Metal Pattern Part 3 - Everything Others

Μετά το λίθιο, που χρησιμοποιείται όλο και περισσότερο στη σύγχρονη οικονομία, και το νάτριο και το κάλιο, που είναι ένα από τα πιο σημαντικά στοιχεία στη βιομηχανία και στον ζωντανό κόσμο, ήρθε η ώρα για τα υπόλοιπα αλκαλικά στοιχεία. Μπροστά μας είναι το ρουβίδιο, το καίσιο και το φράγκο.

Τα τρία τελευταία στοιχεία μοιάζουν πολύ μεταξύ τους, και ταυτόχρονα έχουν παρόμοιες ιδιότητες με το κάλιο και μαζί με αυτό σχηματίζουν μια υποομάδα που ονομάζεται κάλιο. Δεδομένου ότι σχεδόν σίγουρα δεν θα μπορείτε να κάνετε πειράματα με το ρουβίδιο και το καίσιο, πρέπει να είστε ικανοποιημένοι με την πληροφορία ότι αντιδρούν όπως το κάλιο και ότι οι ενώσεις τους έχουν την ίδια διαλυτότητα με τις ενώσεις του.

1. Πατέρες της φασματοσκοπίας: Robert Wilhelm Bunsen (1811-99) στα αριστερά, Gustav Robert Kirchhoff (1824-87) στα δεξιά

Πρώιμες εξελίξεις στη φασματοσκοπία

Το φαινόμενο του χρωματισμού της φλόγας με ενώσεις ορισμένων στοιχείων ήταν γνωστό και χρησιμοποιήθηκε στην κατασκευή πυροτεχνημάτων πολύ πριν αυτά απελευθερωθούν στην ελεύθερη κατάσταση. Στις αρχές του δέκατου ένατου αιώνα, οι επιστήμονες μελέτησαν τις φασματικές γραμμές που εμφανίζονται στο φως του Ήλιου και εκπέμπονται από θερμαινόμενες χημικές ενώσεις. Το 1859, δύο Γερμανοί φυσικοί - Ρόμπερτ Μπούνσεν i Γκούσταβ Κίρχοφ - κατασκεύασε μια συσκευή για τη δοκιμή του εκπεμπόμενου φωτός (1). Το πρώτο φασματοσκόπιο είχε απλό σχεδιασμό: αποτελούνταν από ένα πρίσμα που χώριζε το φως σε φασματικές γραμμές και προσοφθάλμιο με φακό για την παρατήρησή τους (2). Η χρησιμότητα του φασματοσκοπίου για χημική ανάλυση έγινε αμέσως αντιληπτή: η ουσία διασπάται σε άτομα στην υψηλή θερμοκρασία της φλόγας και αυτά εκπέμπουν γραμμές χαρακτηριστικές μόνο για τον εαυτό τους.

2. Γ. Φασματοσκόπιο Kirchhoff

3. Μεταλλικό καίσιο (http://images-of-elements.com)

Οι Bunsen και Kirchhoff ξεκίνησαν την έρευνά τους και ένα χρόνο αργότερα εξατμίστηκαν 44 τόνοι μεταλλικού νερού από μια πηγή στο Durkheim. Εμφανίστηκαν γραμμές στο φάσμα των ιζημάτων που δεν μπορούσαν να αποδοθούν σε κανένα στοιχείο που ήταν γνωστό εκείνη την εποχή. Ο Bunsen (ήταν επίσης χημικός) απομόνωσε το χλώριο ενός νέου στοιχείου από το ίζημα και έδωσε το όνομα στο μέταλλο που περιέχεται σε αυτό. CEZ με βάση τις έντονες μπλε γραμμές στο φάσμα του (Λατινικά = μπλε) (3).

Λίγους μήνες αργότερα, ήδη το 1861, οι επιστήμονες εξέτασαν το φάσμα της εναπόθεσης αλατιού με περισσότερες λεπτομέρειες και ανακάλυψαν την παρουσία ενός άλλου στοιχείου σε αυτό. Κατάφεραν να απομονώσουν το χλωρίδιο του και να προσδιορίσουν την ατομική του μάζα. Δεδομένου ότι οι κόκκινες γραμμές ήταν καθαρά ορατές στο φάσμα, το νέο μέταλλο λιθίου ονομάστηκε ρουμπώδης (από το λατινικό = σκούρο κόκκινο) (4). Η ανακάλυψη δύο στοιχείων μέσω της φασματικής ανάλυσης έπεισε χημικούς και φυσικούς. Τα επόμενα χρόνια, η φασματοσκοπία έγινε ένα από τα κύρια ερευνητικά εργαλεία και οι ανακαλύψεις έπεσαν βροχή σαν κερατοειδές.

4. Μεταλλικό ρουβίδιο (http://images-of-elements.com)

Ρουμπίνι δεν σχηματίζει δικά του ορυκτά και το καίσιο είναι μόνο ένα (5). Και τα δύο στοιχεία. Το επιφανειακό στρώμα της Γης περιέχει 0,029% ρουβίδιο (17η θέση στη λίστα με τις στοιχειώδεις αφθονίες) και 0,0007% καίσιο (39η θέση). Δεν είναι βιοστοιχεία, αλλά ορισμένα φυτά αποθηκεύουν επιλεκτικά το ρουβίδιο, όπως ο καπνός και τα ζαχαρότευτλα. Από φυσικοχημική άποψη, και τα δύο μέταλλα είναι "κάλιο στα στεροειδή": ακόμη πιο μαλακά και εύτηκτα και ακόμη πιο αντιδραστικά (για παράδειγμα, αναφλέγονται αυθόρμητα στον αέρα και ακόμη και αντιδρούν με το νερό με έκρηξη).

μέσω είναι το πιο «μεταλλικό» στοιχείο (με τη χημική, όχι με την καθομιλουμένη έννοια της λέξης). Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, οι ιδιότητες των ενώσεων τους είναι επίσης παρόμοιες με εκείνες των αναλόγων ενώσεων καλίου.

5 Το Pollucite είναι το μόνο ορυκτό καισίου (USGS)

μεταλλικό ρουβίδιο και το καίσιο λαμβάνεται με αναγωγή των ενώσεων τους με μαγνήσιο ή ασβέστιο στο κενό. Δεδομένου ότι χρειάζονται μόνο για την παραγωγή ορισμένων τύπων ηλιακών κυψελών (το προσπίπτον φως εκπέμπει εύκολα ηλεκτρόνια από τις επιφάνειές τους), η ετήσια παραγωγή ρουβιδίου και καισίου είναι της τάξης των εκατοντάδων κιλών. Οι ενώσεις τους επίσης δεν χρησιμοποιούνται ευρέως.

Όπως και με το κάλιο, ένα από τα ισότοπα του ρουβιδίου είναι ραδιενεργό. Το Rb-87 έχει χρόνο ημιζωής 50 δισεκατομμύρια χρόνια, επομένως η ακτινοβολία είναι πολύ χαμηλή. Αυτό το ισότοπο χρησιμοποιείται για την χρονολόγηση βράχων. Το καίσιο δεν έχει φυσικά ραδιενεργά ισότοπα, αλλά CS-137 είναι ένα από τα προϊόντα σχάσης του ουρανίου σε πυρηνικούς αντιδραστήρες. Διαχωρίζεται από τις ράβδους αναλωμένου καυσίμου επειδή αυτό το ισότοπο έχει χρησιμοποιηθεί ως πηγή ακτινοβολίας γάμμα, για παράδειγμα, για την καταστροφή καρκινικών όγκων.

Προς τιμήν της Γαλλίας

6. Η ανακάλυψη της γαλλικής γλώσσας - Marguerite Perey (1909-75)

Ο Mendeleev είχε ήδη προβλέψει την ύπαρξη μετάλλου λιθίου βαρύτερου από το καίσιο και του έδωσε ένα λειτουργικό όνομα. Οι χημικοί το έχουν ψάξει σε άλλα ορυκτά λιθίου γιατί, όπως και το συγγενικό τους, θα έπρεπε να είναι εκεί. Αρκετές φορές φάνηκε ότι ανακαλύφθηκε, αν και υποθετικά, αλλά δεν υλοποιήθηκε ποτέ.

Στις αρχές της δεκαετίας του 87, έγινε σαφές ότι το στοιχείο 1914 ήταν ραδιενεργό. Το 227, οι Αυστριακοί φυσικοί ήταν κοντά στο να το ανακαλύψουν. Οι S. Meyer, W. Hess και F. Panet παρατήρησαν ασθενή ακτινοβολία άλφα από το ακτίνιο-89 (επιπλέον των σωματιδίων βήτα που εκκρίνονται άφθονα). Επειδή ο ατομικός αριθμός του ακτινίου είναι 87 και η εκπομπή ενός σωματιδίου άλφα οφείλεται στην "απαγωγή" του στοιχείου δύο θέσεων στον περιοδικό πίνακα, το ισότοπο με ατομικό αριθμό 223 και αριθμό μάζας XNUMX θα έπρεπε να ήταν. φάρμακο.

Γρήγορα ξέσπασε ο πόλεμος και όλα ξεχάστηκαν. Στη δεκαετία του 30 σχεδιάστηκαν επιταχυντές σωματιδίων και αποκτήθηκαν τα πρώτα τεχνητά στοιχεία, για παράδειγμα, το πολυαναμενόμενο άστατο με ατομικό αριθμό 85. Στην περίπτωση του στοιχείου 87, το επίπεδο τεχνολογίας εκείνης της εποχής δεν επέτρεπε την απόκτηση της απαραίτητης ποσότητας υλικού για σύνθεση. Γάλλος φυσικός πέτυχε απροσδόκητα Marguerite Perey, μαθήτρια της Maria Sklodowska-Curie (6). Αυτή, όπως και οι Αυστριακοί πριν από ένα τέταρτο του αιώνα, μελέτησε τη διάσπαση του ακτινίου-227. Η τεχνολογική πρόοδος κατέστησε δυνατή την απόκτηση μιας καθαρής προετοιμασίας, και αυτή τη φορά κανείς δεν είχε καμία αμφιβολία ότι τελικά είχε εντοπιστεί. Ο εξερευνητής τον ονόμασε Γάλλος προς τιμήν της πατρίδας τους. Το στοιχείο 87 ήταν το τελευταίο που ανακαλύφθηκε σε ορυκτά, τα επόμενα αποκτήθηκαν τεχνητά.

Φρανς σχηματίζεται στον πλευρικό κλάδο της ραδιενεργής σειράς, σε μια διαδικασία με χαμηλή απόδοση και, επιπλέον, είναι πολύ βραχύβια. Το ισχυρότερο ισότοπο που ανακάλυψε η κυρία Perey, το Fr-223, έχει χρόνο ημιζωής λίγο περισσότερο από 20 λεπτά (που σημαίνει ότι μόνο το 1/8 της αρχικής ποσότητας παραμένει μετά από μία ώρα). Έχει υπολογιστεί ότι ολόκληρη η υδρόγειος περιέχει μόνο περίπου 30 γραμμάρια φράγκου (αποκαθίσταται μια ισορροπία μεταξύ του αποσυντιθέμενου ισοτόπου και του νεοσχηματισμένου ισοτόπου).

Αν και το ορατό μέρος των ενώσεων του φράγκου δεν ελήφθη, μελετήθηκαν οι ιδιότητές του και διαπιστώθηκε ότι ανήκει στην αλκαλική ομάδα. Για παράδειγμα, όταν προστίθεται υπερχλωρικό σε διάλυμα που περιέχει ιόντα φράγκου και καλίου, το ίζημα θα είναι ραδιενεργό και όχι το διάλυμα. Αυτή η συμπεριφορά αποδεικνύει ότι το FrClO₄ ελαφρώς διαλυτό (καθιζάνει με KClO₄), και οι ιδιότητες του φραγκίου είναι παρόμοιες με αυτές του καλίου.

Γαλλία, πώς θα ήταν...

… Αν μπορούσα να λάβω ένα δείγμα του ορατό με γυμνό μάτι; Φυσικά, απαλό σαν κερί, και ίσως με χρυσαφένια απόχρωση (το καίσιο από πάνω είναι πολύ απαλό και κιτρινωπό χρώμα). Θα έλιωνε στους 20-25°C και θα εξατμιζόταν γύρω στους 650°C (εκτίμηση με βάση τα δεδομένα από το προηγούμενο επεισόδιο). Επιπλέον, θα ήταν πολύ χημικά ενεργό. Επομένως, θα πρέπει να φυλάσσεται χωρίς πρόσβαση σε οξυγόνο και υγρασία και σε δοχείο που να προστατεύει από την ακτινοβολία. Θα ήταν απαραίτητο να επισπεύσουμε τα πειράματα, γιατί σε λίγες ώρες δεν θα έμενε πρακτικά κανένας Γάλλος.

Τιμητικό λίθιο

Θυμάστε τα ψευδο-αλογόνα από τον περσινό κύκλο αλογόνου; Αυτά είναι ιόντα που συμπεριφέρονται σαν ανιόντα όπως το Cl^- ή όχι^-. Αυτά περιλαμβάνουν, για παράδειγμα, κυανιούχα CN^- και κρεατοελιές SCN^-, σχηματίζοντας άλατα με διαλυτότητα παρόμοια με αυτή των ανιόντων της ομάδας 17.

Οι Λιθουανοί έχουν επίσης έναν ακόλουθο, που είναι το ιόν αμμωνίου NH. ₄ ⁺ - προϊόν της διάλυσης της αμμωνίας στο νερό (το διάλυμα είναι αλκαλικό, αν και πιο ασθενές από ό,τι στην περίπτωση των υδροξειδίων των αλκαλικών μετάλλων) και της αντίδρασής της με οξέα. Το ιόν αντιδρά ομοίως με τα βαρύτερα αλκαλικά μέταλλα και η στενότερη σχέση του είναι με το κάλιο, για παράδειγμα, είναι παρόμοιο σε μέγεθος με το κατιόν του καλίου και συχνά αντικαθιστά το K+ στις φυσικές του ενώσεις. Τα μέταλλα λιθίου είναι πολύ αντιδραστικά για να ληφθούν με ηλεκτρόλυση υδατικών διαλυμάτων αλάτων και υδροξειδίων. Χρησιμοποιώντας ένα ηλεκτρόδιο υδραργύρου, λαμβάνεται ένα μεταλλικό διάλυμα σε υδράργυρο (αμάλγαμα). Το ιόν αμμωνίου είναι τόσο παρόμοιο με τα μέταλλα των αλκαλίων που σχηματίζει επίσης ένα αμάλγαμα.

Στη συστηματική πορεία της ανάλυσης του Λ.υλικά ιόντων μαγνησίου είναι τα τελευταία που ανακαλύφθηκαν. Ο λόγος είναι η καλή διαλυτότητα των χλωριδίων, θειικών και σουλφιδίων τους, που σημαίνει ότι δεν καθιζάνουν υπό τη δράση αντιδραστηρίων που έχουν προστεθεί προηγουμένως που χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό της παρουσίας βαρύτερων μετάλλων στο δείγμα. Αν και τα άλατα αμμωνίου είναι επίσης πολύ διαλυτά, ανιχνεύονται στην αρχή της ανάλυσης, καθώς δεν αντέχουν στη θέρμανση και την εξάτμιση των διαλυμάτων (αποσυντίθενται αρκετά εύκολα με την απελευθέρωση αμμωνίας). Η διαδικασία είναι πιθανώς γνωστή σε όλους: ένα διάλυμα ισχυρής βάσης (NaOH ή KOH) προστίθεται στο δείγμα, το οποίο προκαλεί την απελευθέρωση αμμωνίας.

ο Σαμ αμμωνία ανιχνεύεται με τη μυρωδιά ή με την εφαρμογή ενός γενικού κομματιού χαρτιού βρεγμένου με νερό στο λαιμό ενός δοκιμαστικού σωλήνα. Αέριο NH₃ διαλύεται στο νερό και κάνει το διάλυμα αλκαλικό και κάνει το χαρτί μπλε.

7. Ανίχνευση ιόντων αμμωνίου: στα αριστερά, η δοκιμαστική ταινία γίνεται μπλε υπό την επίδραση της απελευθερωμένης αμμωνίας, στα δεξιά, ένα θετικό αποτέλεσμα της δοκιμής Nessler

Κατά την ανίχνευση αμμωνίας με τη βοήθεια της όσφρησης, θα πρέπει να θυμάστε τους κανόνες για τη χρήση της μύτης στο εργαστήριο. Επομένως, μην σκύβετε πάνω από το δοχείο αντίδρασης, κατευθύνετε τους ατμούς προς τον εαυτό σας με μια κίνηση του ανεμιστήρα του χεριού και μην εισπνέετε τον αέρα «γεμάτο στήθος», αλλά αφήστε το άρωμα της ένωσης να φτάσει στη μύτη από μόνο του.

Η διαλυτότητα των αλάτων αμμωνίου είναι παρόμοια με αυτή των ανάλογων ενώσεων καλίου, επομένως μπορεί να είναι δελεαστικό να παρασκευαστεί υπερχλωρικό αμμώνιο NH.₄ClO₄ και μια σύνθετη ένωση με κοβάλτιο (για λεπτομέρειες, δείτε το προηγούμενο επεισόδιο). Ωστόσο, οι μέθοδοι που παρουσιάζονται δεν είναι κατάλληλες για την ανίχνευση πολύ μικρών ποσοτήτων αμμωνίας και ιόντων αμμωνίου σε ένα δείγμα. Στα εργαστήρια, για το σκοπό αυτό χρησιμοποιείται το αντιδραστήριο Nessler, το οποίο καθιζάνει ή αλλάζει χρώμα ακόμη και παρουσία ιχνών NH₃ (7).

Ωστόσο, σας συμβουλεύω ανεπιφύλακτα να μην κάνετε μια κατάλληλη δοκιμή στο σπίτι, καθώς είναι απαραίτητη η χρήση τοξικών ενώσεων υδραργύρου.

Περιμένετε μέχρι να βρεθείτε σε ένα επαγγελματικό εργαστήριο υπό την επαγγελματική επίβλεψη ενός μέντορα. Η χημεία είναι συναρπαστική, αλλά -για όσους δεν τη γνωρίζουν ή είναι απρόσεκτοι- μπορεί να είναι επικίνδυνη.

Δείτε επίσης: