Металевий візерунок Частина 3 – Все інше
Після літію, який знаходить дедалі більше застосування у сучасному господарстві, і натрію і калію, є одними з найважливіших елементів у промисловості та живому світі, настає час інших лужних елементів. Перед нами рубідій, цезій та франк.
Останні три елементи дуже схожі один на одного, і в той же час мають подібні властивості з калієм і разом з ним утворюють підгрупу, звану калієм. Оскільки з рубідієм і цезієм ви майже напевно не зможете провести жодних дослідів, ви повинні задовольнятися інформацією, що вони реагують подібно калію і що їх сполуки мають таку ж розчинність, як і його сполуки.
1. Батьки спектроскопії: зліва Роберт Вільгельм Бунзен (1811-99), праворуч Густав Роберт Кірхгоф (1824-87)
Перші успіхи спектроскопії
Явище фарбування полум'я з'єднаннями деяких елементів було відоме і використовувалося при виготовленні феєрверків задовго до їх випуску у вільний стан. На початку дев'ятнадцятого століття вчені вивчали спектральні лінії, що з'являються у світлі Сонця і випускаються нагрітими хімічними сполуками. У 1859 році два німецькі фізики – Роберт Бунзен i Густав Кірхгоф – побудував прилад для перевірки випромінюваного світла (1). Перший спектроскоп мав просту конструкцію: він складався з призми, що поділяла світло на спектральні лінії та окуляр із лінзою їх спостереження (2). Відразу було помічено корисність спектроскопа для хімічного аналізу: речовина розпадається на атоми за високої температури полум'я, і ці випускають характерні лише лінії.
2. Г. Кірхгоф у спектроскопа
3. Металевий цезій (http://images-of-elements.com)
Бунзен та Кірхгоф розпочали свої дослідження і через рік випарували 44 тонни мінеральної води з джерела у Дюркгеймі. У спектрі осаду з'явилися лінії, які не можна було віднести до жодного відомого на той час елементу. Бунзен (він теж був хіміком) виділив з осаду хлорид нового елемента, а металу, що міститься в ньому, дав назву ЧЕЗ виходячи з сильних синіх ліній у його спектрі (лат. = синій) (3).
Через кілька місяців, вже у 1861 році, вчені більш детально досліджували спектр соляного родовища та виявили у ньому присутність ще одного елемента. Їм вдалося виділити його хлорид та визначити його атомну масу. Оскільки в спектрі було чітко видно червоні лінії, новий металевий літій був названий рубідний (Від латинського = темно-червоний) (4). Відкриття двох елементів за допомогою спектрального аналізу переконало хіміків та фізиків. У наступні роки спектроскопія стала одним з основних інструментів дослідження, а відкриття посипалися як із рогу достатку.
4. Металевий рубідій (http://images-of-elements.com)
Рубідний він не утворює своїх мінералів, а цезій лише один (5). Обидва елементи. Поверхневий шар Землі містить 0,029% рубідії (17-е місце у списку вмісту елементів) та 0,0007% цезію (39-е місце). Вони не є біоелементами, але деякі рослини вибірково зберігають рубідій, наприклад тютюн і цукровий буряк. З фізико-хімічної точки зору обидва метали являють собою «калій на стероїдах»: ще м'якіші і легкоплавкі, і ще реакційніші (наприклад, вони самозаймаються на повітрі, а з водою реагують навіть з вибухом).
через це «металевий» елемент (у хімічному, а чи не в просторічному значенні слова). Як зазначалося вище, властивості їх сполук також аналогічні властивостям аналогічних сполук калію.
5. Полуцит – єдиний мінерал цезію (Геологічна служба США)
Металевий рубідій а цезій одержують відновленням їх сполук магнієм або кальцієм у вакуумі. Оскільки вони потрібні тільки для деяких типів фотоелементів (падаюче світло легко випускає електрони з їх поверхонь), річне виробництво рубідії і цезію становить близько сотні кілограмів. Їхні з'єднання також не знаходять широкого застосування.
Як і у випадку з калієм, один з ізотопів рубідії радіоактивний. Rb-87 має період піврозпаду 50 мільярдів років, тому випромінювання є дуже низьким. Цей ізотоп використовується для датування гірських порід. Цезій не має природних радіоактивних ізотопів, але CS-137 є одним із продуктів поділу урану в ядерних реакторах. Його відокремлюють від відпрацьованих паливних стрижнів, оскільки цей ізотоп використовувався як джерело g-випромінювання, наприклад, для знищення ракових пухлин.
На честь Франції
6. Першовідкривачка французької мови - Маргеріт Перей (1909-75)
Менделєєв уже передбачав існування металевого літію важчим за цезій і дав йому робочу назву. Хімікі шукали його в інших мінералах літію, бо, як і їхній родич, він має там бути. Кілька разів здавалося, що воно було виявлено, хоч і гіпотетично, але так і не матеріалізувалося.
На початку 87-х років стало ясно, що елемент 1914 року радіоактивний. У 227 році австрійські фізики були близькими до відкриття. С. Мейєр, В. Гесс і Ф. Панет спостерігали слабке альфа-випромінювання препарату актинія-89 (крім бета-частин). Оскільки атомний номер актинія дорівнює 87, а випромінювання альфа-частинки пов'язане з «відведенням» елемента на два місця в періодичній таблиці, ізотоп з атомним номером 223 і масовим числом XNUMX повинен був бути альфа-частинки аналогічної енергії (діапазон частинок у повітрі вимірюється пропорційно їх енергії) також посилає ізотоп протактинію, інші вчені припустили забруднення препарату.
Незабаром вибухнула війна, і все було забуте. У 30-ті роки були сконструйовані прискорювачі частинок та отримані перші штучні елементи, наприклад довгоочікуваний астатій з атомним номером 85. У випадку з елементом 87 рівень техніки на той час не дозволяв отримати необхідну кількість матеріалу для синтезу. Французький фізик несподівано досяг успіху Маргарита Перей, учениця Марії Склодовської-Кюрі (6) Вона також, як і австрійці чверть століття тому, вивчала розпад актинія-227. Технічний прогрес дозволив отримати чистий препарат, і цього разу вже ні в кого не виникало сумнівів, що він остаточно ідентифікований. Дослідник дав йому ім'я французький на честь своєї Батьківщини. Елемент 87 був останнім, виявленим у мінералах, подальші отримані штучним шляхом.
французький він утворюється в бічній галузі радіоактивного ряду, в процесі з малою ефективністю і, крім того, дуже недовговічний. Найміцніший ізотоп, відкритий місіс Перей, Fr-223, з періодом піврозпаду трохи більше 20 хвилин (це означає, що за годину залишається лише 1/8 від початкової кількості). Було підраховано, що на всій земній кулі міститься всього близько 30 грамів франсу (встановлюється рівновага між ізотопом, що розпадається, і ізотопом, що знову утворюється).
Хоча видимої частини сполук франсу отримано був, були вивчені його властивості, і було встановлено, що він належить до лужної групи. Наприклад, при додаванні перхлорату до розчину, що містить іони франка та калію, радіоактивним буде осад, а не розчин. Така поведінка доводить, що FrClO4 мало розчинний (випадає в осад разом із KClO4), а властивості Франції аналогічні калію.
Франс, як би він був.
…Якби я міг отримати його зразок, видимий неозброєним оком? Звичайно, м'який, як віск, і, можливо, із золотистим відтінком (цезій над ним дуже м'який та жовтуватого кольору). Він плавився при 20-25°С, а близько 650°С випаровувався б (оцінка на основі даних попереднього епізоду). Крім того, він був би дуже хімічно активним. Тому зберігати його слід без доступу кисню та вологи та в тарі, що захищає від радіації. З експериментами треба було б поквапитися, тому що за кілька годин французів практично не залишилося б.
Почесний літій
Пам'ятаєте псевдогологени з торішнього циклу за галогенами? Це іони, які поводяться як аніони, такі як Cl- або ні-. До них відносяться, наприклад, ціаніди CN- та родимки SCN-, Утворюючи солі з розчинністю, аналогічною розчинності аніонів групи 17
У литовців є послідовник, яким є іон амонію NH. 4 + – продукт розчинення аміаку у воді (розчин лужної, хоч і слабший, ніж у разі гідроксидів лужних металів) та його реакції з кислотами. Іон аналогічно реагує з більш важкими лужними металами, і його найближче спорідненість з калієм, наприклад, він подібний за розміром катіону калію і часто замінює K+ у його природних сполуках. Метали літію занадто реакційні, щоб їх можна було отримати електролізом водних розчинів солей і гідроксидів. За допомогою ртутного електрода одержують розчин металу в ртуті (амальгаму). Іон амонію настільки схожий на лужні метали, що теж утворює амальгаму.
У систематичному перебігу аналізу Л.Л.матеріали з іоном магнію виявляються останніми. Причина у добрій розчинності їх хлоридів, сульфатів і сульфідів, отже, у цьому, що де вони випадають осад під дією раніше доданих реагентів, використовуваних визначення наявності у пробі більш важких металів. Хоча солі амонію також добре розчиняються, їх виявляють на самому початку аналізу, так як вони не витримують нагрівання та випарювання розчинів (досить легко розкладаються з виділенням аміаку). Процедура, напевно, всім відома: до проби додається розчин сильної основи (NaOH або KOH), який викликає виділення аміаку.
Сем аміак його виявляють за запахом або прикладенням до шийки пробірки універсального папірця, змоченого водою. Газ NH3 розчиняється у воді і робить розчин лужним та забарвлює папір у синій колір.
7. Виявлення іонів амонію: зліва тест-смужка синіє під дією аміаку, що виділився, справа – позитивний результат тесту Несслера
При виявленні аміаку з допомогою запаху слід пам'ятати правила користування носом в лабораторії. Тому не нахиляйтеся над реакційною судиною, спрямовуйте пари віяловим рухом руки на себе і не вдихайте повітря «на повні груди», а дайте аромату з'єднання самому досягти носа.
Розчинність солей амонію аналогічна розчинності аналогічних сполук калію, тому може виникнути спокуса отримати перхлорат амонію NH.4ClO4 і комплексне з'єднання з кобальтом (подробиці див. у попередньому епізоді). Однак представлені методи не підходять для виявлення дуже малих кількостей аміаку та іонів амонію у зразку. У лабораторіях для цього використовують реактив Несслера, який дає осад або змінює колір навіть за наявності слідів NH3 (7).
Однак наполегливо не раджу робити відповідний тест вдома, тому що необхідно використовувати отруйні сполуки ртуті.
Зачекайте, поки ви опинитеся у професійній лабораторії під професійним контролем наставника. Хімія захоплююча, але для тих, хто її не знає або недбалий, може бути небезпечна.
Дивіться також:
