Kovinski vzorec 3. del – vse ostalo

Po litiju, ki se vse pogosteje uporablja v sodobnem gospodarstvu, ter natriju in kaliju, ki sta ena najpomembnejših elementov v industriji in živem svetu, je prišel čas še za ostale alkalne elemente. Pred nami so rubidij, cezij in frank.

Zadnji trije elementi so si med seboj zelo podobni, hkrati pa imajo podobne lastnosti s kalijem in skupaj z njim tvorijo podskupino, imenovano kalij. Ker z rubidijem in cezijem skoraj zagotovo ne boste mogli izvajati poskusov, se morate zadovoljiti s podatkom, da reagirata kot kalij in da imajo njune spojine enako topnost kot njegove spojine.

1. Očetje spektroskopije: Robert Wilhelm Bunsen (1811-99) na levi, Gustav Robert Kirchhoff (1824-87) na desni

Zgodnji napredek v spektroskopiji

Pojav obarvanja plamena s spojinami določenih elementov je bil poznan in uporabljen pri izdelavi ognjemetov že dolgo preden so bili izpuščeni v prosto stanje. V zgodnjem devetnajstem stoletju so znanstveniki proučevali spektralne črte, ki se pojavijo v svetlobi Sonca in jih oddajajo segrete kemične spojine. Leta 1859 sta dva nemška fizika - Robert Bunsen i Gustav Kirchhoff – izdelal napravo za testiranje oddane svetlobe (1). Prvi spektroskop je imel preprosto zasnovo: sestavljen je iz prizme, ki deli svetlobo na spektralne črte in okular z lečo za njihovo opazovanje (2). Uporabnost spektroskopa za kemijsko analizo je bila opažena takoj: snov pri visoki temperaturi plamena razpade na atome, ti pa oddajajo črte, značilne samo za sebe.

2. G. Kirchhoffov spektroskop

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

Bunsen in Kirchhoff sta začela raziskovati in leto kasneje sta iz izvira v Durkheimu izhlapela 44 ton mineralne vode. V spektru usedlin so se pojavile črte, ki jih ni bilo mogoče pripisati nobenemu takrat znanemu elementu. Bunsen (bil je tudi kemik) je iz usedline izoliral klorid novega elementa in dal ime kovini v njem. CEZ na podlagi močnih modrih črt v njegovem spektru (latinsko = modra) (3).

Nekaj ​​mesecev kasneje, že leta 1861, so znanstveniki podrobneje preučili spekter nahajališča soli in odkrili prisotnost še enega elementa v njem. Uspelo jim je izolirati njegov klorid in določiti njegovo atomsko maso. Ker so bile v spektru jasno vidne rdeče črte, so novo kovino litij poimenovali rubid (iz latinščine = temno rdeča) (4). Odkritje dveh elementov s spektralno analizo je prepričalo kemike in fizike. V naslednjih letih je spektroskopija postala eno glavnih raziskovalnih orodij in odkritja so deževala kot iz roga izobilja.

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

Ruby ne tvori lastnih mineralov, cezij pa je le eden (5). Oba elementa. Površinski sloj Zemlje vsebuje 0,029 % rubidija (17. mesto na seznamu številčnosti elementov) in 0,0007 % cezija (39. mesto). Niso bioelementi, vendar nekatere rastline selektivno kopičijo rubidij, na primer tobak in sladkorna pesa. S fizikalno-kemičnega vidika sta obe kovini »kalij na steroidih«: še mehkejši in taljivi ter še bolj reaktivni (na zraku se na primer spontano vnameta, z vodo pa celo reagirata z eksplozijo).

prek je najbolj "kovinski" element (v kemičnem, ne v pogovornem pomenu besede). Kot je navedeno zgoraj, so lastnosti njihovih spojin podobne lastnostim analognih kalijevih spojin.

5. Pollucit je edini cezijev mineral (USGS)

kovinski rubidij in cezij se pridobiva z redukcijo njihovih spojin z magnezijem ali kalcijem v vakuumu. Ker so potrebni samo za proizvodnjo določenih vrst sončnih celic (vpadajoča svetloba zlahka oddaja elektrone z njihovih površin), je letna proizvodnja rubidija in cezija reda velikosti več sto kilogramov. Tudi njihove spojine se ne uporabljajo široko.

Kot pri kaliju, eden od izotopov rubidija je radioaktiven. Rb-87 ima razpolovno dobo 50 milijard let, zato je sevanje zelo nizko. Ta izotop se uporablja za datiranje kamnin. Cezij nima naravno prisotnih radioaktivnih izotopov, ampak CS-137 je eden od produktov cepitve urana v jedrskih reaktorjih. Ločeno je od izrabljenih gorivnih palic, ker je bil ta izotop uporabljen kot vir sevanja gama, na primer za uničevanje rakavih tumorjev.

V čast Franciji

6. Odkriteljica francoskega jezika - Marguerite Perey (1909-75)

Že Mendelejev je predvidel obstoj kovine litij, ki je težja od cezija, in ji dal delovno ime. Kemiki so ga iskali v drugih litijevih mineralih, ker bi moral biti tam, tako kot njihov sorodnik. Večkrat se je zdelo, da je bila odkrita, čeprav hipotetično, a nikoli uresničena.

V začetku leta 87 je postalo jasno, da je element 1914 radioaktiven. Leta 227 so bili avstrijski fiziki blizu odkritja. S. Meyer, W. Hess in F. Panet so opazovali šibko alfa sevanje aktinija-89 (poleg obilno izločenih beta delcev). Ker je atomsko število aktinija 87 in je emisija delca alfa posledica "zmanjšanja" elementa na dve mesti v periodnem sistemu, bi moral biti izotop z atomskim številom 223 in masnim številom XNUMX vendarle alfa delci podobne energije (razpon delcev v zraku se meri sorazmerno z njihovo energijo) prav tako pošilja izotop protaktinija, so drugi znanstveniki predlagali kontaminacijo zdravila.

Kmalu je izbruhnila vojna in vse je bilo pozabljeno. V 30. letih 85. stoletja so zasnovali pospeševalnike delcev in pridobili prve umetne elemente, na primer dolgo pričakovani astatij z atomsko številko 87. V primeru elementa XNUMX raven takratne tehnologije ni omogočala pridobitve potrebne količine materiala za sintezo. Francoskemu fiziku je nepričakovano uspelo Marguerite Perey, učenka Marije Sklodowske-Curie (6). Ona je tako kot Avstrijci pred četrt stoletja preučevala razpad aktinija-227. Tehnološki napredek je omogočil pridobitev čistega preparata in tokrat nihče ni dvomil, da so ga dokončno identificirali. Raziskovalec ga je poimenoval Francoski v čast svoji domovini. Element 87 je bil zadnji odkrit v mineralih, naslednji so bili pridobljeni umetno.

francosko nastaja v stranski veji radioaktivnega niza, v procesu z nizko učinkovitostjo in je poleg tega zelo kratkotrajen. Najmočnejši izotop, ki ga je odkrila gospa Perey, Fr-223, ima razpolovno dobo nekaj več kot 20 minut (kar pomeni, da po eni uri ostane samo 1/8 prvotne količine). Izračunano je, da je na celi zemeljski obli le okoli 30 gramov franka (vzpostavi se ravnovesje med razpadajočim in novonastalim izotopom).

Čeprav vidnega dela frankovih spojin nismo pridobili, so proučevali njegove lastnosti in ugotovili, da spada v alkalno skupino. Na primer, ko raztopini, ki vsebuje frankove in kalijeve ione, dodamo perklorat, bo radioaktivna oborina, ne raztopina. To vedenje dokazuje, da FrClO₄ rahlo topen (obarja s KClO₄), lastnosti francija pa so podobne lastnostim kalija.

France, kako bi mu bilo ...

… Če bi lahko dobil vzorec, viden s prostim očesom? Seveda mehko kot vosek in morda z zlatim odtenkom (cezij nad njim je zelo mehak in rumenkaste barve). Stopil bi se pri 20-25 °C in izparil okoli 650 °C (ocena na podlagi podatkov iz prejšnje epizode). Poleg tega bi bil zelo kemično aktiven. Zato ga je treba hraniti brez dostopa kisika in vlage ter v posodi, ki ščiti pred sevanjem. S poskusi bi bilo treba pohiteti, saj Francozov v nekaj urah tako rekoč ne bi več ostalo.

Častna litija

Se spomnite psevdohalogenov iz lanskega halogenskega cikla? To so ioni, ki se obnašajo kot anioni, kot je Cl^- ali ne^-. Sem sodijo na primer cianidi CN^- in SCN moli^-, ki tvorijo soli s topnostjo, podobno tisti pri anionih skupine 17.

Litovci imajo tudi sledilca, to je amonijev ion NH. ₄ ⁺ – produkt raztapljanja amoniaka v vodi (alkalna raztopina, čeprav šibkejša kot v primeru hidroksidov alkalijskih kovin) in njegove reakcije s kislinami. Ion reagira podobno s težjimi alkalijskimi kovinami, njegova najbližja afiniteta pa je s kalijem, po velikosti je na primer podoben kalijevemu kationu in v svojih naravnih spojinah pogosto nadomesti K+. Litijeve kovine so preveč reaktivne, da bi jih lahko proizvedli z elektrolizo vodnih raztopin soli in hidroksidov. Z živosrebrno elektrodo dobimo raztopino kovine v živem srebru (amalgam). Amonijev ion je tako podoben alkalijskim kovinam, da prav tako tvori amalgam.

V sistematičnem poteku analize L.materiali z magnezijevimi ioni so zadnji odkriti. Razlog je dobra topnost njihovih kloridov, sulfatov in sulfidov, kar pomeni, da se ne obarjajo pod delovanjem predhodno dodanih reagentov, s katerimi ugotavljamo prisotnost težjih kovin v vzorcu. Čeprav so tudi amonijeve soli zelo topne, jih zaznamo že na začetku analize, saj ne prenesejo segrevanja in izhlapevanja raztopin (precej enostavno se razgradijo s sproščanjem amoniaka). Postopek je verjetno vsem znan: vzorcu dodamo raztopino močne baze (NaOH ali KOH), ki povzroči sproščanje amoniaka.

Sam amonijak zaznamo ga z vonjem ali tako, da na vrat epruvete nanesemo univerzalni kos papirja, navlaženega z vodo. NH plin₃ se raztopi v vodi in naredi raztopino alkalno ter obarva papir modro.

7. Zaznavanje amonijevih ionov: na levi se testni trak obarva modro pod vplivom sproščenega amoniaka, na desni - pozitiven rezultat Nesslerjevega testa

Pri odkrivanju amoniaka s pomočjo vonja se morate spomniti pravil za uporabo nosu v laboratoriju. Zato se ne nagibajte nad reakcijsko posodo, hlape usmerite proti sebi s pahljačastim gibom roke in ne vdihujte zraka na »polne prsi«, temveč pustite, da aroma spojine sama pride do nosu.

Topnost amonijevih soli je podobna kot pri analognih kalijevih spojinah, zato je morda mamljivo pripraviti amonijev perklorat NH.₄ClO₄ in kompleksna spojina s kobaltom (za podrobnosti glejte prejšnjo epizodo). Vendar predstavljene metode niso primerne za odkrivanje zelo majhnih količin amoniaka in amonijevih ionov v vzorcu. V laboratorijih se v ta namen uporablja Nesslerjev reagent, ki se obori ali spremeni barvo že ob prisotnosti sledi NH₃ (7).

Močno pa odsvetujem izvajanje ustreznega testa doma, saj je treba uporabiti strupene spojine živega srebra.

Počakajte, da ste v strokovnem laboratoriju pod strokovnim nadzorom mentorja. Kemija je fascinantna, a – za tiste, ki je ne poznajo ali so malomarni – lahko nevarna.

Glej tudi: