Corak Logam Bahagian 3 - Segala-galanya

Selepas litium, yang semakin digunakan dalam ekonomi moden, dan natrium dan kalium, yang merupakan antara unsur terpenting dalam industri dan dunia kehidupan, masanya telah tiba untuk unsur alkali yang lain. Di hadapan kita adalah rubidium, cesium dan franc.

Tiga unsur terakhir adalah sangat serupa antara satu sama lain, dan pada masa yang sama mempunyai sifat yang sama dengan kalium dan bersama-sama dengannya membentuk subkumpulan yang dipanggil kalium. Memandangkan anda hampir pasti tidak akan dapat membuat sebarang eksperimen dengan rubidium dan cesium, anda mesti berpuas hati dengan maklumat bahawa ia bertindak balas seperti kalium dan bahawa sebatiannya mempunyai keterlarutan yang sama dengan sebatiannya.

1. Bapa spektroskopi: Robert Wilhelm Bunsen (1811-99) di sebelah kiri, Gustav Robert Kirchhoff (1824-87) di sebelah kanan

Kemajuan awal dalam spektroskopi

Fenomena mewarna api dengan sebatian unsur-unsur tertentu diketahui dan digunakan dalam pembuatan bunga api lama sebelum ia dilepaskan ke dalam keadaan bebas. Pada awal abad kesembilan belas, saintis mengkaji garis spektrum yang muncul dalam cahaya Matahari dan dipancarkan oleh sebatian kimia yang dipanaskan. Pada tahun 1859, dua ahli fizik Jerman - Robert Bunsen i Gustav Kirchhoff - membina peranti untuk menguji cahaya yang dipancarkan (1). Spektroskop pertama mempunyai reka bentuk yang mudah: ia terdiri daripada prisma yang memisahkan cahaya kepada garis spektrum dan kanta mata dengan kanta untuk pemerhatian mereka (2). Kegunaan spektroskop untuk analisis kimia segera diperhatikan: bahan terurai menjadi atom pada suhu tinggi nyalaan, dan garisan ini memancarkan ciri-cirinya sahaja.

2. G. Kirchhoff pada spektroskop

3. Sesium logam (http://images-of-elements.com)

Bunsen dan Kirchhoff memulakan penyelidikan mereka dan setahun kemudian mereka menyejat 44 tan air mineral dari mata air di Durkheim. Garisan muncul dalam spektrum sedimen yang tidak boleh dikaitkan dengan mana-mana unsur yang diketahui pada masa itu. Bunsen (dia juga seorang ahli kimia) mengasingkan klorida unsur baru daripada sedimen, dan memberi nama kepada logam yang terkandung di dalamnya. CEZ berdasarkan garis biru kuat dalam spektrumnya (Latin = biru) (3).

Beberapa bulan kemudian, sudah pada tahun 1861, saintis meneliti spektrum deposit garam dengan lebih terperinci dan menemui kehadiran unsur lain di dalamnya. Mereka dapat mengasingkan kloridanya dan menentukan jisim atomnya. Oleh kerana garis merah jelas kelihatan dalam spektrum, logam litium baharu itu dinamakan rubid (dari bahasa Latin = merah gelap) (4). Penemuan dua unsur melalui analisis spektrum meyakinkan ahli kimia dan ahli fizik. Pada tahun-tahun berikutnya, spektroskopi menjadi salah satu alat penyelidikan utama, dan penemuan-penemuan turun seperti hujan lebat.

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

Rubid ia tidak membentuk mineralnya sendiri, dan sesium hanya satu (5). Kedua-dua elemen. Lapisan permukaan Bumi mengandungi 0,029% rubidium (tempat ke-17 dalam senarai kelimpahan unsur) dan 0,0007% cesium (tempat ke-39). Mereka bukan bioelemen, tetapi sesetengah tumbuhan menyimpan rubidium secara selektif, seperti tembakau dan bit gula. Dari sudut fizikokimia, kedua-dua logam adalah "kalium pada steroid": lebih lembut dan boleh melebur, dan lebih reaktif (sebagai contoh, mereka menyala secara spontan di udara, dan juga bertindak balas dengan air dengan letupan).

melalui ia adalah unsur yang paling "logam" (dalam kimia, bukan dalam erti kata sehari-hari). Seperti yang dinyatakan di atas, sifat sebatian mereka juga serupa dengan sebatian kalium analog.

5 Pollucite Adalah Satu-satunya Mineral Cesium (USGS)

rubidium logam dan cesium diperoleh dengan mengurangkan sebatian mereka dengan magnesium atau kalsium dalam vakum. Memandangkan ia hanya diperlukan untuk menghasilkan jenis sel suria tertentu (cahaya insiden mudah mengeluarkan elektron dari permukaannya), pengeluaran tahunan rubidium dan cesium adalah dalam susunan ratusan kilogram. Sebatian mereka juga tidak digunakan secara meluas.

Seperti kalium, salah satu isotop rubidium ialah radioaktif. Rb-87 mempunyai separuh hayat 50 bilion tahun, jadi sinaran sangat rendah. Isotop ini digunakan untuk tarikh batu. Cesium tidak mempunyai isotop radioaktif semulajadi, tetapi CS-137 merupakan salah satu hasil pembelahan uranium dalam reaktor nuklear. Ia diasingkan daripada rod bahan api terpakai kerana isotop ini digunakan sebagai sumber sinaran-g, contohnya, untuk memusnahkan tumor kanser.

Untuk menghormati Perancis

6. Penemu bahasa Perancis - Marguerite Perey (1909-75)

Mendeleev telah meramalkan kewujudan logam litium yang lebih berat daripada sesium dan memberikannya nama yang berfungsi. Ahli kimia telah mencarinya dalam mineral litium lain kerana, seperti saudara mereka, ia sepatutnya ada. Beberapa kali nampaknya ia ditemui, walaupun secara hipotesis, tetapi tidak pernah menjadi kenyataan.

Pada awal 87-an, menjadi jelas bahawa unsur 1914 adalah radioaktif. Pada tahun 227, ahli fizik Austria hampir menemui. S. Meyer, W. Hess, dan F. Panet memerhatikan sinaran alfa yang lemah daripada aktinium-89 (selain zarah beta yang dirembeskan dengan banyaknya). Oleh kerana nombor atom aktinium ialah 87, dan pelepasan zarah alfa adalah disebabkan oleh "pengurangan" unsur kepada dua tempat dalam jadual berkala, isotop dengan nombor atom 223 dan nombor jisim XNUMX sepatutnya, bagaimanapun, zarah alfa tenaga yang sama (julat zarah dalam udara diukur secara berkadaran tenaga mereka) juga menghantar isotop protaktinium, saintis lain telah mencadangkan pencemaran dadah.

Peperangan segera meletus dan semuanya dilupakan. Pada tahun 30-an, pemecut zarah telah direka dan unsur buatan pertama telah diperolehi, seperti astatium yang telah lama ditunggu-tunggu dengan nombor atom 85. Dalam kes unsur 87, tahap teknologi pada masa itu tidak membenarkan mendapatkan jumlah yang diperlukan bahan untuk sintesis. Ahli fizik Perancis berjaya tanpa diduga Marguerite Perey, pelajar Maria Sklodowska-Curie (6). Dia, seperti orang Austria suku abad yang lalu, mengkaji pereputan actinium-227. Kemajuan teknologi memungkinkan untuk mendapatkan persediaan yang tulen, dan kali ini tiada siapa yang meragui bahawa dia akhirnya telah dikenal pasti. Penjelajah menamakannya Perancis untuk menghormati tanah air mereka. Unsur 87 adalah yang terakhir ditemui dalam mineral, yang berikutnya diperoleh secara buatan.

Perancis ia terbentuk dalam cawangan sampingan siri radioaktif, dalam proses dengan kecekapan rendah dan, lebih-lebih lagi, sangat singkat. Isotop terkuat yang ditemui oleh Puan Perey, Fr-223, mempunyai separuh hayat hanya lebih 20 minit (bermakna hanya 1/8 daripada jumlah asal yang tinggal selepas sejam). Telah dikira bahawa seluruh dunia mengandungi hanya kira-kira 30 gram franc (keseimbangan diwujudkan antara isotop yang mereput dan isotop yang baru terbentuk).

Walaupun bahagian sebatian franc yang boleh dilihat tidak diperoleh, sifatnya telah dikaji, dan didapati ia tergolong dalam kumpulan alkali. Sebagai contoh, apabila perklorat ditambah kepada larutan yang mengandungi ion franc dan kalium, mendakan akan menjadi radioaktif, bukan larutan. Tingkah laku ini membuktikan bahawa FrClO₄ sedikit larut (mendakan dengan KClO₄), dan sifat fransium adalah serupa dengan kalium.

Perancis, bagaimana dia...

… Jika saya boleh mendapatkan sampel itu boleh dilihat dengan mata kasar? Sudah tentu, lembut seperti lilin, dan mungkin dengan warna emas (cesium di atasnya sangat lembut dan berwarna kekuningan). Ia akan cair pada 20-25°C dan mengewap sekitar 650°C (anggaran berdasarkan data daripada episod sebelumnya). Di samping itu, ia akan menjadi sangat aktif secara kimia. Oleh itu, ia harus disimpan tanpa akses kepada oksigen dan kelembapan dan dalam bekas yang melindungi daripada sinaran. Ia perlu untuk tergesa-gesa dengan eksperimen, kerana dalam beberapa jam hampir tidak ada lagi bahasa Perancis.

Litium kehormat

Ingat pseudo-halogen daripada kitaran halogen tahun lepas? Ini adalah ion yang berkelakuan seperti anion seperti Cl^- atau tidak^-. Ini termasuk, sebagai contoh, sianida CN^- dan tahi lalat SCN^-, membentuk garam dengan keterlarutan serupa dengan anion kumpulan 17.

Orang Lithuania juga mempunyai pengikut, iaitu ion ammonium NH. ₄ ⁺ - hasil daripada pelarutan ammonia dalam air (larutannya adalah beralkali, walaupun lebih lemah daripada dalam kes hidroksida logam alkali) dan tindak balasnya dengan asid. Ion juga bertindak balas dengan logam alkali yang lebih berat, dan hubungannya yang paling rapat adalah dengan kalium, sebagai contoh, saiznya serupa dengan kation kalium dan sering menggantikan K+ dalam sebatian semula jadinya. Logam litium terlalu reaktif untuk diperoleh melalui elektrolisis larutan akueus garam dan hidroksida. Menggunakan elektrod merkuri, larutan logam dalam merkuri (amalgam) diperolehi. Ion ammonium sangat mirip dengan logam alkali sehingga ia juga membentuk amalgam.

Dalam perjalanan sistematik analisis L.bahan ion magnesium adalah yang terakhir ditemui. Sebabnya ialah keterlarutan yang baik bagi klorida, sulfat dan sulfida mereka, yang bermaksud bahawa mereka tidak memendakan di bawah tindakan reagen yang ditambah sebelum ini digunakan untuk menentukan kehadiran logam yang lebih berat dalam sampel. Walaupun garam ammonium juga sangat larut, ia dikesan pada awal analisis, kerana ia tidak menahan pemanasan dan penyejatan larutan (ia mudah terurai dengan pembebasan ammonia). Prosedur ini mungkin diketahui oleh semua orang: larutan bes kuat (NaOH atau KOH) ditambahkan pada sampel, yang menyebabkan pembebasan ammonia.

Sam ammonia ia dikesan melalui bau atau dengan menggunakan sekeping kertas universal yang dibasahkan dengan air pada leher tabung uji. Gas NH₃ larut dalam air dan menjadikan larutan beralkali dan menjadikan kertas biru.

7. Pengesanan ion ammonium: di sebelah kiri, jalur ujian bertukar menjadi biru di bawah tindakan ammonia yang dibebaskan, di sebelah kanan, hasil positif ujian Nessler

Jika ammonia dikesan melalui bau, ingat peraturan untuk menggunakan hidung di makmal. Oleh itu, jangan bersandar di atas kapal tindak balas, arahkan wap ke arah diri anda dengan pergerakan kipas tangan anda dan jangan sedut udara "dada penuh", tetapi biarkan aroma sebatian mencapai hidung anda dengan sendirinya.

Keterlarutan garam ammonium adalah serupa dengan sebatian kalium analog, jadi mungkin menarik untuk menyediakan ammonium perklorat NH.₄ClO₄ dan sebatian kompleks dengan kobalt (untuk butiran, lihat episod sebelumnya). Walau bagaimanapun, kaedah yang dibentangkan tidak sesuai untuk mengesan jumlah ammonia dan ion ammonium yang sangat kecil dalam sampel. Di makmal, reagen Nessler digunakan untuk tujuan ini, yang mengendap atau berubah warna walaupun dengan kehadiran kesan NH₃ (7).

Walau bagaimanapun, saya sangat menasihatkan agar tidak melakukan ujian yang sesuai di rumah, kerana perlu menggunakan sebatian merkuri toksik.

Tunggu sehingga anda berada di makmal profesional di bawah pengawasan profesional mentor. Kimia memang menarik, tetapi - bagi mereka yang tidak tahu atau cuai - ia boleh berbahaya.

Lihat juga: