Metāla raksts 3. daļa — viss pārējais
Pēc litija, ko arvien vairāk izmanto mūsdienu ekonomikā, un nātrija un kālija, kas ir vieni no svarīgākajiem elementiem rūpniecībā un dzīvajā pasaulē, ir pienācis laiks pārējiem sārma elementiem. Pirms mums ir rubīdijs, cēzijs un franks.
Pēdējie trīs elementi ir ļoti līdzīgi viens otram, un tajā pašā laikā tiem ir līdzīgas īpašības ar kāliju un kopā ar to veido apakšgrupu, ko sauc par kāliju. Tā kā jūs gandrīz noteikti nevarēsit veikt nekādus eksperimentus ar rubīdiju un cēziju, jums jāapmierinās ar informāciju, ka tie reaģē kā kālijs un ka to savienojumiem ir tāda pati šķīdība kā tā savienojumiem.
1. Spektroskopijas tēvi: Roberts Vilhelms Bunsens (1811-99) pa kreisi, Gustavs Roberts Kirhhofs (1824-87) pa labi
Agrīnie sasniegumi spektroskopijā
Liesmas iekrāsošanas parādība ar noteiktu elementu savienojumiem bija zināma un izmantota uguņošanas ierīču ražošanā ilgi pirms to izlaišanas brīvā stāvoklī. Deviņpadsmitā gadsimta sākumā zinātnieki pētīja spektrālās līnijas, kas parādās Saules gaismā un ko izstaro uzkarsēti ķīmiskie savienojumi. 1859. gadā divi vācu fiziķi - Roberts Bunsens i Gustavs Kirhofs - uzbūvēja ierīci izstarotās gaismas pārbaudei (1). Pirmajam spektroskopam bija vienkārša konstrukcija: tas sastāvēja no prizmas, kas sadalīja gaismu spektrālās līnijās un okulārs ar lēcu viņu novērošanai (2). Spektroskopa lietderība ķīmiskajā analīzē tika pamanīta uzreiz: viela augstā liesmas temperatūrā sadalās atomos, un tie izstaro tikai sev raksturīgas līnijas.
2. G. Kirhhofs pie spektroskopa
3. Metāliskais cēzijs (http://images-of-elements.com)
Bunsens un Kirhhofs sāka pētījumus un gadu vēlāk viņi iztvaicēja 44 tonnas minerālūdens no avota Durkheimā. Nogulumu spektrā parādījās līnijas, kuras nevarēja attiecināt uz nevienu tajā laikā zināmo elementu. Bunsens (viņš arī bija ķīmiķis) izdalīja no nogulsnēm jauna elementa hlorīdu un deva nosaukumu tajā esošajam metālam. CAUR pamatojoties uz spēcīgajām zilajām līnijām tā spektrā (latīņu = zils) (3).
Dažus mēnešus vēlāk, jau 1861. gadā, zinātnieki sīkāk izpētīja sāls atradnes spektru un atklāja tajā cita elementa klātbūtni. Viņi spēja izolēt tā hlorīdu un noteikt tā atomu masu. Tā kā spektrā bija skaidri redzamas sarkanas līnijas, jaunais litija metāls tika nosaukts rupjš (no latīņu valodas = tumši sarkans) (4). Divu elementu atklāšana, izmantojot spektrālo analīzi, pārliecināja ķīmiķus un fiziķus. Turpmākajos gados spektroskopija kļuva par vienu no galvenajiem pētniecības instrumentiem, un atklājumi lija kā no pārpilnības raga.
4. Metāla rubīdijs (http://images-of-elements.com)
rupjš tas neveido savus minerālus, un cēzijs ir tikai viens (5). Abi elementi. Zemes virsmas slānis satur 0,029% rubīdija (17. vieta elementu pārpilnības sarakstā) un 0,0007% cēzija (39. vieta). Tie nav bioelementi, bet daži augi selektīvi uzglabā rubīdiju, piemēram, tabaka un cukurbietes. No fizikāli ķīmiskā viedokļa abi metāli ir “kālijs uz steroīdiem”: vēl mīkstāki un kūstošāki un vēl reaktīvāki (piemēram, tie spontāni aizdegas gaisā un pat reaģē ar ūdeni ar sprādzienu).
caur tas ir "metāliskākais" elements (ķīmiskajā, nevis šī vārda sarunvalodā). Kā minēts iepriekš, to savienojumu īpašības ir līdzīgas analogu kālija savienojumu īpašībām.
5 Pollucīts ir vienīgais cēzija minerāls (USGS)
metālisks rubīdijs un cēziju iegūst, to savienojumus reducējot ar magniju vai kalciju vakuumā. Tā kā tie ir nepieciešami tikai noteikta veida fotoelektrisko elementu ražošanai (iekrītošā gaisma viegli izstaro elektronus no to virsmām), rubīdija un cēzija gada produkcija ir aptuveni simtiem kilogramu. To savienojumi arī netiek plaši izmantoti.
Tāpat kā ar kāliju, viens no rubīdija izotopiem ir radioaktīvs. Rb-87 pussabrukšanas periods ir 50 miljardi gadu, tāpēc starojums ir ļoti zems. Šo izotopu izmanto iežu datēšanai. Cēzijam nav dabā sastopamu radioaktīvo izotopu, bet CS-137 ir viens no urāna skaldīšanas produktiem kodolreaktoros. Tas ir atdalīts no izlietotās degvielas stieņiem, jo šis izotops ir izmantots kā gamma starojuma avots, piemēram, vēža audzēju iznīcināšanai.
Par godu Francijai
6. Franču valodas atklājēja - Margarita Perija (1909-75)
Mendeļejevs jau bija paredzējis par cēziju smagāka litija metāla eksistenci un deva tam darba nosaukumu. Ķīmiķi to ir meklējuši citos litija minerālos, jo, tāpat kā viņu radiniekiem, tam tur vajadzētu būt. Vairākas reizes šķita, ka tas tika atklāts, lai gan hipotētiski, bet nekad nav īstenojies.
87. gadu sākumā kļuva skaidrs, ka elements 1914 ir radioaktīvs. 227. gadā austriešu fiziķi bija tuvu atklāšanai. S. Meyer, W. Hess un F. Panet novēroja vāju alfa emisiju no aktīnijs-89 preparāta (papildus bagātīgi izdalītajām beta daļiņām). Tā kā aktīnija atomskaitlis ir 87 un alfa daļiņas emisija ir saistīta ar elementa "samazināšanu" uz divām vietām periodiskajā tabulā, izotopam ar atomskaitli 223 un masas skaitli XNUMX vajadzēja būt alfa daļiņām. Tomēr līdzīga enerģija (daļiņu diapazons gaisā tiek mērīts proporcionāli to enerģijai) arī izdala protaktīnija izotopu, citi zinātnieki ir ierosinājuši zāļu piesārņojumu.
Drīz sākās karš un viss tika aizmirsts. 30. gados tika izstrādāti daļiņu paātrinātāji un iegūti pirmie mākslīgie elementi, piemēram, ilgi gaidītais astatijs ar atomskaitli 85. Elementa 87 gadījumā tā laika tehnoloģiju līmenis neļāva iegūt nepieciešamo daudzumu materiāls sintēzei. Franču fiziķim tas negaidīti izdevās Margerita Pereja, Marijas Sklodovskas-Kirī skolniece (6). Viņa, tāpat kā austrieši pirms ceturtdaļgadsimta, pētīja aktīnija-227 sabrukšanu. Tehnoloģiskais progress ļāva iegūt tīru preparātu, un šoreiz nevienam nebija šaubu, ka tas beidzot ir identificēts. Pētnieks viņu nosauca Francijas par godu savai dzimtenei. 87. elements bija pēdējais, kas tika atklāts minerālos, nākamie tika iegūti mākslīgi.
franču tas veidojas radioaktīvās sērijas sānu atzarā, procesā ar zemu efektivitāti un turklāt ir ļoti īslaicīgs. Spēcīgākā Perejas kundzes atklātā izotopa Fr-223 pussabrukšanas periods ir nedaudz vairāk par 20 minūtēm (tas nozīmē, ka pēc stundas paliek tikai 1/8 no sākotnējā daudzuma). Ir aprēķināts, ka visā pasaulē ir tikai aptuveni 30 grami franku (tiek izveidots līdzsvars starp bojājošos izotopu un jaunizveidoto izotopu).
Lai gan franku savienojumu redzamā daļa netika iegūta, tika pētītas tā īpašības, un tika konstatēts, ka tas pieder pie sārmainās grupas. Piemēram, ja perhlorātu pievieno šķīdumam, kas satur franku un kālija jonus, nogulsnes būs radioaktīvas, nevis šķīdums. Šī uzvedība pierāda, ka FrClO4 nedaudz šķīstošs (izgulsnējas ar KClO4), un francija īpašības ir līdzīgas kālija īpašībām.
Francija, kā viņam būtu...
… Ja es varētu iegūt tā paraugu, kas redzams ar neapbruņotu aci? Protams, mīksts kā vasks, un varbūt ar zeltainu nokrāsu (cēzijs virs tā ir ļoti mīksts un dzeltenīgā krāsā). Tas izkusīs 20–25 °C temperatūrā un iztvaiko aptuveni 650 °C (aprēķins, pamatojoties uz datiem no iepriekšējās epizodes). Turklāt tas būtu ļoti ķīmiski aktīvs. Tāpēc tas jāuzglabā bez skābekļa un mitruma pieejamības un traukā, kas pasargā no starojuma. Būtu jāsteidzas ar eksperimentiem, jo pēc dažām stundām franču praktiski vairs nepaliktu.
Goda litijs
Atcerieties pseidohalogēnus no pagājušā gada halogēna cikla? Tie ir joni, kas uzvedas kā anjoni, piemēram, Cl- vai nē-. Tajos ietilpst, piemēram, cianīdi CN- un SCN dzimumzīmes-, veidojot sāļus, kuru šķīdība ir līdzīga 17. grupas anjonu šķīdībai.
Arī lietuviešiem ir sekotājs, kas ir amonija jons NH. 4 + - produkts, kas rodas amonjaka izšķīdināšanā ūdenī (šķīdums ir sārmains, lai gan vājāks nekā sārmu metālu hidroksīdu gadījumā) un tā reakcijas ar skābēm. Jons līdzīgi reaģē ar smagākiem sārmu metāliem, un tā visciešākā saistība ir ar kāliju, piemēram, pēc izmēra tas ir līdzīgs kālija katjonam un bieži aizvieto K+ tā dabiskajos savienojumos. Litija metāli ir pārāk reaģējoši, lai tos iegūtu ar sāļu un hidroksīdu ūdens šķīdumu elektrolīzi. Izmantojot dzīvsudraba elektrodu, tiek iegūts metāla šķīdums dzīvsudrabā (amalgama). Amonija jons ir tik līdzīgs sārmu metāliem, ka tas arī veido amalgamu.
Sistemātiskā analīzes gaitā L.magnija jonu materiāli ir pēdējie, kas tiek atklāti. Iemesls ir to hlorīdu, sulfātu un sulfīdu labā šķīdība, kas nozīmē, ka tie neizgulsnējas, iedarbojoties ar iepriekš pievienotiem reaģentiem, ko izmanto, lai noteiktu smagāku metālu klātbūtni paraugā. Lai gan amonija sāļi ir arī ļoti labi šķīstoši, tie tiek atklāti pašā analīzes sākumā, jo tie neiztur šķīdumu karsēšanu un iztvaikošanu (tie diezgan viegli sadalās, izdaloties amonjakam). Procedūra droši vien ir zināma visiem: paraugam pievieno stipras bāzes (NaOH vai KOH) šķīdumu, kas izraisa amonjaka izdalīšanos.
Sam amonjaks to nosaka pēc smaržas vai uz mēģenes kakliņa uzliekot ūdenī samitrinātu universālu papīra lapu. NH gāze3 izšķīst ūdenī un padara šķīdumu sārmainu un padara papīru zilu.
7. Amonija jonu noteikšana: kreisajā pusē testa strēmele izdalītā amonjaka ietekmē kļūst zila, labajā pusē pozitīvs Neslera testa rezultāts
Nosakot amonjaku ar smaržas palīdzību, jāatceras noteikumi par deguna lietošanu laboratorijā. Tāpēc neliecies virs reakcijas trauka, ar vēdekļveida rokas kustību virzi tvaikus pret sevi un neieelpo gaisu "pilnām krūtīm", bet ļaujiet savienojuma aromātam pašam sasniegt degunu.
Amonija sāļu šķīdība ir līdzīga analogu kālija savienojumu šķīdībai, tāpēc var būt vilinoši sagatavot amonija perhlorātu NH.4ClO4 un komplekss savienojums ar kobaltu (sīkāku informāciju skatiet iepriekšējā epizodē). Tomēr piedāvātās metodes nav piemērotas ļoti mazu amonjaka un amonija jonu daudzuma noteikšanai paraugā. Laboratorijās šim nolūkam izmanto Neslera reaģentu, kas izgulsnējas vai maina krāsu pat NH pēdu klātbūtnē.3 (7).
Tomēr es stingri neiesaku veikt atbilstošu pārbaudi mājās, jo ir nepieciešams izmantot toksiskus dzīvsudraba savienojumus.
Pagaidiet, līdz atrodaties profesionālā laboratorijā mentora profesionālā uzraudzībā. Ķīmija ir aizraujoša, bet - tiem, kas to nezina vai ir neuzmanīgi - tā var būt bīstama.
Skatīt arī:
