Метална шарка част 3 - Всичко останало
След лития, който все повече се използва в съвременната икономика, и натрия и калия, които са едни от най-важните елементи в индустрията и живия свят, дойде време и за останалите алкални елементи. Пред нас са рубидий, цезий и франк.
Последните три елемента са много сходни един с друг, като в същото време имат сходни свойства с калия и заедно с него образуват подгрупа, наречена калий. Тъй като почти сигурно няма да можете да правите никакви експерименти с рубидий и цезий, трябва да се задоволите с информацията, че те реагират като калий и че техните съединения имат същата разтворимост като неговите съединения.
1. Бащите на спектроскопията: Роберт Вилхелм Бунзен (1811-99) вляво, Густав Робърт Кирхоф (1824-87) вдясно
Ранен напредък в спектроскопията
Феноменът на оцветяване на пламъка със съединения на определени елементи е бил известен и използван при производството на фойерверки много преди те да бъдат пуснати в свободно състояние. В началото на деветнадесети век учените изследват спектралните линии, които се появяват в светлината на Слънцето и излъчвани от нагрети химични съединения. През 1859 г. двама немски физици - Робърт Бунзен i Густав Кирхоф - изградено устройство за тестване на излъчваната светлина (1). Първият спектроскоп имаше проста конструкция: той се състоеше от призма, която разделяше светлината на спектрални линии и окуляр с леща за тяхното наблюдение (2). Полезността на спектроскопа за химичен анализ беше веднага забелязана: веществото се разпада на атоми при високата температура на пламъка и те излъчват линии, характерни само за себе си.
2. Г. Спектроскоп на Кирхоф
3. Метален цезий (http://images-of-elements.com)
Бунзен и Кирхоф започват своето изследване и година по-късно изпаряват 44 тона минерална вода от извор в Дюркхайм. В спектъра на седимента се появяват линии, които не могат да бъдат приписани на нито един познат по това време елемент. Бунзен (той също беше химик) изолира хлорида на нов елемент от утайката и даде името на съдържащия се в него метал. ЧЕЗ въз основа на силните сини линии в неговия спектър (на латински = синьо) (3).
Няколко месеца по-късно, вече през 1861 г., учените изследват по-подробно спектъра на солното находище и откриват наличието на друг елемент в него. Те успяха да изолират неговия хлорид и да определят атомната му маса. Тъй като червените линии бяха ясно видими в спектъра, новият литиев метал беше наречен рубиден (от латински = тъмночервен) (4). Откриването на два елемента чрез спектрален анализ убеди химици и физици. През следващите години спектроскопията се превръща в един от основните изследователски инструменти и откритията валят като от рог на изобилието.
4. Метален рубидий (http://images-of-elements.com)
Рубин не образува собствени минерали, а цезият е само един (5). И двата елемента. Повърхностният слой на Земята съдържа 0,029% рубидий (17-то място в списъка на елементарното изобилие) и 0,0007% цезий (39-то място). Те не са биоелементи, но някои растения селективно съхраняват рубидий, като тютюна и захарното цвекло. От физикохимична гледна точка и двата метала са „калий върху стероиди“: още по-мек и топим и още по-реактивен (например те се запалват спонтанно във въздуха и дори реагират с вода с експлозия).
през това е най-"металният" елемент (в химичния, а не в разговорния смисъл на думата). Както бе споменато по-горе, свойствата на техните съединения също са подобни на тези на аналогичните калиеви съединения.
5 Поллуцитът е единственият цезиев минерал (USGS)
метален рубидий а цезият се получава чрез редукция на техните съединения с магнезий или калций във вакуум. Тъй като те са необходими само за производството на определени видове слънчеви клетки (падащата светлина лесно излъчва електрони от техните повърхности), годишното производство на рубидий и цезий е от порядъка на стотици килограми. Техните съединения също не се използват широко.
Както при калия, един от изотопите на рубидий е радиоактивен. Rb-87 има период на полуразпад от 50 милиарда години, така че радиацията е много ниска. Този изотоп се използва за датиране на скали. Цезият няма естествено срещащи се радиоактивни изотопи, но CS-137 е един от продуктите на делене на уран в ядрени реактори. Той е отделен от отработените горивни пръти, тъй като този изотоп е бил използван като източник на гама радиация, например за унищожаване на ракови тумори.
В чест на Франция
6. Откривателят на френския език - Маргьорит Пере (1909-75)
Менделеев вече е предвидил съществуването на метал литий, по-тежък от цезия, и му е дал работно име. Химиците са го търсили в други литиеви минерали, защото, подобно на своя роднина, той трябва да е там. Няколко пъти изглеждаше, че е открито, макар и хипотетично, но така и не се материализира.
В началото на 87 г. става ясно, че елемент 1914 е радиоактивен. През 227 г. австрийските физици са били близо до откритието. S. Meyer, W. Hess и F. Panet наблюдават слабо алфа излъчване от препарата актиний-89 (в допълнение към обилно секретираните бета частици). Тъй като атомният номер на актиния е 87 и излъчването на алфа частица се дължи на „намаляването“ на елемента до две места в периодичната таблица, изотопът с атомен номер 223 и масово число XNUMX обаче трябва да е алфа частици с подобна енергия (обхватът на частиците във въздуха се измерва пропорционално на тяхната енергия) също изпраща изотоп на протактиний, други учени предполагат замърсяване на лекарството.
Скоро избухна война и всичко беше забравено. През 30-те години на миналия век са проектирани ускорителите на частици и са получени първите изкуствени елементи, например дългоочаквания астатий с атомен номер 85. В случая на елемент 87 нивото на технологиите от онова време не позволява получаването на необходимото количество материал за синтез. Френският физик неочаквано успя Маргьорит Перей, ученик на Мария Склодовска-Кюри (6). Тя, подобно на австрийците преди четвърт век, изучава разпадането на актиний-227. Технологичният прогрес направи възможно получаването на чист препарат и този път никой не се съмняваше, че той най-накрая е идентифициран. Изследователят го нарече Френски в чест на родината си. Елемент 87 е последният открит в минералите, следващите са получени изкуствено.
Frans образува се в страничния клон на радиоактивната серия, при процес с ниска ефективност и освен това е много краткотраен. Най-силният изотоп, открит от г-жа Perey, Fr-223, има период на полуразпад от малко над 20 минути (което означава, че само 1/8 от първоначалното количество остава след час). Изчислено е, че цялото земно кълбо съдържа само около 30 грама франк (установява се равновесие между разпадащия се изотоп и новообразувания изотоп).
Въпреки че видимата част от съединенията на франка не е получена, неговите свойства са изследвани и е установено, че принадлежи към алкалната група. Например, когато перхлорат се добави към разтвор, съдържащ франк и калиеви йони, утайката ще бъде радиоактивна, а не разтворът. Това поведение доказва, че FrClO4 слабо разтворим (утаява се с KClO4), а свойствата на франция са подобни на тези на калия.
Франция, как би бил той...
… Ако мога да взема проба от него, видима с просто око? Разбира се, мек като восък и може би със златист оттенък (цезият над него е много мек и жълтеникав на цвят). Ще се стопи при 20-25°C и ще се изпари около 650°C (оценка въз основа на данни от предишния епизод). Освен това би бил много химически активен. Затова трябва да се съхранява без достъп на кислород и влага и в контейнер, който предпазва от радиация. Трябваше да се побърза с експериментите, защото след няколко часа на практика нямаше да останат френски.
Почетна лития
Помните ли псевдохалогените от миналогодишния халогенен цикъл? Това са йони, които се държат като аниони като Cl- или не-. Те включват например цианиди CN- и SCN бенки-, образувайки соли с разтворимост, подобна на тази на аниони от група 17.
Литовците също имат последовател, който е амониевият йон NH. 4 + - продукт от разтварянето на амоняк във вода (разтворът е алкален, макар и по-слаб, отколкото в случая на хидроксиди на алкални метали) и реакцията му с киселини. Йонът реагира по подобен начин с по-тежките алкални метали и най-близката му връзка е с калия, например той е подобен по размер на калиевия катион и често замества K+ в естествените му съединения. Литиевите метали са твърде реактивни, за да бъдат получени чрез електролиза на водни разтвори на соли и хидроксиди. С помощта на живачен електрод се получава метален разтвор в живак (амалгама). Амониевият йон е толкова подобен на алкалните метали, че също образува амалгама.
В системния ход на анализа на Л.материали с магнезиеви йони са последните открити. Причината е добрата разтворимост на техните хлориди, сулфати и сулфиди, което означава, че те не се утаяват под действието на предварително добавени реактиви, използвани за определяне наличието на по-тежки метали в пробата. Въпреки че амониевите соли също са силно разтворими, те се откриват в самото начало на анализа, тъй като не издържат на нагряване и изпаряване на разтворите (те се разлагат доста лесно с отделянето на амоняк). Процедурата вероятно е известна на всички: към пробата се добавя разтвор на силна основа (NaOH или KOH), което предизвиква отделяне на амоняк.
Сам амоняк открива се по миризма или чрез поставяне на универсално парче хартия, навлажнено с вода, върху гърлото на епруветката. NH газ3 разтваря се във вода и прави разтвора алкален и оцветява хартията в синьо.
7. Откриване на амониеви йони: вляво тест лентата става синя под действието на освободения амоняк, вдясно положителен резултат от теста на Неслер
Когато откривате амоняк с помощта на миризма, трябва да запомните правилата за използване на носа в лабораторията. Затова не се навеждайте над реакционния съд, насочвайте изпаренията към себе си с ветрилообразно движение на ръката си и не вдишвайте въздуха с пълни гърди, а оставете аромата на съединението да достигне до носа ви сам.
Разтворимостта на амониевите соли е подобна на тази на аналогичните калиеви съединения, така че може да е изкушаващо да се приготви амониев перхлорат NH.4СЮ4 и комплексно съединение с кобалт (за подробности вижте предишния епизод). Представените методи обаче не са подходящи за откриване на много малки количества амоняк и амониеви йони в проба. В лабораториите за тази цел се използва реактив на Неслер, който се утаява или променя цвета си дори при наличие на следи от NH3 (7).
Въпреки това силно не съветвам да правите подходящ тест у дома, тъй като е необходимо да използвате токсични живачни съединения.
Изчакайте, докато сте в професионална лаборатория под професионален надзор на ментор. Химията е очарователна, но - за тези, които не я познават или са невнимателни - може да бъде опасна.
Вижте също:
