Metalni uzorak 3. dio - sve ostalo
Nakon litijuma, koji se sve više koristi u modernoj ekonomiji, te natrijuma i kalija, koji su među najvažnijim elementima u industriji i živom svijetu, došlo je vrijeme za ostale alkalne elemente. Pred nama je rubidijum, cezijum i franak.
Poslednja tri elementa su veoma slična jedan drugom, a istovremeno imaju slična svojstva sa kalijumom i zajedno sa njim čine podgrupu zvanu kalijum. Budući da gotovo sigurno nećete moći napraviti nikakve eksperimente s rubidijumom i cezijem, morate se zadovoljiti informacijom da oni reagiraju poput kalija i da njihova jedinjenja imaju istu topljivost kao i njihova jedinjenja.
1. Očevi spektroskopije: Robert Wilhelm Bunsen (1811-99) lijevo, Gustav Robert Kirchhoff (1824-87) desno
Rani napredak u spektroskopiji
Fenomen bojenja plamena spojevima određenih elemenata bio je poznat i korišten u proizvodnji vatrometa mnogo prije nego što su pušteni u slobodno stanje. Početkom devetnaestog veka naučnici su proučavali spektralne linije koje se pojavljuju na svetlosti Sunca i koje emituju zagrejana hemijska jedinjenja. Godine 1859, dva nemačka fizičara - Robert Bunsen i Gustav Kirchhoff - izgrađen uređaj za ispitivanje emitovane svjetlosti (1). Prvi spektroskop imao je jednostavan dizajn: sastojao se od prizme koja je razdvajala svetlost na spektralne linije i okular sa sočivom za njihovo zapažanje (2). Korisnost spektroskopa za hemijsku analizu odmah je uočena: supstanca se raspada na atome na visokoj temperaturi plamena, a te emituju linije koje su karakteristične samo za sebe.
2. G. Kirchhoff na spektroskopu
3. Metalni cezijum (http://images-of-elements.com)
Bunsen i Kirchhoff su započeli 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 nijednom elementu poznatom u to vrijeme. Bunsen (on je takođe bio hemičar) izolovao je hlorid novog elementa iz sedimenta i dao ime metalu koji se nalazi u njemu. KROZ na osnovu jakih plavih linija u svom spektru (latinski = plava) (3).
Nekoliko mjeseci kasnije, već 1861. godine, naučnici su detaljnije ispitali spektar naslaga soli i otkrili prisustvo još jednog elementa u njemu. Bili su u stanju da izoluju njegov hlorid i odrede njegovu atomsku masu. Pošto su crvene linije bile jasno vidljive u spektru, novi metal litijum je dobio ime rubid (od latinskog = tamnocrvena) (4). Otkriće dva elementa spektralnom analizom uvjerilo je hemičare i fizičare. U narednim godinama, spektroskopija je postala jedan od glavnih istraživačkih alata, a otkrića su pljuštala kao rog izobilja.
4. Metalni rubidijum (http://images-of-elements.com)
Rubid ne stvara sopstvene minerale, a cezijum je samo jedan (5). Oba elementa. Površinski sloj Zemlje sadrži 0,029% rubidija (17. mjesto na listi elementarnih obilja) i 0,0007% cezijuma (39. mjesto). Nisu bioelementi, ali neke biljke selektivno pohranjuju rubidijum, kao što su duhan i šećerna repa. Sa fizičko-hemijske tačke gledišta, oba metala su „kalijum na steroidima“: još mekši i topljivi, pa čak i reaktivniji (na primer, spontano se zapale u vazduhu, pa čak i reaguju sa vodom uz eksploziju).
kroz to je "najmetalniji" element (u hemijskom, a ne u kolokvijalnom smislu te riječi). Kao što je gore pomenuto, svojstva njihovih jedinjenja su takođe slična onima analognih kalijumovih jedinjenja.
5 Zagađivač je jedini cezijumski mineral (USGS)
metalni rubidijum a cezijum se dobija redukovanjem njihovih jedinjenja sa magnezijumom ili kalcijumom u vakuumu. Budući da su potrebne samo za proizvodnju određenih tipova fotonaponskih ćelija (upadna svjetlost lako emituje elektrone sa svojih površina), godišnja proizvodnja rubidija i cezijuma je reda veličine stotina kilograma. Njihova jedinjenja takođe nisu u širokoj upotrebi.
Kao i sa kalijumom, jedan od izotopa rubidija je radioaktivan. Rb-87 ima period poluraspada od 50 milijardi godina, tako da je zračenje vrlo malo. Ovaj izotop se koristi za datiranje stijena. Cezijum nema prirodne radioaktivne izotope, ali CS-137 je jedan od proizvoda fisije uranijuma 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 predvideo postojanje metala litijuma težeg od cezijuma i dao mu radno ime. Hemičari su ga tražili u drugim mineralima litijuma jer bi, kao i njihov rođak, trebao biti tamo. Nekoliko puta se činilo da je otkriven, iako hipotetički, ali nikada nije ostvaren.
Početkom 87-ih postalo je jasno da je element 1914 radioaktivan. Godine 227. austrijski fizičari bili su blizu otkrića. S. Meyer, W. Hess i F. Panet su uočili slabo alfa zračenje aktinijuma-89 (pored obilno izlučenih beta čestica). Budući da je atomski broj aktinija 87, a emisija alfa čestice nastaje zbog "svođenja" elementa na dva mjesta u periodnom sistemu, izotop s atomskim brojem 223 i masenim brojem XNUMX trebao je biti, međutim, alfa čestice slične energije (opseg čestica u vazduhu se meri proporcionalno njihovoj energiji) takođe šalje izotop protaktinija, drugi naučnici su predložili kontaminaciju leka.
Ubrzo je izbio rat i sve je bilo zaboravljeno. Tridesetih godina prošlog veka dizajnirani su akceleratori čestica i dobijeni su prvi veštački elementi, kao što je dugoočekivani astatijum sa atomskim brojem 30. U slučaju elementa 85, tadašnji nivo tehnologije nije omogućavao dobijanje 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 aktinijuma-227. Tehnološki napredak omogućio je dobijanje čistog preparata, a ovoga puta niko nije sumnjao da je konačno identifikovan. Istraživač mu je dao ime французский u čast svoje domovine. Element 87 je posljednji otkriven u mineralima, naknadni su dobiveni umjetno.
Francuski formira se u bočnoj grani radioaktivnog niza, u procesu sa malom efikasnošću i, štaviše, veoma je kratkog veka. Najjači izotop koji je otkrila gospođa Perey, Fr-223, ima poluživot od nešto više od 20 minuta (što znači da samo 1/8 prvobitne 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 jedinjenja franka nije dobijen, proučavana su njegova svojstva, te je utvrđeno da pripada alkalnoj grupi. Na primjer, kada se perhlorat doda otopini koja sadrži ione franka i kalija, talog će biti radioaktivan, a ne otopina. Ovo ponašanje dokazuje da FrClO4 slabo rastvorljiv (taloži se sa KClO4), a svojstva francijuma su slična onima kalijuma.
Francuska, kako bi on bio...
… Kad bih mogao dobiti uzorak vidljivog golim okom? Naravno, mekana kao vosak, a možda i zlatne nijanse (cezijum iznad njega je vrlo mekan i žućkaste boje). Otopio bi se na 20-25°C i ispario na oko 650°C (procjena zasnovana na podacima iz prethodne epizode). Osim toga, bio bi vrlo kemijski aktivan. Stoga ga treba čuvati bez pristupa kisiku i vlazi iu posudi koja štiti od zračenja. Trebalo bi požuriti s eksperimentima, jer za nekoliko sati Francuza praktično ne bi bilo.
Počasni litijum
Sjećate li se pseudo-halogena iz prošlogodišnjeg ciklusa halogena? To su joni koji se ponašaju kao anjoni kao što je Cl- ili ne-. To uključuje, na primjer, cijanide CN- i SCN mladeži-, formirajući soli sa rastvorljivošću sličnom onoj za anjone grupe 17.
Litvanci također imaju sljedbenika, a to je amonijum jon NH. 4 + - produkt rastvaranja amonijaka u vodi (rastvor je alkalni, ali slabiji nego u slučaju hidroksida alkalnih metala) i njegove reakcije sa kiselinama. Ion na sličan način reaguje sa težim alkalnim metalima, a najbliži mu je odnos sa kalijumom, na primer, sličan je po veličini kao katjon kalijuma i često zamenjuje K+ u svojim prirodnim jedinjenjima. Litijum metali su previše reaktivni da bi se dobili elektrolizom vodenih rastvora soli i hidroksida. Korištenjem živine elektrode dobiva se otopina metala u živi (amalgam). Amonijum jon je toliko sličan alkalnim metalima da takođe formira amalgam.
U sistematskom toku analize L.materijali sa jonima magnezijuma su posljednji koji su otkriveni. Razlog je dobra rastvorljivost njihovih hlorida, sulfata i sulfida, što znači da se ne talože pod dejstvom prethodno dodatih reagensa koji se koriste za određivanje prisustva težih metala u uzorku. Iako su amonijeve soli također vrlo topljive, one se otkrivaju na samom početku analize, jer ne podnose zagrijavanje i isparavanje otopina (prilično se lako razgrađuju uz oslobađanje amonijaka). Postupak je vjerovatno svima poznat: u uzorak se dodaje otopina jake baze (NaOH ili KOH) koja izaziva oslobađanje amonijaka.
Sam amonijak detektuje se mirisom ili nanošenjem univerzalnog komada papira navlaženog vodom na vrat epruvete. NH gas3 otapa se u vodi i čini rastvor alkalnom i plavi papir.
7. Detekcija amonijum jona: sa leve strane test traka postaje plava pod dejstvom oslobođenog amonijaka, desno pozitivan rezultat Nesslerovog testa
Prilikom otkrivanja amonijaka uz pomoć mirisa, trebali biste zapamtiti pravila korištenja nosa u laboratoriju. Zato se nemojte naginjati preko reakcione posude, lepezastim pokretom ruke usmjerite pare prema sebi i ne udišite zrak "punim grudima", već pustite da aroma smjese sama dopre do vašeg nosa.
Rastvorljivost amonijum soli je slična onoj kod analognih kalijevih jedinjenja, tako da može biti primamljivo pripremiti amonijum perhlorat NH.4ClO4 i kompleksno jedinjenje sa kobaltom (za detalje pogledajte prethodnu epizodu). Međutim, predstavljene metode nisu prikladne za detekciju vrlo malih količina amonijaka i amonijum jona u uzorku. U laboratorijama se u tu svrhu koristi Nesslerov reagens koji precipitira ili mijenja boju čak i u prisustvu tragova NH.3 (7).
Međutim, izričito savjetujem da ne radite odgovarajući test kod kuće, jer je neophodno koristiti toksična jedinjenja žive.
Sačekajte da budete u stručnoj laboratoriji pod stručnim nadzorom mentora. Hemija je fascinantna, ali - za one koji je ne znaju ili su nepažljivi - može biti opasna.
Vidi takođe:
