Metalni uzorak 3. dio - sve ostalo

Nakon litija, koji se sve više koristi u modernom gospodarstvu, te natrija i kalija, koji su među najvažnijim elementima u industriji i živom svijetu, došlo je vrijeme za ostatak alkalnih elemenata. Pred nama je rubidij, cezij i franak.

Posljednja tri elementa međusobno su vrlo slična, a istovremeno imaju slična svojstva s kalijem i zajedno s njim čine podskupinu zvanu kalij. Budući da gotovo sigurno nećete moći napraviti nikakve pokuse s rubidijem i cezijem, morate se zadovoljiti informacijom da oni reagiraju poput kalija i da njihovi spojevi imaju istu topljivost kao i njegovi spojevi.

1. Očevi spektroskopije: Robert Wilhelm Bunsen (1811-99) lijevo, Gustav Robert Kirchhoff (1824-87) desno

Rani napredak u spektroskopiji

Fenomen bojanja plamena spojevima određenih elemenata bio je poznat i korišten u proizvodnji vatrometa mnogo prije nego što su pušteni u slobodno stanje. Početkom devetnaestog stoljeća znanstvenici su proučavali spektralne linije koje se pojavljuju u svjetlosti Sunca i koje emitiraju zagrijani kemijski spojevi. Dva su njemačka fizičara 1859. Robert Bunsen i Gustav Kirchhoff - izgrađen uređaj za ispitivanje emitirane svjetlosti (1). Prvi spektroskop imao je jednostavan dizajn: sastojao se od prizme koja je razdvajala svjetlost na spektralne linije i okular s lećom za njihovo promatranje (2). Odmah je uočena korisnost spektroskopa za kemijsku analizu: tvar se na visokoj temperaturi plamena raspada na atome, a te emitiraju linije karakteristične samo za sebe.

2. G. Kirchhoff na spektroskopu

3. Metalni cezij (http://images-of-elements.com)

Bunsen i Kirchhoff započeli su svoja istraživanja i godinu dana kasnije isparili su 44 tone mineralne vode iz izvora u Durkheimu. U spektru sedimenta pojavile su se linije koje se nisu mogle pripisati niti jednom poznatom elementu u to vrijeme. Bunsen (on je također bio kemičar) izolirao je klorid novog elementa iz sedimenta i dao ime metalu koji se nalazi u njemu. ČEZ na temelju jakih plavih linija u svom spektru (latinski = plava) (3).

Nekoliko mjeseci kasnije, već 1861. godine, znanstvenici su detaljnije ispitali spektar naslaga soli i otkrili prisutnost još jednog elementa u njemu. Uspjeli su izolirati njegov klorid i odrediti njegovu atomsku masu. Budući da su crvene linije bile jasno vidljive u spektru, novi metal litij je dobio ime rubidni (od latinskog = tamnocrvena) (4). Otkriće dva elementa spektralnom analizom uvjerilo je kemičare i fizičare. Sljedećih godina spektroskopija je postala jedan od glavnih istraživačkih alata, a otkrića su pljuštala poput roga izobilja.

4. Metalni rubidij (http://images-of-elements.com)

Rubid ne stvara svoje minerale, a cezij je samo jedan (5). Oba elementa. Površinski sloj Zemlje sadrži 0,029% rubidija (17. mjesto na listi elementarnih obilja) i 0,0007% cezija (39. mjesto). Nisu bioelementi, ali neke biljke selektivno pohranjuju rubidij, poput duhana i šećerne repe. S fizikalno-kemijskog stajališta, oba metala su “kalij na steroidima”: još mekši i topljivi, pa čak i reaktivniji (na primjer, spontano se zapale u zraku, pa čak i s vodom reagiraju eksplozijom).

kroz to je naj"metalni" element (u kemijskom, a ne u kolokvijalnom smislu te riječi). Kao što je gore spomenuto, svojstva njihovih spojeva također su slična onima analognih kalijevih spojeva.

5 Pollucite je jedini mineral cezija (USGS)

metalni rubidij a cezij se dobiva reduciranjem njihovih spojeva s magnezijem ili kalcijem u vakuumu. Budući da su potrebne samo za proizvodnju određenih vrsta solarnih ćelija (upadno svjetlo lako emitira elektrone sa svojih površina), godišnja proizvodnja rubidija i cezija je reda veličine stotina kilograma. Njihovi spojevi također se ne koriste široko.

Kao i kod kalija, jedan od izotopa rubidija je radioaktivan. Rb-87 ima vrijeme poluraspada od 50 milijardi godina, pa je zračenje vrlo malo. Ovaj izotop se koristi za datiranje stijena. Cezij nema prirodne radioaktivne izotope, ali CS-137 jedan je od proizvoda fisije urana u nuklearnim reaktorima. Odvojena je od istrošenih gorivih šipki jer je ovaj izotop korišten kao izvor g-zračenja, na primjer, za uništavanje kanceroznih tumora.

U čast Francuske

6. Otkrivačica francuskog jezika - Marguerite Perey (1909.-75.)

Mendeljejev je već predvidio postojanje metala litija težeg od cezija i dao mu radno ime. Kemičari su ga tražili u drugim mineralima litija jer bi, kao i njihov rođak, trebao biti tamo. Nekoliko puta se činilo da je otkriven, iako hipotetski, ali nikada nije ostvaren.

Početkom 87-ih postalo je jasno da je element 1914 radioaktivan. Godine 227. austrijski su fizičari bili blizu otkrića. S. Meyer, W. Hess i F. Panet uočili su slabo alfa zračenje aktinija-89 (uz obilno izlučene beta čestice). Budući da je atomski broj aktinija 87, a emisija alfa čestice posljedica je "redukcije" elementa na dva mjesta u periodnom sustavu, izotop s atomskim brojem 223 i masenim brojem XNUMX trebao je biti, međutim, alfa čestice slične energije (raspon čestica u zraku mjeri se proporcionalno njihovoj energiji) također odašilju izotop protaktinija, drugi znanstvenici su predložili kontaminaciju lijeka.

Ubrzo je izbio rat i sve je bilo zaboravljeno. Tridesetih godina 30. stoljeća projektirani su akceleratori čestica i dobiveni su prvi umjetni elementi, poput dugoočekivanog astatija s atomskim brojem 85. U slučaju elementa 87 tadašnja razina tehnologije nije dopuštala dobivanje potrebne količine materijal za sintezu. Francuski fizičar je neočekivano uspio Marguerite Perey, učenica Marije Sklodowske-Curie (6). Ona je, kao i Austrijanci prije četvrt stoljeća, proučavala raspad aktinija-227. Tehnološki napredak omogućio je dobivanje čistog pripravka, a ovaj put nitko nije sumnjao da je konačno identificiran. Istraživač ga je nazvao Francuski u čast svoje domovine. Element 87 bio je posljednji koji je otkriven u mineralima, naknadni su dobiveni umjetno.

Frans nastaje u bočnoj grani radioaktivnog niza, u procesu s niskom učinkovitošću i, štoviše, vrlo je kratkog vijeka. Najjači izotop koji je otkrila gospođa Perey, Fr-223, ima poluživot od nešto više od 20 minuta (što znači da samo 1/8 izvorne količine ostaje nakon jednog sata). Izračunato je da cijela zemaljska kugla sadrži samo oko 30 grama franka (uspostavljena je ravnoteža između raspadajućeg izotopa i novonastalog izotopa).

Iako vidljivi dio frankovih spojeva nije dobiven, proučavana su njegova svojstva, te je utvrđeno da pripada alkalnoj skupini. Na primjer, kada se perklorat doda otopini koja sadrži ione franka i kalija, talog će biti radioaktivan, a ne otopina. Ovo ponašanje dokazuje da FrClO₄ slabo topljiv (taloži se s KClO₄), a svojstva francija su slična onima kalija.

Francuska, kako bi on bio...

… Kad bih mogao dobiti njegov uzorak vidljiv golim okom? Naravno, mekana poput voska, a možda i zlatne boje (cezij iznad njega je vrlo mekan i žućkaste boje). Otopio bi se na 20-25°C i ispario oko 650°C (procjena na temelju podataka iz prethodne epizode). Osim toga, bio bi vrlo kemijski aktivan. Stoga ga treba čuvati bez pristupa kisiku i vlazi te u posudi koja štiti od zračenja. Trebalo bi požuriti s pokusima, jer za nekoliko sati Francuza praktički ne bi bilo.

Počasni litij

Sjećate li se pseudo-halogena iz prošlogodišnjeg ciklusa halogena? To su ioni koji se ponašaju poput aniona kao što je Cl^- ili ne^-. To uključuje, na primjer, cijanide CN^- i SCN madeži^-tvoreći soli topivosti slične onoj u anionima skupine 17.

Litavci također imaju sljedbenika, a to je amonijev ion NH. ₄ ⁺ - produkt otapanja amonijaka u vodi (otopina je alkalna, iako slabija nego kod hidroksida alkalnih metala) i njegove reakcije s kiselinama. Ion na sličan način reagira s težim alkalijskim metalima, a najbliži mu je srodak s kalijem, primjerice, po veličini je sličan kationu kalija i često zamjenjuje K+ u svojim prirodnim spojevima. Metali litija previše su reaktivni da bi se mogli dobiti elektrolizom vodenih otopina soli i hidroksida. Pomoću živine elektrode dobiva se otopina metala u živi (amalgam). Amonijev ion toliko je sličan alkalijskim metalima da također tvori amalgam.

U sustavnom tijeku analize L.magnezijevi ionski materijali su posljednji koji se otkrivaju. Razlog je dobra topljivost njihovih klorida, sulfata i sulfida, što znači da se ne talože pod djelovanjem prethodno dodanih reagensa kojima se utvrđuje prisutnost težih metala u uzorku. Iako su amonijeve soli također vrlo topive, one se otkrivaju na samom početku analize, jer ne podnose zagrijavanje i isparavanje otopina (prilično se lako razgrađuju s oslobađanjem amonijaka). Postupak je vjerojatno svima poznat: u uzorak se dodaje otopina jake baze (NaOH ili KOH) koja uzrokuje oslobađanje amonijaka.

Sam amonijak otkriva se mirisom ili nanošenjem univerzalnog papira navlaženog vodom na vrat epruvete. NH plin₃ otapa se u vodi i čini otopinu alkalnom i plavi papir.

7. Detekcija amonijevih iona: s lijeve strane test traka postaje plava pod djelovanjem oslobođenog amonijaka, s desne strane pozitivan rezultat Nesslerovog testa.

Prilikom otkrivanja amonijaka uz pomoć mirisa, trebali biste se sjetiti pravila za korištenje nosa u laboratoriju. Stoga se nemojte naginjati nad reakcijsku posudu, usmjerite pare prema sebi lepezastim pokretom ruke i ne udišite zrak "punim prsima", već pustite da aroma spoja sama dopre do vašeg nosa.

Topljivost amonijevih soli slična je onoj kod analognih kalijevih spojeva, pa može biti primamljivo pripremiti amonijev perklorat NH.₄ClO₄ i složeni spoj s kobaltom (za detalje pogledajte prethodnu epizodu). Međutim, prikazane metode nisu prikladne za detekciju vrlo malih količina amonijaka i amonijevih iona u uzorku. U laboratorijima se u tu svrhu koristi Nesslerov reagens koji precipitira ili mijenja boju čak i u prisutnosti tragova NH₃ (7).

Međutim, izričito savjetujem da ne radite odgovarajući test kod kuće, jer je potrebno koristiti otrovne spojeve žive.

Pričekajte da budete u stručnom laboratoriju pod stručnim nadzorom mentora. Kemija je fascinantna, ali – za one koji je ne poznaju ili su neoprezni – može biti opasna.

Vidi također: