Металл үлгісі 3-бөлім - қалғанының бәрі
Заманауи экономикада көбірек қолданылып келе жатқан литийден және өнеркәсіп пен тіршілік әлеміндегі ең маңызды элементтердің бірі болып табылатын натрий мен калийден кейін қалған сілтілі элементтердің уақыты келді. Біздің алдымызда рубидий, цезий және франк тұр.
Соңғы үш элемент бір-біріне өте ұқсас және сонымен бірге калиймен ұқсас қасиеттерге ие және онымен бірге калий деп аталатын топшаны құрайды. Сіз рубидий мен цезиймен ешқандай тәжірибе жасай алмайтыныңыз анық, сондықтан олардың калий сияқты әрекеттесетіні және олардың қосылыстары оның қосылыстарымен бірдей ерігіштікке ие екендігі туралы ақпаратпен қанағаттануыңыз керек.
1. Спектроскопияның әкелері: сол жақта Роберт Вильгельм Бунсен (1811-99), оң жақта Густав Роберт Кирхгоф (1824-87)
Спектроскопияның алғашқы жетістіктері
Жалынды белгілі бір элементтердің қосылыстарымен бояу құбылысы фейерверк өндірісінде олар бос күйге шығарылғанға дейін белгілі болды және қолданылды. ХІХ ғасырдың басында ғалымдар Күн сәулесінде пайда болатын және қыздырылған химиялық қосылыстардан шығатын спектрлік сызықтарды зерттеді. 1859 жылы екі неміс физигі - Роберт Бунсен i Густав Кирхгоф - шығарылатын жарықты тексеруге арналған құрылғыны құрастырды (1). Бірінші спектроскоп қарапайым дизайнға ие болды: ол жарықты спектрлік сызықтарға бөлетін призмадан және линзасы бар окуляр олардың бақылауы үшін (2). Химиялық талдау үшін спектроскоптың пайдалылығы бірден байқалды: зат жалынның жоғары температурасында атомдарға ыдырайды және бұл тек өзіне ғана тән сызықтарды шығарады.
2. Г.Кирхгоф спектроскопта
3. Металл цезий (http://images-of-elements.com)
Бунсен мен Кирхгоф зерттеу жұмыстарын бастап, бір жылдан кейін Дюркгеймдегі бұлақтан 44 тонна минералды суды буландырды. Шөгінділер спектрінде сол кезде белгілі бір элементке жатқызуға болмайтын сызықтар пайда болды. Бунсен (ол да химик болған) шөгіндіден жаңа элементтің хлоридін бөліп алып, оның құрамындағы металға атау берді. АРҚЫЛЫ оның спектріндегі күшті көк сызықтарға негізделген (латын = көк) (3).
Бірнеше айдан кейін, 1861 жылы ғалымдар тұз кен орнының спектрін толығырақ зерттеп, онда басқа элементтің бар екенін анықтады. Олар оның хлоридін бөліп алып, атомдық массасын анықтай алды. Спектрде қызыл сызықтар анық көрінетіндіктен, жаңа литий металы аталды рубид (латын тілінен = қою қызыл) (4). Спектрлік талдау арқылы екі элементтің ашылуы химиктер мен физиктерді сендірді. Одан кейінгі жылдарда спектроскопия негізгі зерттеу құралдарының біріне айналды және ашылулар жаңбырдай жауды.
4. Металл рубидий (http://images-of-elements.com)
Ruby ол өз минералдарын түзбейді, ал цезий бір ғана (5). Екі элемент. Жердің беткі қабатында 0,029% рубидий (элементтік молшылық тізімінде 17-орын) және 0,0007% цезий (39-орын) бар. Олар биоэлементтер емес, бірақ кейбір өсімдіктер темекі мен қант қызылшасы сияқты рубидийді іріктеп сақтайды. Физика-химиялық тұрғыдан алғанда екі метал да «стероидтардағы калий» болып табылады: одан да жұмсақ және балқитын, одан да реактивті (мысалы, олар ауада өздігінен тұтанады, тіпті жарылыспен сумен әрекеттеседі).
через бұл ең «металл» элемент (сөздің ауызекі мағынасында емес, химиялық құрамында). Жоғарыда айтылғандай, олардың қосылыстарының қасиеттері де аналогтық калий қосылыстарына ұқсас.
5 Поллюцит - Цезийдің жалғыз минералы (USGS)
металл рубидий ал цезий олардың қосылыстарын вакуумде магниймен немесе кальциймен тотықсыздандыру арқылы алынады. Олар фотоэлектрлік элементтердің белгілі бір түрлерін шығару үшін ғана қажет болғандықтан (инцидент жарық олардың беттерінен электрондарды оңай шығарады), рубидий мен цезийдің жылдық өндірісі жүздеген килограммға жетеді. Олардың қосылыстары да кеңінен қолданылмайды.
Калий сияқты, рубидий изотоптарының бірі радиоактивті. Rb-87 жартылай ыдырау периоды 50 миллиард жыл, сондықтан радиация өте төмен. Бұл изотоп тау жыныстарын анықтау үшін қолданылады. Цезийдің табиғи радиоактивті изотоптары жоқ, бірақ CS-137 ядролық реакторлардағы уранның ыдырау өнімдерінің бірі болып табылады. Ол пайдаланылған отын өзектерінен бөлінген, өйткені бұл изотоп гамма-сәулелену көзі ретінде, мысалы, қатерлі ісіктерді жою үшін пайдаланылған.
Францияның құрметіне
6. Француз тілін ашушы – Маргерит Перей (1909-75)
Менделеев цезийден де ауыр литий металының бар екенін алдын ала болжап, оған жұмыс атауын берді. Химиктер оны басқа литий минералдарынан іздеді, өйткені олардың туыстары сияқты ол да сонда болуы керек. Бірнеше рет ол гипотетикалық болса да, ашылғандай көрінді, бірақ ешқашан жүзеге аспады.
87 жылдардың басында 1914 элементінің радиоактивті екені белгілі болды. 227 жылы австриялық физиктер ашуға жақын болды. С.Мейер, В.Гесс және Ф.Панет актиниум-89-дан әлсіз альфа-сәулеленуді байқады (көп мөлшерде бөлінген бета-бөлшектерден басқа). Актинийдің атомдық нөмірі 87 болғандықтан, ал альфа-бөлшектің сәулеленуі элементтің периодтық жүйеде екі орынға «төмендеуіне» байланысты болғандықтан, атомдық нөмірі 223 және массалық нөмірі XNUMX изотопы альфа бөлшектері болуы керек ұқсас энергия, алайда (ауадағы бөлшектердің диапазоны олардың энергиясына пропорционалды түрде өлшенеді) протактиний изотопын да жібереді, басқа ғалымдар препараттың ластануын ұсынды.
Көп ұзамай соғыс басталып, бәрі ұмытылды. 30 жылдары бөлшектердің үдеткіштері жобаланып, алғашқы жасанды элементтер алынды, мысалы, көптен күткен атомдық нөмірі 85 астатиум. 87-элемент жағдайында сол кездегі технология деңгейі қажетті көлемді алуға мүмкіндік бермеді. синтезге арналған материал. Француз физигі күтпеген жерден жетістікке жетті Маргарит Пери, Мария Склодовска-Кюридің шәкірті (6). Ол ширек ғасыр бұрын австриялықтар сияқты актиниум-227 ыдырауын зерттеді. Технологиялық прогресс таза препарат алуға мүмкіндік берді және бұл жолы оның түпкілікті анықталғанына ешкім күмәнданбады. Зерттеуші оны атады француз Отанының құрметіне. Пайдалы қазбаларда 87-ші элемент соңғы рет табылды, одан кейінгілері жасанды жолмен алынды.
Франс ол радиоактивті қатардың бүйір тармағында, тиімділігі төмен процесте түзіледі және оның үстіне өте қысқа мерзімді. Перей ханым ашқан ең күшті изотоп, Fr-223, жартылай шығарылу кезеңі 20 минуттан сәл ғана асады (бір сағаттан кейін бастапқы мөлшердің тек 1/8 бөлігі ғана қалады дегенді білдіреді). Бүкіл жер шарында небәрі 30 грамм франк бар екені есептелді (ыдырап бара жатқан изотоп пен жаңадан пайда болған изотоп арасында тепе-теңдік орнайды).
Франк қосылыстарының көрінетін бөлігі алынбаса да, оның қасиеттері зерттеліп, сілтілі топқа жататыны анықталды. Мысалы, франк пен калий иондары бар ерітіндіге перхлорат қосқанда, тұнба ерітінді емес, радиоактивті болады. Бұл әрекет FrClO4 аз ериді (KClO-мен тұнбаға түседі4), ал францийдің қасиеттері калийдікіне ұқсас.
Франция, ол қалай болар еді...
… Егер мен оның қарапайым көзге көрінетін үлгісін ала аламын ба? Әрине, балауыз сияқты жұмсақ, мүмкін алтын реңкпен (оның үстіндегі цезий өте жұмсақ және сарғыш түсті). Ол 20-25°C температурада ериді және 650°C шамасында буланады (алдыңғы эпизод деректеріне негізделген бағалау). Сонымен қатар, ол өте химиялық белсенді болар еді. Сондықтан оны оттегі мен ылғалға қол жеткізбей, радиациядан қорғайтын ыдыста сақтау керек. Тәжірибелерді тездету керек еді, өйткені бірнеше сағаттан кейін француздар іс жүзінде қалмайды.
Құрметті литий
Өткен жылғы галогендік циклдегі псевдогалогендерді есте сақтаңыз ба? Бұл Cl сияқты аниондар сияқты әрекет ететін иондар- немесе жоқ-. Оларға, мысалы, CN цианидтері жатады- және SCN мольдері-, ерігіштігі 17 топ аниондарына ұқсас тұздар түзеді.
Литвалықтардың да ізбасары бар, ол аммоний ионы NH. 4 + - аммиактың суда еру өнімі (ерітінді сілтілі, бірақ сілтілі металдар гидроксидтеріне қарағанда әлсіз) және оның қышқылдармен әрекеттесуі. Ион ауыр сілтілік металдармен бірдей әрекеттеседі және оның ең жақын қатынасы калиймен, мысалы, ол мөлшері бойынша калий катионына ұқсас және табиғи қосылыстарында жиі K+ ауыстырады. Литий металдары тым реактивті, тұздар мен гидроксидтердің сулы ерітінділерін электролиздеу арқылы алу үшін. Сынап электродының көмегімен сынаптағы металл ерітіндісі (амалгам) алынады. Аммоний ионының сілтілі металдарға ұқсастығы сонша, ол амальгам түзеді.
Жүйелі түрде талдау барысында Л.магний иондық материалдар соңғы ашылғандар. Себебі, олардың хлоридтерінің, сульфаттарының және сульфидтерінің жақсы ерігіштігі, яғни үлгіде ауыр металдардың бар-жоғын анықтау үшін бұрын қосылған реагенттердің әсерінен олар тұнбаға түспейді. Аммоний тұздары да жақсы еритін болса да, олар ерітінділердің қыздырылуына және булануына төтеп бермейтіндіктен (аммиактың бөлінуімен оңай ыдырайды) талдаудың ең басында анықталады. Процедура барлығына белгілі болуы мүмкін: үлгіге күшті негіздің ерітіндісі (NaOH немесе KOH) қосылады, бұл аммиактың бөлінуін тудырады.
Сэм аммиак иісі арқылы немесе пробирканың мойнына сумен суланған әмбебап қағазды жағу арқылы анықталады. NH газы3 суда ериді және ерітіндіні сілтілі етеді және қағазды көк түске бояйды.
7. Аммоний иондарын анықтау: сол жақта бөлінетін аммиак әсерінен сынақ жолағы көк түске боялады, оң жақта Несслер сынамасының оң нәтижесі.
Аммиакты иістің көмегімен анықтаған кезде зертханада мұрынды қолдану ережелерін есте сақтау керек. Сондықтан, реакциялық ыдыстың үстінен еңкеймеңіз, қолыңыздың желдеткіш қозғалысымен буды өзіңізге бағыттаңыз және «толық кеуде» ауасын жұтпаңыз, бірақ қосылыстың хош иісі мұрынға өздігінен жетсін.
Аммоний тұздарының ерігіштігі аналогтық калий қосылыстарына ұқсас, сондықтан аммоний перхлорати NH дайындауға азғырылуы мүмкін.4ClO4 және кобальтпен күрделі қосылыс (толығырақ, алдыңғы бөлімді қараңыз). Алайда ұсынылған әдістер үлгідегі аммиак пен аммоний иондарының өте аз мөлшерін анықтауға жарамайды. Зертханаларда бұл мақсатта NH ізі болған кезде де тұндыратын немесе түсін өзгертетін Несслер реактиві қолданылады.3 (7).
Дегенмен, мен үйде қолайлы сынақтан өтуге кеңес беремін, өйткені улы сынап қосылыстарын қолдану қажет.
Тәлімгердің кәсіби бақылауында кәсіби зертханада болғанша күтіңіз. Химия өте қызықты, бірақ оны білмейтін немесе немқұрайлы адамдар үшін бұл қауіпті болуы мүмкін.
Сондай-ақ, қараңыз:
