Fémmintás 3. rész – Minden más
A modern gazdaságban egyre gyakrabban használt lítium, valamint az ipar és az élővilág legfontosabb elemei közé tartozó nátrium és kálium után eljött a többi lúgos elem ideje. Előttünk a rubídium, a cézium és a frank.
Az utolsó három elem nagyon hasonlít egymásra, ugyanakkor a káliumhoz hasonló tulajdonságokkal rendelkezik, és vele együtt egy kálium nevű alcsoportot alkot. Mivel szinte biztosan nem fog tudni kísérleteket végezni rubídiummal és céziummal, meg kell elégednie azzal az információval, hogy ezek úgy reagálnak, mint a kálium, és vegyületeik ugyanolyan oldódásúak, mint vegyületei.
1. A spektroszkópia atyái: Robert Wilhelm Bunsen (1811-99) a bal oldalon, Gustav Robert Kirchhoff (1824-87) a jobb oldalon
A spektroszkópia korai fejlődése
Az a jelenség, hogy a lángot bizonyos elemek vegyületeivel színezték, már jóval azelőtt ismerték és használták a tűzijátékok gyártásában, hogy azok szabad állapotba kerültek volna. A tizenkilencedik század elején a tudósok a Nap fényében megjelenő spektrumvonalakat tanulmányozták, amelyeket felhevített kémiai vegyületek bocsátanak ki. 1859-ben két német fizikus Robert Bunsen i Gustav Kirchhoff - épített egy berendezést a kibocsátott fény tesztelésére (1). Az első spektroszkóp egyszerű felépítésű volt: egy prizmából állt, amely a fényt spektrális vonalakra osztotta fel. okulár lencsével megfigyelésükért (2). A spektroszkóp kémiai elemzési haszna azonnal feltűnt: az anyag a láng magas hőmérsékletén atomokra bomlik, és ezek csak magukra jellemző vonalakat bocsátanak ki.
2. G. Kirchhoff a spektroszkópnál
3. Fémes cézium (http://images-of-elements.com)
Bunsen és Kirchhoff megkezdte a kutatást, és egy évvel később 44 tonna ásványvizet párologtattak el egy durkheimi forrásból. Az üledékspektrumban olyan vonalak jelentek meg, amelyeket egyetlen akkor ismert elemnek sem lehetett tulajdonítani. Bunsen (ő is vegyész volt) egy új elem kloridját izolálta az üledékből, és nevet adott a benne lévő fémnek. KERESZTÜL spektrumában lévő erős kék vonalak alapján (latin = kék) (3).
Néhány hónappal később, már 1861-ben a tudósok részletesebben megvizsgálták a sólerakódás spektrumát, és egy másik elem jelenlétét fedezték fel benne. Sikerült elkülöníteni a kloridját és meghatározni az atomtömeget. Mivel a vörös vonalak jól láthatóak voltak a spektrumban, az új lítium fém nevet kapta durva (latinból = sötétvörös) (4). Két elem spektrális elemzéssel történő felfedezése meggyőzte a kémikusokat és a fizikusokat. A következő években a spektroszkópia lett az egyik fő kutatási eszköz, és a felfedezések bőségszaruként záporoztak.
4. Fém-rubídium (http://images-of-elements.com)
Rubid nem képez saját ásványokat, a cézium pedig csak egy (5). Mindkét elem. A Föld felszíni rétege 0,029% rubídiumot (17. hely az elemi bőségek listáján) és 0,0007% céziumot (39. hely) tartalmaz. Nem bioelemek, de egyes növények szelektíven tárolják a rubídiumot, például a dohány és a cukorrépa. Fiziko-kémiai szempontból mindkét fém „kálium a szteroidokon”: még lágyabbak és olvadékonyabbak, és még reaktívabbak (például levegőben spontán meggyulladnak, sőt vízzel is robbanással reagálnak).
keresztül ez a legfémesebb elem (a szó kémiai, nem köznyelvi értelmében). Mint fentebb említettük, vegyületeik tulajdonságai is hasonlóak az analóg káliumvegyületekéihez.
5 A pollucit az egyetlen cézium ásvány (USGS)
fémes rubídium céziumot pedig vegyületeik magnéziummal vagy kalciummal vákuumban történő redukálásával nyerik. Mivel ezek csak bizonyos típusú fotovoltaikus cellák előállításához szükségesek (a beeső fény könnyen bocsát ki elektronokat a felületükről), a rubídium és a cézium éves termelése több száz kilogramm nagyságrendű. A vegyületeiket szintén nem használják széles körben.
Akárcsak a kálium esetében, a rubídium egyik izotópja radioaktív. Az Rb-87 felezési ideje 50 milliárd év, ezért a sugárzás nagyon alacsony. Ezt az izotópot kőzetek keltezésére használják. A céziumnak nincs természetesen előforduló radioaktív izotópja, de CS-137 az urán egyik hasadási terméke az atomreaktorokban. Elválasztják a kiégett fűtőelemrudaktól, mert ezt az izotópot gamma-sugárzás forrásaként használták, például rákos daganatok elpusztítására.
Franciaország tiszteletére
6. A francia nyelv felfedezője - Marguerite Perey (1909-75)
Mengyelejev már előre látta a céziumnál nehezebb lítium létezését, és munkanevet adott neki. A kémikusok más lítium ásványokban keresték, mert rokonukhoz hasonlóan ott kell lennie. Többször úgy tűnt, hogy felfedezték, bár elméletileg, de soha nem valósult meg.
Az 87-es évek elején világossá vált, hogy az 1914-es elem radioaktív. 227-ben az osztrák fizikusok közel álltak a felfedezéshez. S. Meyer, W. Hess és F. Panet gyenge alfa-sugárzást figyelt meg az aktinium-89-ből (a bőségesen szekretált béta-részecskék mellett). Mivel az aktinium atomszáma 87, és az alfa-részecske kibocsátása az elemnek a periódusos rendszerben két helyre történő „redukciója” miatt következik be, a 223-as atomszámú és XNUMX tömegszámú izotópnak az alfa-részecskéknek kellett volna lennie. hasonló energia azonban (a részecskék tartományát a levegőben az energiájukkal arányosan mérjük) a protactinium izotópját is kibocsátja, más tudósok a gyógyszer szennyeződését javasolták.
Hamar kitört a háború, és minden feledésbe merült. Az 30-as években részecskegyorsítókat terveztek és megszerezték az első mesterséges elemeket, mint például a régóta várt 85-ös rendszámú asztátiumot. A 87-es elem esetében az akkori technológiai szint nem tette lehetővé a szükséges mennyiségű kő beszerzését. anyag a szintézishez. A francia fizikusnak váratlanul sikerült Marguerite Perey, Maria Sklodowska-Curie (6) tanítványa. Az osztrákokhoz hasonlóan negyedszázaddal ezelőtt az aktinium-227 bomlását tanulmányozta. A technológiai fejlődés lehetővé tette a tiszta készítmény előállítását, és ezúttal senkinek sem volt kétsége afelől, hogy végül sikerült azonosítani. A felfedező elnevezte Francia hazájuk tiszteletére. A 87-es elemet fedezték fel utoljára az ásványokban, a későbbieket mesterségesen szerezték be.
Frans a radioaktív sorozat mellékágában, alacsony hatásfokú folyamatban keletkezik, ráadásul nagyon rövid életű. A Mrs. Perey által felfedezett legerősebb izotóp, az Fr-223 felezési ideje valamivel több, mint 20 perc (azaz az eredeti mennyiségnek csak 1/8-a marad egy óra múlva). Kiszámítások szerint az egész földgömb csak körülbelül 30 gramm frankot tartalmaz (egyensúly jön létre a bomló izotóp és az újonnan képződött izotóp között).
A frankvegyületek látható részét ugyan nem sikerült megszerezni, de tulajdonságait tanulmányozták, és megállapították, hogy a lúgos csoportba tartozik. Például, ha perklorátot adunk egy frank- és káliumionokat tartalmazó oldathoz, a csapadék lesz radioaktív, nem az oldat. Ez a viselkedés bizonyítja, hogy az FrClO4 enyhén oldódik (KClO-val kicsapódik4), és a francium tulajdonságai hasonlóak a káliuméhoz.
Franciaország, milyen lenne...
… Ha szabad szemmel is láthatnék belőle egy mintát? Természetesen puha, mint a viasz, és talán arany árnyalattal (a felette lévő cézium nagyon puha és sárgás színű). 20-25°C-on megolvadna és 650°C körül elpárologna (a becslés az előző epizód adatai alapján). Ráadásul kémiailag nagyon aktív lenne. Ezért oxigénhez és nedvességhez való hozzáférés nélkül, sugárzástól védő edényben kell tárolni. Sietni kellene a kísérletekkel, mert néhány óra múlva gyakorlatilag nem maradna francia.
Tiszteletbeli lítium
Emlékszel a pszeudo-halogénekre a tavalyi halogénciklusból? Ezek olyan ionok, amelyek anionként viselkednek, mint például a Cl- vagy nem-. Ide tartoznak például a CN cianidok- és SCN anyajegyek-sókat képeznek, amelyek oldhatósága hasonló a 17. csoportba tartozó anionokéhoz.
A litvánoknak is van követőjük, ez az NH ammóniumion. 4 + - az ammónia vízben való oldódásának (az oldat lúgos, bár gyengébb, mint az alkálifém-hidroxidok esetében) és savakkal való reakciójának terméke. Az ion hasonlóképpen reagál a nehezebb alkálifémekkel is, legközelebbi rokonsága a káliummal van, például méretében hasonló a káliumkationhoz, és természetes vegyületeiben gyakran helyettesíti a K+-t. A lítiumfémek túlságosan reaktívak ahhoz, hogy sók és hidroxidok vizes oldatainak elektrolízisével nyerjék őket. Higanyelektróda segítségével higanyos fémoldatot (amalgám) kapunk. Az ammóniumion annyira hasonlít az alkálifémekhez, hogy amalgámot is képez.
A szisztematikus elemzés során L.magnézium-ion anyagok utoljára fedezték fel. Ennek oka kloridjaik, szulfátjaik és szulfidjaik jó oldhatósága, ami azt jelenti, hogy nem válnak ki a korábban hozzáadott reagensek hatására, amelyekkel a mintában a nehezebb fémek jelenlétét meghatározták. Bár az ammóniumsók is jól oldódnak, már az elemzés elején kimutathatóak, mivel nem bírják az oldatok melegítését és párologtatását (az ammónia felszabadulásával meglehetősen könnyen lebomlanak). Az eljárást valószínűleg mindenki ismeri: a mintához erős bázis (NaOH vagy KOH) oldatot adnak, ami ammónia felszabadulását okozza.
Sam ammónia szaggal vagy vízzel megnedvesített univerzális papírdarabbal a kémcső nyakára helyezve észlelhető. NH gáz3 feloldódik vízben és lúgosítja az oldatot, és kékre színezi a papírt.
7. Ammóniumionok kimutatása: bal oldalon a tesztcsík kék színűvé válik a felszabaduló ammónia hatására, jobb oldalon a Nessler teszt pozitív eredménye
Amikor az ammóniát szag segítségével észleli, emlékezzen az orr laboratóriumi használatára vonatkozó szabályokra. Ezért ne hajoljon a reakcióedény fölé, irányítsa maga felé a gőzöket a keze legyező mozdulatával, és ne szívja be a levegőt "teli mellkassal", hanem hagyja, hogy a vegyület aromája magától elérje az orrát.
Az ammóniumsók oldhatósága hasonló az analóg káliumvegyületekéhez, ezért csábító lehet az NH ammónium-perklorát előállítása.4ClO4 és egy komplex vegyület kobalttal (a részleteket lásd az előző epizódban). A bemutatott módszerek azonban nem alkalmasak nagyon kis mennyiségű ammónia és ammóniumion kimutatására egy mintában. Laboratóriumokban erre a célra Nessler-reagenst használnak, amely még nyomokban NH jelenlétében is kicsapódik vagy megváltoztatja a színét.3 (7).
Nem tanácsolom azonban a megfelelő otthoni teszt elvégzését, mivel mérgező higanyvegyületek használata szükséges.
Várja meg, amíg egy professzionális laboratóriumba kerül egy mentor szakmai felügyelete mellett. A kémia lenyűgöző, de - aki nem ismeri vagy figyelmetlen - veszélyes lehet.
Lásd még:
