Metal Pattern Part 3 - Allt annað

Á eftir litíum, sem er í auknum mæli notað í nútíma hagkerfi, og natríum og kalíum, sem eru einn mikilvægasti þátturinn í iðnaði og lífríkinu, er tíminn kominn fyrir restina af basísku frumefnunum. Á undan okkur er rúbídíum, sesíum og franki.

Síðustu þrjú frumefnin eru mjög lík hvert öðru og hafa um leið svipaða eiginleika og kalíum og mynda saman við það undirhóp sem kallast kalíum. Þar sem þú munt næstum örugglega ekki geta gert neinar tilraunir með rúbídíum og sesíum, verður þú að vera sáttur við þær upplýsingar að þau bregðist eins og kalíum og að efnasambönd þeirra hafi sama leysni og efnasambönd þess.

1. Feður litrófsgreiningar: Robert Wilhelm Bunsen (1811-99) til vinstri, Gustav Robert Kirchhoff (1824-87) til hægri.

Snemma framfarir í litrófsgreiningu

Það fyrirbæri að lita logann með efnasamböndum ákveðinna frumefna var þekkt og notað við framleiðslu á flugeldum löngu áður en þeim var sleppt í frjálst ástand. Í upphafi nítjándu aldar rannsökuðu vísindamenn litrófslínurnar sem birtast í ljósi sólar og gefa frá sér hituð efnasambönd. Árið 1859, tveir þýskir eðlisfræðingar - Robert Bunsen i Gustav Kirchhoff - smíðaði tæki til að prófa ljósið sem gefur frá sér (1). Fyrsta litrófssjáin var einföld hönnun: hún samanstóð af prisma sem skildi ljós í litrófslínur og augngler með linsu fyrir athugun þeirra (2). Það var strax tekið eftir notagildi litrófssjónaukans fyrir efnagreiningu: efnið brotnar upp í frumeindir við háan hita logans og þær gefa frá sér línur sem eru aðeins einkennandi fyrir þau sjálf.

2. G. Kirchhoff litróf

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

Bunsen og Kirchhoff hófu rannsóknir sínar og ári síðar gufuðu þeir upp 44 tonn af sódavatni úr lind í Durkheim. Línur komu fram í setrófinu sem ekki var hægt að rekja til neins frumefnis sem þekkt var á þeim tíma. Bunsen (hann var líka efnafræðingur) einangraði klóríð nýs frumefnis úr botnfallinu og gaf nafnið á málminn sem var í því. Í GEGNUM byggt á sterkum bláum línum í litrófinu (latneskt = blátt) (3).

Nokkrum mánuðum síðar, þegar árið 1861, skoðuðu vísindamenn litróf saltinnstæðunnar nánar og uppgötvuðu tilvist annars frumefnis í því. Þeir gátu einangrað klóríð þess og ákvarðað atómmassa þess. Þar sem rauðar línur sáust greinilega í litrófinu var nýi litíummálmurinn nefndur rudd (úr latínu = dökkrauður) (4). Uppgötvun tveggja frumefna með litrófsgreiningu sannfærði efna- og eðlisfræðinga. Á síðari árum varð litrófsspeglun eitt helsta rannsóknartækin og uppgötvunum rigndi eins og hornhimnu.

4. Metal Rubidium (http://images-of-elements.com)

Rúbín það myndar ekki sín eigin steinefni og sesíum er aðeins eitt (5). Báðir þættir. Yfirborðslag jarðar inniheldur 0,029% rúbídíum (17. sæti á lista yfir frumefnamagn) og 0,0007% sesíum (39. sæti). Þau eru ekki lífefni, en sumar plöntur geyma sértækt rúbídíum, eins og tóbak og sykurrófur. Frá eðlisefnafræðilegu sjónarhorni eru báðir málmarnir „kalíum á sterum“: jafnvel mýkri og smeltanlegir og jafnvel hvarfgjarnari (til dæmis kvikna þeir af sjálfu sér í lofti og bregðast jafnvel við vatni við sprengingu).

gegnum það er "málmlegasta" frumefnið (í efnafræðilegum skilningi þess orðs). Eins og getið er hér að ofan eru eiginleikar efnasambanda þeirra einnig svipaðir og hliðstæðra kalíumefnasambanda.

5 Pollucite er eina sesíum steinefnið (USGS)

málmrúbídíum og sesíum fæst með því að minnka efnasambönd þeirra með magnesíum eða kalsíum í lofttæmi. Þar sem þær eru aðeins nauðsynlegar til að framleiða ákveðnar gerðir af sólarsellum (ljós sem falla auðveldlega frá sér rafeindir frá yfirborði þeirra), er árleg framleiðsla á rúbídíum og sesíum á stærð við hundruð kílóa. Efnasambönd þeirra eru heldur ekki mikið notuð.

Eins og með kalíum, ein af samsætum rúbídíns er geislavirk. Rb-87 hefur helmingunartíma upp á 50 milljarða ára, þannig að geislunin er mjög lítil. Þessi samsæta er notuð til að aldursgreina steina. Sesíum hefur engar náttúrulegar geislavirkar samsætur, en CS-137 er ein af klofningsafurðum úrans í kjarnakljúfum. Það er aðskilið frá notuðum eldsneytisstangum vegna þess að þessi samsæta hefur verið notuð sem uppspretta gammageislunar, til dæmis til að eyða krabbameinsæxlum.

Til heiðurs Frakklandi

6. Uppgötvandi franskrar tungu - Marguerite Perey (1909-75)

Mendeleev hafði þegar séð fyrir tilvist litíummálms þyngri en sesíum og gaf honum vinnuheiti. Efnafræðingar hafa leitað að því í öðrum litíum steinefnum vegna þess að eins og ættingi þeirra ætti það að vera þar. Nokkrum sinnum virtist sem það hefði verið uppgötvað, þótt ímyndað væri, en aldrei orðið að veruleika.

Snemma á níunda áratugnum varð ljóst að frumefnið 87 var geislavirkt. Árið 1914 voru austurrískir eðlisfræðingar nálægt því að uppgötva. S. Meyer, W. Hess og F. Panet sáu veika alfageislun frá aktíníum-227 (auk þess sem seytt var mikið út af beta-ögnum). Þar sem lotunúmer aktíníums er 89 og losun alfa-ögn er vegna "fækkunar" frumefnisins á tvo staði í lotukerfinu, hefði samsætan með lotunúmer 87 og massanúmer 223 hins vegar átt að vera, alfa agnir af svipaðri orku (svið agna í lofti er mælt hlutfallslega orku þeirra) sendir einnig frá sér samsætu af protactinium, aðrir vísindamenn hafa bent á mengun lyfsins.

Stríð braust fljótlega út og allt gleymdist. Á þriðja áratug síðustu aldar voru agnahraðlar hannaðir og fyrstu gervi frumefnin fengust, til dæmis langþráða astatium með lotunúmer 30. Í tilviki frumefnis 85 leyfði tæknistig þess tíma ekki að ná nauðsynlegu magni af efni til myndun. Franski eðlisfræðingurinn tókst það óvænt Marguerite Perey, nemandi Maria Sklodowska-Curie (6). Hún, eins og Austurríkismenn fyrir aldarfjórðungi, rannsakaði rotnun aktíníums-227. Tækniframfarir gerðu það að verkum að hægt var að fá hreinan undirbúning og að þessu sinni efaðist enginn um að endanlega hefði tekist að bera kennsl á hann. Landkönnuðurinn nefndi hann Franska til heiðurs heimalandi sínu. Frumefnið 87 var það síðasta sem fannst í steinefnum, síðari þættir voru fengnir tilbúnar.

french það myndast í hliðargrein geislavirku seríunnar, í ferli með lítilli skilvirkni og er þar að auki mjög skammvinn. Sterkasta samsætan sem frú Perey uppgötvaði, Fr-223, hefur helmingunartíma sem er rúmlega 20 mínútur (sem þýðir að aðeins 1/8 af upprunalegu magni er eftir eftir klukkutíma). Það hefur verið reiknað út að allur hnötturinn inniheldur aðeins um 30 grömm af franka (jafnvægi er komið á milli rotnandi samsætunnar og nýmyndaðrar samsætunnar).

Þótt sýnilegur hluti frankasamböndanna hafi ekki fengist voru eiginleikar þeirra rannsakaðir og kom í ljós að hann tilheyrir basíska hópnum. Til dæmis, þegar perklórati er bætt við lausn sem inniheldur franka og kalíumjónir verður botnfallið geislavirkt, ekki lausnin. Þessi hegðun sannar að FrClO₄ örlítið leysanlegt (fellist út með KClO₄), og eiginleikar fransíums eru svipaðir og kalíums.

Frakkland, hvernig væri hann...

… Ef ég gæti fengið sýnishorn af því sýnilegt með berum augum? Auðvitað, mjúkt eins og vax, og kannski með gylltum blæ (cesiumið fyrir ofan það er mjög mjúkt og gulleitt á litinn). Það myndi bráðna við 20-25°C og gufa upp um 650°C (mat byggt á gögnum úr fyrri þætti). Auk þess væri það mjög efnafræðilega virkt. Því ætti að geyma það án aðgangs að súrefni og raka og í ílát sem verndar gegn geislun. Nauðsynlegt væri að flýta sér með tilraunirnar því eftir nokkrar klukkustundir væri nánast enginn franskur eftir.

Heiðurslitíum

Manstu eftir gervi-halógenunum frá halógenhringrás síðasta árs? Þetta eru jónir sem hegða sér eins og anjónir eins og Cl^- eða nei^-. Þar á meðal eru til dæmis blásýrur CN^- og SCN mól^-myndar sölt með svipaða leysni og hóp 17 anjóna.

Litháar hafa líka fylgi, sem er ammóníumjónin NH. ₄ ⁺ - afurð af upplausn ammoníaksins í vatni (lausnin er basísk, þó veikari en þegar um alkalímálmhýdroxíð er að ræða) og hvarf þess við sýrur. Jónin hvarfast á sama hátt við þyngri alkalímálma og nánustu tengsl hennar eru við kalíum, hún er til dæmis svipað að stærð og kalíumkatjónin og kemur oft í stað K+ í náttúrulegum efnasamböndum hennar. Litíummálmar eru of hvarfgjarnir til að fást með rafgreiningu á vatnslausnum af söltum og hýdroxíðum. Með því að nota kvikasilfursrafskaut fæst málmlausn í kvikasilfri (amalgam). Ammóníumjónin er svo lík alkalímálmum að hún myndar líka amalgam.

Í kerfisbundnu ferli greiningar á L.magnesíumjóna efni eru þeir síðustu sem uppgötvuðust. Ástæðan er góð leysni klóríða, súlfata og súlfíða þeirra, sem þýðir að þau falla ekki út undir virkni áður bættra hvarfefna sem notuð eru til að ákvarða tilvist þyngri málma í sýninu. Þrátt fyrir að ammóníumsölt séu líka mjög leysanleg, eru þau greind strax í upphafi greiningar, þar sem þau þola ekki hitun og uppgufun lausna (þau brotna frekar auðveldlega niður við losun ammoníak). Aðferðin er líklega öllum kunn: lausn af sterkum basa (NaOH eða KOH) er bætt við sýnið, sem veldur losun ammoníaks.

Sam ammoníak það greinist með lykt eða með því að setja alhliða pappír sem er vætt með vatni á háls tilraunaglassins. NH gas₃ leysist upp í vatni og gerir lausnina basíska og gerir pappírinn bláan.

7. Greining á ammóníumjónum: vinstra megin verður prófunarstrimlinn blár undir áhrifum losaðs ammoníaks, hægra megin, jákvæð niðurstaða Nessler prófsins

Þegar þú finnur ammoníak með hjálp lyktar ættir þú að muna reglurnar um notkun nefsins á rannsóknarstofunni. Þess vegna skaltu ekki halla þér yfir hvarfílátið, beina gufunum að sjálfum þér með viftuhreyfingu og ekki anda að þér loftinu "fullri bringu", heldur láttu ilm efnasambandsins berast nefið af sjálfu sér.

Leysni ammóníumsalta er svipað og hliðstæð kalíumsambönd, svo það getur verið freistandi að útbúa ammóníumperklórat NH.₄ClO₄ og flókið efnasamband með kóbalti (sjá nánar í fyrri þætti). Hins vegar henta aðferðirnar sem kynntar eru ekki til að greina mjög lítið magn af ammoníaki og ammóníumjónum í sýni. Á rannsóknarstofum er hvarfefni Nessler notað í þessu skyni, sem fellur út eða breytir um lit, jafnvel þegar leifar af NH eru til staðar.₃ (7).

Hins vegar mæli ég eindregið gegn því að gera viðeigandi próf heima þar sem nauðsynlegt er að nota eitruð kvikasilfurssambönd.

Bíddu þar til þú ert á faglegri rannsóknarstofu undir faglegu eftirliti leiðbeinanda. Efnafræði er heillandi, en - fyrir þá sem vita hana ekki eða eru kærulausir - getur hún verið hættuleg.

Sjá einnig: