Металічны ўзор Частка 3 - Усё астатняе
Пасля літыя, які знаходзіць усё большае прымяненне ў сучаснай гаспадарцы, і натрыю і калію, якія з'яўляюцца аднымі з найважнейшых элементаў у прамысловасці і жывым свеце, надыходзіць час астатніх шчолачных элементаў. Перад намі рубідый, цэзій і франк.
Апошнія тры элементы вельмі падобныя адзін на аднаго, і ў той жа час валодаюць падобнымі ўласцівасцямі з каліем і разам з ім утвараюць падгрупу, званую каліем. Паколькі з рубідыем і цэзіем вы амаль напэўна не зможаце правесці ніякіх досведаў, вы павінны здавольвацца інфармацыяй, што яны рэагуюць падобна калію і што іх злучэнні валодаюць такой жа растваральнасцю, як і яго злучэнні.
1. Бацькі спектраскапіі: злева Роберт Вільгельм Бунзен (1811-99), справа Густаў Роберт Кірхгоф (1824-87)
Першыя поспехі спектраскапіі
З'ява афарбоўвання полымя злучэннямі некаторых элементаў было вядома і выкарыстоўвалася пры вырабе феерверкаў задаўга да іх выпуску ў вольнае стан. У пачатку дзевятнаццатага стагоддзя вучоныя вывучалі спектральныя лініі, якія з'яўляюцца ў святле Сонца і выпускаюцца нагрэтымі хімічнымі злучэннямі. У 1859 годзе два нямецкія фізікі – Роберт Бунзен i Густаў Кірхгоф – пабудаваў прыбор для праверкі выпраменьванага святла (1). Першы спектраскоп меў простую канструкцыю: ён складаўся з прызмы, якая падзяляе святло на спектральныя лініі і акуляр з лінзай за іх назіранне (2). Адразу была заўважана карыснасць спектраскопа для хімічнага аналізу: рэчыва распадаецца на атамы пры высокай тэмпературы полымя, і гэтыя выпускаюць характэрныя толькі для сябе лініі.
2. Г. Кірхгоф у спектраскопа
3. Металічны цэзій (http://images-of-elements.com)
Бунзен і Кірхгоф пачалі свае даследаванні і праз год выпарылі 44 тоны мінеральнай вады з крыніцы ў Дзюркгейме. У спектры асадка з'явіліся лініі, якія нельга было аднесці ні да аднаго вядомага ў той час элемента. Бунзен (ён таксама быў хімікам) вылучыў з асадка хларыд новага элемента, а які змяшчаецца ў ім металу даў назву CEZ зыходзячы з моцных сініх ліній у яго спектры (лац. = сіні) (3).
Праз некалькі месяцаў, ужо ў 1861 годзе, вучоныя больш дэталёва даследавалі спектр салянага радовішча і выявілі ў ім прысутнасць яшчэ аднаго элемента. Ім удалося вылучыць яго хларыд і вызначыць яго атамную масу. Паколькі ў спектры былі выразна бачныя чырвоныя лініі, новы металічны літый быў названы. рубідны (Ад лацінскага = цёмна-чырвоны) (4). Адкрыццё двух элементаў з дапамогай спектральнага аналізу пераканала хімікаў і фізікаў. У наступныя гады спектраскапія стала адным з асноўных інструментаў даследавання, а адкрыцці пасыпаліся як з рога багацця.
4. Металічны рубідый (http://images-of-elements.com)
Рубін ён не ўтварае ўласных мінералаў, а цэзій толькі адзін (5). Абодва элемента. Павярхоўны пласт Зямлі змяшчае 0,029% рубідыя (17-е месца ў спісе зместу элементаў) і 0,0007% цэзію (39-е месца). Яны не з'яўляюцца біяэлементамі, але некаторыя расліны выбарачна захоўваюць рубідыі, напрыклад тытунь і цукровыя буракі. З фізіка-хімічнага пункта гледжання абодва металу ўяўляюць сабой «калій на стэроідах»: яшчэ больш мяккія і лёгкаплаўкія, і яшчэ больш рэакцыйназдольныя (напрыклад, яны самазагараюцца на паветры, а з вадой рэагуюць нават з выбухам).
праз гэта самы "металічны" элемент (у хімічным, а не ў прастамоўным сэнсе слова). Як паказвалася вышэй, уласцівасці іх злучэнняў таксама аналагічныя ўласцівасцям аналагічных злучэнняў калія.
5. Паўлуцыт - адзіны мінерал цэзія (Геалагічная служба ЗША)
Металічны рубідый а цэзій атрымліваюць аднаўленнем іх злучэнняў магніем або кальцыем у вакууме. Паколькі яны патрэбныя толькі для вытворчасці некаторых тыпаў фотаэлементаў (падальнае святло лёгка выпускае электроны з іх паверхняў), гадавая вытворчасць рубідыя і цэзія складае каля сотняў кілаграмаў. Іх злучэнні таксама не знаходзяць шырокага прымянення.
Як і ў выпадку з каліем, адзін з ізатопаў рубідыя радыеактыўны. Rb-87 мае перыяд паўраспаду 50 мільярдаў гадоў, таму выпраменьванне вельмі нізкае. Гэты ізатоп выкарыстоўваецца для датавання горных парод. У цэзію няма натуральных радыеактыўных ізатопаў, але CS-137 з'яўляецца адным з прадуктаў дзялення ўрана ў ядзерных рэактарах. Яго адлучаюць ад адпрацаваўшых паліўных стрыжняў, паколькі гэты ізатоп выкарыстоўваўся ў якасці крыніцы g-выпраменьвання, напрыклад, для знішчэння ракавых пухлін.
У гонар Францыі
6. Першаадкрывальніца французскай мовы – Маргерыт Перэй (1909-75)
Мендзялееў ужо прадбачыў існаванне металічнага літыя цяжэй цэзію і даў яму працоўную назву. Хімікі шукалі яго ў іншых мінералах літыя, бо, як і іхні сваяк, ён павінен там быць. Некалькі разоў здавалася, што яно было выяўлена, хаця і гіпатэтычна, але так і не матэрыялізавалася.
У пачатку 87-х гадоў стала ясна, што элемент 1914 радыеактыўны. У 227 годзе аўстрыйскія фізікі былі блізкія да адкрыцця. С. Мэер, В. Гес і Ф. Панэт назіралі слабое альфа-выпраменьванне прэпарата актынія-89 (акрамя багата секретируемых бэта-часціц). Паколькі атамны нумар актынія роўны 87, а выпусканне альфа-часціцы звязана з «адвядзеннем» элемента на два месцы ў перыядычнай табліцы, ізатоп з атамным нумарам 223 і масавым лікам XNUMX павінен быў быць Аднак альфа-часціцы аналагічнай энергіі (дыяпазон часціц у паветры вымяраецца прапарцыйна іх энергіі) таксама пасылае ізатоп пратактынія, іншыя навукоўцы выказалі здагадку забруджванне прэпарата.
Неўзабаве пачалася вайна, і ўсё было забыта. У 30-я гады былі сканструяваны паскаральнікі часціц і атрыманы першыя штучныя элементы, напрыклад доўгачаканы астатый з атамным нумарам 85. У выпадку з элементам 87 узровень тэхнікі таго часу не дазваляў атрымаць неабходную колькасць матэрыялу для сінтэзу. Французскі фізік нечакана атрымаў поспех Маргарыта Пярой, вучаніца Марыі Складоўскай-Кюры (6). Яна таксама, як і аўстрыйцы чвэрць стагоддзя таму, вывучала распад актынія-227. Тэхнічны прагрэс дазволіў атрымаць чысты прэпарат, і на гэты раз ужо ні ў кога не ўзнікала сумненняў у тым, што ён канчаткова ідэнтыфікаваны. Даследчык даў яму імя французскі у гонар сваёй Радзімы. Элемент 87 быў апошнім, знойдзеным у мінералах, наступныя былі атрыманы штучным шляхам.
Frans ён утворыцца ў бакавой галіны радыеактыўнага шэрагу, у працэсе з малой эфектыўнасцю і, акрамя таго, вельмі недаўгавечны. Самы трывалы ізатоп, адкрыты місіс Перэй, Fr-223, з перыядам паўраспаду крыху больш за 20 хвілін (гэта значыць, што праз гадзіну застаецца толькі 1/8 ад першапачатковай колькасці). Было падлічана, што на ўсім зямным шары ўтрымоўваецца ўсяго каля 30 грамаў франса (усталёўваецца раўнавага паміж распадавальным ізатопам і ізноў які ўтвараецца ізатопам).
Хоць бачнай часткі злучэнняў франса атрымана не было, былі вывучаны яго ўласцівасці, і было ўстаноўлена, што ён належыць да шчолачнай групы. Напрыклад, пры дабаўленні перхлораты да раствору, які змяшчае іоны франка і калію, радыеактыўным будзе асадак, а не раствор. Такія паводзіны даказваюць, што FrClO4 мала раствараецца (выпадае ў асадак разам з KClO4), а ўласцівасці францыя аналагічныя калію.
Франс, як бы ён быў...
…Калі б я мог атрымаць ягоны ўзор, бачны няўзброеным вокам? Вядома, мяккі, як воск, і, магчыма, з залацістым адценнем (цэзій над ім вельмі мяккі і жаўтлявага колеру). Ён плавіўся б пры 20-25 ° С, а каля 650 ° С выпараецца б (адзнака на аснове дадзеных папярэдняга эпізоду). Акрамя таго, ён быў бы вельмі хімічна актыўны. Таму захоўваць яго варта без доступу кіслароду і вільгаці і ў тары, якая абараняе ад радыяцыі. З эксперыментамі трэба было б паспяшацца, таму што праз некалькі гадзін французаў практычна не засталося б.
Ганаровы літый
Памятаеце псеўдагалагены з леташняга цыклу па галагенах? Гэта іёны, якія паводзяць сябе як аніёны, такія як Cl- ці бр-. Да іх адносяцца, напрыклад, цыяніды CN- і радзімкі SCN-, Утвараючы солі з растваральнасцю, аналагічнай растваральнасці аніёнаў групы 17.
У літоўцаў таксама ёсць паслядоўнік, якім з'яўляецца іён амонія NH. 4 + - прадукт растварэння аміяку ў вадзе (раствор шчолачнай, хоць і слабей, чым у выпадку гідраксідаў шчолачных металаў) і яго рэакцыі з кіслотамі. Іён аналагічна рэагуе з цяжэйшымі шчолачнымі металамі, і яго найболей блізкае сваяцтва з каліем, напрыклад, ён падобны па памеры катыёну калія і часта замяняе K+ у яго прыродных злучэннях. Металы літыя занадта рэакцыйназдольныя, каб іх можна было атрымаць электролізам водных раствораў соляў і гідраксідаў. З дапамогай ртутнага электрода атрымліваюць раствор металу ў ртуці (амальгаму). Іён амонія настолькі падобны на шчолачныя металы, што таксама ўтварае амальгаму.
У сістэматычным ходзе аналізу Л.матэрыялы з іонам магнію выяўляюцца апошнімі. Чыннік у добрай растваральнасці іх хларыдаў, сульфатаў і сульфідаў, а значыць, у тым, што яны не выпадаюць у асадак пад дзеяннем раней дададзеных рэагентаў, выкарыстоўваных для вызначэння наяўнасці ў спробе цяжэйшых металаў. Хоць солі амонія таксама добра растваральныя, іх выяўляюць у самым пачатку аналізу, бо яны не вытрымліваюць награванні і выпарванні раствораў (досыць лёгка раскладаюцца з вылучэннем аміяку). Працэдура, мусіць, усім вядомая: у спробу дадаецца раствор моцнай падставы (NaOH або KOH), які выклікае вылучэнне аміяку.
Сэм аміяк яго выяўляюць па паху або прыкладаннем да рыльца прабіркі ўніверсальнай паперкі, змочанай вадой. Газ NH3 раствараецца ў вадзе і робіць раствор шчолачным і афарбоўвае паперу ў сіні колер.
7. Выяўленне іёнаў амонія: злева тэст-палоска сінее пад дзеяннем які вылучыўся аміяку, справа – дадатны вынік тэсту Несслера
Пры выяўленні аміяку з дапамогай паху варта памятаць аб правілах карыстання носам у лабараторыі. Таму не нахіляйцеся над рэакцыйнай пасудзінай, накіроўвайце пары веерным рухам рукі на сябе і не ўдыхайце паветра "поўнымі грудзьмі", а дайце водару злучэння самому дасягнуць носа.
Растваральнасць соляў амонія аналагічная растваральнасці аналагічных злучэнняў калію, таму можа ўзнікнуць спакуса атрымаць перхлораты амонію NH.4ClO4 і комплекснае злучэнне з кобальтам (падрабязнасці гл. У папярэднім эпізодзе). Аднак прадстаўленыя метады не падыходзяць для выяўлення вельмі малых колькасцяў аміяку і іёнаў амонію ва ўзоры. У лабараторыях для гэтай мэты выкарыстоўваюць рэактыў Несслера, які дае асадак або мяняе колер нават пры наяўнасці слядоў NH3 (7).
Аднак настойліва не раю рабіць прыдатны тэст дома, бо неабходна выкарыстоўваць атрутныя злучэнні ртуці.
Пачакайце, пакуль вы не апынецеся ў прафесійнай лабараторыі пад прафесійным кантролем настаўніка. Хімія займальная, але - для тых, хто яе не ведае або неахайны - можа быць небяспечная.
Глядзі таксама:
