de reagerar som kalium och att deras föreningar har samma löslighet som dess föreningar.

1. Spektroskopins fäder: Robert Wilhelm Bunsen (1811-99) till vänster, Gustav Robert Kirchhoff (1824-87) till höger

Tidiga framsteg inom spektroskopi

Fenomenet att färga lågan med föreningar av vissa grundämnen var känt och användes vid tillverkning av fyrverkerier långt innan de släpptes ut i det fria tillståndet. I början av artonhundratalet studerade forskare de spektrallinjer som uppträder i solens ljus och emitteras av uppvärmda kemiska föreningar. År 1859, två tyska fysiker - Robert Bunsen i Gustav Kirchhoff - byggde en anordning för att testa det utsända ljuset (1). Det första spektroskopet hade en enkel design: det bestod av ett prisma som separerade ljus i spektrallinjer och okular med lins för deras observation (2). Användbarheten av spektroskopet för kemisk analys märktes omedelbart: ämnet bryts upp till atomer vid lågans höga temperatur, och dessa avger linjer som bara är karakteristiska för dem själva.

2. G. Kirchhoff vid spektroskopet

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

Bunsen och Kirchhoff började sin forskning och ett år senare avdunstade 44 ton mineralvatten från en källa i Durkheim. Linjer dök upp i sedimentspektrat som inte kunde hänföras till något element känt vid den tiden. Bunsen (han var också kemist) isolerade kloriden av ett nytt grundämne från sedimentet och gav namnet till metallen som fanns i den. CEZ baserat på de starka blå linjerna i dess spektrum (latin = blå) (3).

Några månader senare, redan 1861, undersökte forskare spektrumet av saltavlagringen mer i detalj och upptäckte närvaron av ett annat element i det. De kunde isolera dess klorid och bestämma dess atommassa. Eftersom röda linjer var tydligt synliga i spektrumet fick den nya litiummetallen namnet rubid (från latin = mörkröd) (4). Upptäckten av två element genom spektralanalys övertygade kemister och fysiker. Under de följande åren blev spektroskopi ett av de viktigaste forskningsverktygen och upptäckter regnade ner som ett ymnighetshorn.

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

Rubid det bildar inte sina egna mineraler, och cesium är bara ett (5). Båda elementen. Jordens ytskikt innehåller 0,029% rubidium (17:e plats i listan över elementära överflöd) och 0,0007% cesium (39:e plats). De är inte bioelement, men vissa växter lagrar rubidium selektivt, som tobak och sockerbetor. Ur en fysikalisk-kemisk synvinkel är båda metallerna "kalium på steroider": ännu mjukare och smältbara och ännu mer reaktiva (till exempel antänds de spontant i luft och reagerar till och med med vatten med en explosion).

genom det är det mest "metalliska" elementet (i den kemiska, inte i ordets vardagliga betydelse). Som nämnts ovan är egenskaperna hos deras föreningar också liknande egenskaperna hos analoga kaliumföreningar.

5 Pollucite är det enda cesiummineralet (USGS)

metalliskt rubidium och cesium erhålls genom att reducera deras föreningar med magnesium eller kalcium i vakuum. Eftersom de bara behövs för att producera vissa typer av solcellsceller (infallande ljus avger lätt elektroner från deras ytor), är den årliga produktionen av rubidium och cesium i storleksordningen hundratals kilo. Deras föreningar används inte heller i stor utsträckning.

Som med kalium, en av rubidiums isotoper är radioaktiv. Rb-87 har en halveringstid på 50 miljarder år, så strålningen är mycket låg. Denna isotop används för att datera stenar. Cesium har inga naturligt förekommande radioaktiva isotoper, men CS-137 är en av klyvningsprodukterna av uran i kärnreaktorer. Den är separerad från använda bränslestavar eftersom denna isotop användes som en källa till g-strålning, till exempel för att förstöra cancertumörer.

Till Frankrikes ära

6. Upptäckaren av det franska språket - Marguerite Perey (1909-75)

Mendeleev hade redan förutsett förekomsten av litiummetall tyngre än cesium och gav den ett arbetsnamn. Kemister har letat efter det i andra litiummineraler eftersom det, liksom deras släkting, borde finnas där. Flera gånger verkade det som om det upptäcktes, om än hypotetiskt, men aldrig förverkligat.

I början av 87-talet stod det klart att grundämnet 1914 var radioaktivt. År 227 var österrikiska fysiker nära att upptäcka. S. Meyer, W. Hess och F. Panet observerade en svag alfa-emission från aktinium-89-preparatet (utöver rikligt utsöndrade beta-partiklar). Eftersom atomnumret för aktinium är 87, och emissionen av en alfapartikel beror på "reduktionen" av grundämnet till två platser i det periodiska systemet, borde isotopen med atomnummer 223 och massnummer XNUMX ha varit alfapartiklar av liknande energi, men (omfånget av partiklar i luften mäts proportionellt med deras energi) skickar också ut en isotop av protactinium, andra forskare har föreslagit kontaminering av läkemedlet.

Snart bröt krig ut och allt glömdes bort. På 30-talet konstruerades partikelacceleratorer och de första konstgjorda grundämnena erhölls, såsom det efterlängtade astatiumet med atomnummer 85. När det gäller grundämnet 87 tillät den tidens tekniknivå inte att erhålla den nödvändiga mängden av material för syntes. Fransk fysiker lyckades oväntat Marguerite Perey, elev till Maria Sklodowska-Curie (6). Hon, liksom österrikarna för ett kvartssekel sedan, studerade sönderfallet av aktinium-227. Teknologiska framsteg gjorde det möjligt att få ett rent preparat, och denna gång var det ingen som tvivlade på att den äntligen hade identifierats. Upptäckaren gav honom ett namn Franska för att hedra sitt hemland. Element 87 var det sista som upptäcktes i mineraler, efterföljande erhölls på konstgjord väg.

franska den bildas i sidogrenen av den radioaktiva serien, i en process med låg effektivitet och är dessutom mycket kortlivad. Den starkaste isotopen som upptäckts av Mrs. Perey, Fr-223, har en halveringstid på drygt 20 minuter (vilket betyder att bara 1/8 av den ursprungliga mängden återstår efter en timme). Man har räknat ut att hela jordklotet bara innehåller cirka 30 gram franc (en jämvikt upprättas mellan den sönderfallande isotopen och den nybildade isotopen).

Även om den synliga delen av francföreningarna inte erhölls, studerades dess egenskaper, och man fann att den tillhör den alkaliska gruppen. Till exempel, när perklorat tillsätts till en lösning som innehåller franc- och kaliumjoner, kommer fällningen att vara radioaktiv, inte lösningen. Detta beteende bevisar att FrClO₄ lätt löslig (fälls ut med KClO₄), och egenskaperna hos francium liknar de hos kalium.

Frankrike, hur skulle han vara...

… Om jag kunde få ett prov av det synligt för blotta ögat? Naturligtvis mjuk som vax, och kanske med en gyllene nyans (cesiumet ovanför är väldigt mjukt och gulaktigt till färgen). Det skulle smälta vid 20-25°C och förångas runt 650°C (uppskattning baserad på data från föregående avsnitt). Dessutom skulle det vara mycket kemiskt aktivt. Därför bör den förvaras utan tillgång till syre och fukt och i en behållare som skyddar mot strålning. Det skulle vara nödvändigt att skynda på med experiment, för om några timmar skulle det praktiskt taget inte finnas några franska kvar.

Hederslitium

Kommer du ihåg pseudohalogenerna från förra årets halogencykel? Dessa är joner som beter sig som anjoner som Cl^- eller nej^-. Dessa inkluderar till exempel cyanider CN^- och SCN-mol^-bildar salter med en löslighet liknande den för grupp 17-anjoner.

Litauer har också en efterföljare, som är ammoniumjonen NH. ₄ ⁺ - en produkt av upplösningen av ammoniak i vatten (lösningen är alkalisk, men svagare än i fallet med alkalimetallhydroxider) och dess reaktion med syror. Jonen reagerar på liknande sätt med de tyngre alkalimetallerna, och dess närmaste släktskap är till exempel till kalium, den liknar kaliumkatjonens storlek och ersätter ofta K+ i sina naturliga föreningar. Litiummetaller är för reaktiva för att erhållas genom elektrolys av vattenhaltiga lösningar av salter och hydroxider. Med hjälp av en kvicksilverelektrod erhålls en metalllösning i kvicksilver (amalgam). Ammoniumjonen är så lik alkalimetaller att den också bildar ett amalgam.

I det systematiska förloppet av analysen av L.magnesiumjonmaterial är de sista som upptäcks. Anledningen är den goda lösligheten av deras klorider, sulfater och sulfider, vilket gör att de inte fälls ut under inverkan av tidigare tillsatta reagenser som används för att bestämma närvaron av tyngre metaller i provet. Även om ammoniumsalter också är mycket lösliga, detekteras de redan i början av analysen, eftersom de inte tål uppvärmning och avdunstning av lösningar (de sönderdelas ganska lätt när ammoniak frigörs). Proceduren är förmodligen känd för alla: en lösning av en stark bas (NaOH eller KOH) tillsätts till provet, vilket orsakar frisättning av ammoniak.

Sam ammoniak det upptäcks genom lukt eller genom att applicera ett universalpapper fuktat med vatten på halsen på provröret. NH-gas₃ löses i vatten och gör lösningen alkalisk och gör papperet blått.

7. Detektering av ammoniumjoner: till vänster blir testremsan blå under inverkan av frigjord ammoniak, till höger ett positivt resultat av Nessler-testet

När du upptäcker ammoniak med hjälp av lukt bör du komma ihåg reglerna för användning av näsan i laboratoriet. Luta dig därför inte över reaktionskärlet, rikta ångorna mot dig själv med en fläktrörelse med din hand och andas inte in luften "hela bröstet", utan låt aromen av föreningen nå din näsa av sig själv.

Lösligheten för ammoniumsalter liknar den för analoga kaliumföreningar, så det kan vara frestande att framställa ammoniumperklorat NH.₄CIO₄ och en komplex förening med kobolt (för detaljer, se föregående avsnitt). De presenterade metoderna är dock inte lämpliga för att detektera mycket små mängder ammoniak och ammoniumjoner i ett prov. I laboratorier används Nesslers reagens för detta ändamål, som fäller ut eller ändrar färg även i närvaro av spår av NH₃ (7).

Jag avråder dock starkt från att göra ett lämpligt test hemma, eftersom det är nödvändigt att använda giftiga kvicksilverföreningar.

Vänta tills du är i ett professionellt laboratorium under professionell övervakning av en mentor. Kemi är fascinerande, men – för den som inte kan det eller slarvar – kan det vara farligt.

Se även: