Metal Pattern Part 3 - Ամեն ինչ
Լիթիումից հետո, որն ավելի ու ավելի շատ օգտագործվում է ժամանակակից գյուղատնտեսության մեջ, և նատրիումից և կալիումից, որոնք արդյունաբերության և կենդանի աշխարհի ամենակարևոր տարրերից են, գալիս է մնացած ալկալային տարրերի ժամանակը: Մեր առաջ են ռուբիդիումը, ցեզիումը և ֆրանկը։
Վերջին երեք տարրերը շատ նման են միմյանց, և միևնույն ժամանակ ունեն կալիումի նման հատկություններ և նրա հետ միասին կազմում են կալիում կոչվող ենթախումբ։ Քանի որ դուք գրեթե հաստատ չեք կարողանա որևէ փորձ կատարել ռուբիդիումի և ցեզիումի հետ, դուք պետք է բավարարվեք այն տեղեկություններով, որ նրանք արձագանքում են կալիումի նման, և որ դրանց միացություններն ունեն նույն լուծելիությունը, ինչ նրա միացությունները:
1. Սպեկտրոսկոպիայի հայրերը՝ ձախ Ռոբերտ Վիլհելմ Բունսեն (1811-99), աջ Գուստավ Ռոբերտ Կիրխհոֆ (1824-87)
Սպեկտրոսկոպիայի առաջին հաջողությունները
Բոցը որոշակի տարրերի միացություններով գունավորելու ֆենոմենը հայտնի էր և օգտագործվում էր հրավառության պատրաստման մեջ՝ դրանք ազատ վիճակի դուրս գալուց շատ առաջ։ Տասնիններորդ դարի սկզբին գիտնականներն ուսումնասիրեցին սպեկտրալ գծերը, որոնք հայտնվում են Արեգակի լույսի ներքո և արտանետվում տաքացվող քիմիական միացություններից։ 1859 թվականին երկու գերմանացի ֆիզիկոսներ. Ռոբերտ Բունսեն i Գուստավ Կիրխհոֆ - կառուցվել է արտանետվող լույսի փորձարկման սարք (1): Առաջին սպեկտրոսկոպն ուներ պարզ դիզայն. այն բաղկացած էր պրիզմայից, որը լույսը բաժանում էր սպեկտրալ գծերի և ոսպնյակով ակնոց նրանց դիտարկման համար (2). Քիմիական անալիզի համար սպեկտրոսկոպի օգտակարությունն անմիջապես նկատվեց. բոցի բարձր ջերմաստիճանում նյութը տրոհվում է ատոմների, և դրանք արձակում են միայն իրենց համար բնորոշ գծեր։
2. Գ. Kirchhoff սպեկտրոսկոպ
3. Ցեզիում մետաղ (http://images-of-elements.com)
Բունսենը և Կիրխհոֆը սկսեցին իրենց հետազոտությունները և մեկ տարի անց նրանք գոլորշիացրին 44 տոննա հանքային ջուր Դյուրկհեյմի աղբյուրից։ Նստվածքի սպեկտրում հայտնվեցին գծեր, որոնք հնարավոր չէր վերագրել այդ ժամանակ հայտնի որևէ տարրի։ Բունսենը (նա նաև քիմիկոս էր) մեկուսացրեց նոր տարրի քլորիդը նստվածքից և անվանեց դրանում պարունակվող մետաղը. CEZ հիմնված նրա սպեկտրի ուժեղ կապույտ գծերի վրա (լատիներեն = կապույտ) (3):
Մի քանի ամիս անց՝ արդեն 1861 թվականին, գիտնականներն ավելի մանրամասն ուսումնասիրեցին աղի հանքավայրի սպեկտրը և հայտնաբերեցին դրանում մեկ այլ տարրի առկայությունը։ Նրանք կարողացան մեկուսացնել դրա քլորիդը և որոշել նրա ատոմային զանգվածը։ Քանի որ կարմիր գծերը հստակ երևում էին սպեկտրում, նոր լիթիում մետաղն անվանվեց ռուբիդ (լատիներենից = մուգ կարմիր) (4): Սպեկտրային վերլուծության միջոցով երկու տարրերի հայտնաբերումը համոզեց քիմիկոսներին և ֆիզիկոսներին: Հետագա տարիներին սպեկտրոսկոպիան դարձավ հետազոտության հիմնական գործիքներից մեկը, և հայտնագործությունները լցվեցին եղջյուրի պես:
4. Մետաղական ռուբիդիում (http://images-of-elements.com)
Ռուբին այն չի ստեղծում իր սեփական հանքանյութերը, և կա միայն մեկ ցեզիում (5): Երկու տարրերն էլ. Երկրի մակերևութային շերտը պարունակում է 0,029% ռուբիդիում (17-րդ տեղ տարրական պարունակությունների ցանկում) և 0,0007% ցեզիում (39-րդ տեղ)։ Դրանք բիոտարրեր չեն, բայց որոշ բույսեր ընտրողաբար պահպանում են ռուբիդիումը, օրինակ՝ ծխախոտը և շաքարի ճակնդեղը։ Ֆիզիկաքիմիական տեսանկյունից երկու մետաղներն էլ «կալիում են ստերոիդների վրա»՝ նույնիսկ ավելի փափուկ և դյուրահալ, և նույնիսկ ավելի ռեակտիվ (օրինակ, նրանք ինքնաբուխ բռնկվում են օդում և նույնիսկ պայթուցիկորեն արձագանքում ջրի հետ):
միջոցով սա ամենա«մետաղական» տարրն է (քիմիական, և ոչ թե բառի խոսակցական իմաստով): Ինչպես նշվեց վերևում, նրանց միացությունների հատկությունները նույնպես նման են կալիումի նմանատիպ միացություններին:
5 աղտոտումը ցեզիումի միակ հանքանյութն է (USGS)
Ռուբիդիում մետաղ իսկ ցեզիումը ստացվում է դրանց միացությունները մագնեզիումի կամ կալցիումի հետ վակուումում նվազեցնելով։ Քանի որ դրանք անհրաժեշտ են միայն արևային բջիջների որոշ տեսակներ արտադրելու համար (ներգնա լույսը հեշտությամբ էլեկտրոններ է բաց թողնում դրանց մակերեսներից), ռուբիդիումի և ցեզիումի տարեկան արտադրությունը հասնում է հարյուրավոր կիլոգրամների: Նրանց միացությունները նույնպես լայնորեն չեն կիրառվում։
Ինչպես կալիումի դեպքում, ռուբիդիումի իզոտոպներից մեկը ռադիոակտիվ է. Rb-87-ի կիսամյակը 50 միլիարդ տարի է, ուստի ճառագայթումը շատ ցածր է: Այս իզոտոպն օգտագործվում է ժայռերի թվագրման համար: Ցեզիումը չունի բնական ռադիոակտիվ իզոտոպներ, բայց CS-137 միջուկային ռեակտորներում ուրանի տրոհման արտադրանքներից մեկն է։ Այն առանձնացված է ծախսված վառելիքի ձողերից, քանի որ այս իզոտոպը օգտագործվել է որպես g-ճառագայթման աղբյուր, օրինակ՝ քաղցկեղային ուռուցքները ոչնչացնելու համար:
Ֆրանսիայի պատվին
6. Ֆրանսերենի հայտնագործողը - Մարգարիտ Պերեյ (1909-75)
Մենդելեևն արդեն կանխատեսել էր ցեզիումից ավելի ծանր լիթիումի մետաղի գոյությունը և տվել նրան աշխատանքային անվանում։ Քիմիկոսներն այն փնտրել են լիթիումի այլ հանքանյութերում, քանի որ, ինչպես իր հարազատը, այն պետք է այնտեղ լինի: Մի քանի անգամ թվում էր, թե այն բացահայտվել է, թեկուզ հիպոթետիկ, բայց այդպես էլ չիրականացավ։
87-ականների սկզբին պարզ դարձավ, որ 1914 տարրը ռադիոակտիվ է։ 227 թվականին հայտնագործությանը մոտ էին ավստրիացի ֆիզիկոսները։ S. Meyer-ը, W. Hess-ը և F. Paneth-ը նկատել են թույլ ալֆա արտանետում ակտինիում-89 դեղամիջոցից (ի լրումն առատորեն արտազատվող բետա մասնիկների): Քանի որ ակտինիումի ատոմային թիվը 87 է, և ալֆա մասնիկի արտանետումը կապված է պարբերական աղյուսակի երկու տեղ տարրի «նշանակման» հետ, 223 ատոմային և XNUMX զանգվածային համարով իզոտոպը, այնուամենայնիվ, կունենա ալֆա մասնիկներ։ նմանատիպ էներգիա (օդում մասնիկների միջակայքը չափվում է դրանց էներգիայի համամասնությամբ) նաև ուղարկում է պրոտակտինիումի իզոտոպը, այլ գիտնականներ առաջարկել են դեղամիջոցի աղտոտումը:
Շուտով պատերազմը սկսվեց, և ամեն ինչ մոռացվեց։ 30-ականներին նախագծվեցին մասնիկների արագացուցիչներ և ստացվեցին առաջին արհեստական տարրերը, օրինակ՝ երկար սպասված 85 ատոմային համարով աստատիումը։ 87 տարրի դեպքում տեխնոլոգիայի այն ժամանակվա մակարդակը թույլ չէր տալիս ստանալ անհրաժեշտ քանակությունը։ սինթեզի համար նախատեսված նյութ։ Ֆրանսիացի ֆիզիկոսին անսպասելիորեն հաջողվում է Մարգարիտա Պերեյ, Մարի Սկլոդովսկա-Կյուրիի աշակերտուհին (6). Նա նույնպես, ինչպես ավստրիացիները քառորդ դար առաջ, ուսումնասիրեց ակտինիում-227-ի քայքայումը: Տեխնիկական առաջընթացը հնարավորություն տվեց ձեռք բերել մաքուր դեղամիջոց, և այս անգամ ոչ ոք չէր կասկածում, որ այն վերջնականապես հայտնաբերվել է։ Հետազոտողը նրան անուն է տվել Ֆրանսերեն ի պատիվ իրենց հայրենիքի։ 87-րդ տարրը վերջինն էր, որը հայտնաբերվեց օգտակար հանածոների մեջ, իսկ հաջորդները արտադրվեցին արհեստականորեն:
Frans այն ձևավորվում է ռադիոակտիվ շարքի կողային ճյուղում, փոքր արդյունավետությամբ գործընթացում և, առավել ևս, շատ կարճատև է։ Տիկին Փերիի կողմից հայտնաբերված ամենաուժեղ իզոտոպը Fr-223-ն է, որի կիսատ կյանքը 20 րոպեից մի փոքր ավելի է (նշանակում է, որ մեկ ժամ հետո մնում է սկզբնական քանակի միայն 1/8-ը)։ Ենթադրվում է, որ ամբողջ երկրագունդը պարունակում է ընդամենը մոտ 30 գրամ ֆրանկ (հավասարակշռություն է հաստատվում քայքայվող իզոտոպի և նոր ձևավորված իզոտոպի միջև)։
Թեև տեսանելի ֆրանկի միացություններ չեն ստացվել, սակայն ուսումնասիրվել են նրա հատկությունները և պարզվել է, որ այն պատկանում է ալկալային խմբին։ Օրինակ, երբ ֆրանկ և կալիումի իոններ պարունակող լուծույթին ավելացվում է պերքլորատ, նստվածքը կլինի ռադիոակտիվ, այլ ոչ թե լուծույթը: Այս վարքագիծը ապացուցում է, որ FrClO4 թեթևակի լուծելի (նստեցվում է KClO-ի հետ միասին4), իսկ ֆրանցիումի հատկությունները նման են կալիումին։
Ֆրանսիա, ինչպիսի՞ն կլիներ նա...
...Եթե ես կարողանայի դրա անզեն աչքով տեսանելի նմուշ ստանալ: Իհարկե, փափուկ, ինչպես մոմը, և գուցե ոսկեգույն երանգով (դրա վերևում գտնվող ցեզիումը շատ փափուկ է և դեղնավուն գույնի): Այն կհալվի 20-25°C ջերմաստիճանում և գոլորշիանա մոտ 650°C (գնահատված՝ հիմնվելով նախորդ դրվագի տվյալների վրա): Բացի այդ, այն շատ քիմիապես ռեակտիվ կլիներ: Հետևաբար, այն պետք է պահվի առանց թթվածնի և խոնավության հասանելիության և ճառագայթումից պաշտպանող տարաներում: Հարկավոր կլիներ շտապել փորձարկումներով, քանի որ մի քանի ժամից գործնականում ֆրանսերեն չէր մնա։
Պատվավոր լիթիում
Հիշո՞ւմ եք կեղծ հալոգեններին անցյալ տարվա հալոգենների շարքից: Սրանք իոններ են, որոնք իրենց անիոնների նման են պահում, օրինակ՝ Cl- կամ ոչ-. Դրանք ներառում են, օրինակ, ցիանիդներ CN- եւ խալեր SCN-, առաջացնելով 17 խմբի անիոնների լուծելիությամբ աղեր։
Լիտվացիները նույնպես ունեն հետևորդ, որը ամոնիումի իոն ՆՀ-ն է։ 4 + - ջրի մեջ ամոնիակի լուծարման արտադրանք (լուծույթը ալկալային է, թեև ավելի թույլ, քան ալկալիական մետաղների հիդրօքսիդների դեպքում) և թթուների հետ դրա արձագանքը։ Իոնը նմանապես արձագանքում է ավելի ծանր ալկալային մետաղների հետ, և նրա ամենամոտ կապը կալիումի հետ է, օրինակ՝ այն իր չափերով նման է կալիումի կատիոնին և հաճախ փոխարինում է K+-ին իր բնական միացություններում։ Լիթիումի մետաղները չափազանց ռեակտիվ են աղերի և հիդրօքսիդների ջրային լուծույթների էլեկտրոլիզով ստանալու համար։ Սնդիկի էլեկտրոդի միջոցով ստացվում է սնդիկի մեջ մետաղի լուծույթ (ամալգամ)։ Ամոնիումի իոնն այնքան նման է ալկալային մետաղներին, որ այն նաև ամալգամ է առաջացնում։
Սիստեմատիկ վերլուծության ընթացքում Լ.նյութեր մագնեզիումի իոնով հայտնաբերվում են վերջինը: Պատճառն այն է, որ դրանց քլորիդները, սուլֆատները և սուլֆիդները լավ լուծելի են, ինչը նշանակում է, որ դրանք չեն նստում նախկինում ավելացված ռեակտիվների ազդեցության տակ, որոնք օգտագործվում են նմուշում ավելի ծանր մետաղների առկայությունը որոշելու համար: Չնայած ամոնիումի աղերը նույնպես շատ լուծելի են, դրանք հայտնաբերվում են վերլուծության հենց սկզբում, քանի որ չեն դիմանում լուծույթների տաքացմանը և գոլորշիացմանը (ամոնիակի արտազատմամբ դրանք բավականին հեշտությամբ քայքայվում են): Պրոցեդուրան հավանաբար բոլորին է հայտնի՝ նմուշին ավելացվում է ամուր հիմքի լուծույթ (NaOH կամ KOH), որն առաջացնում է ամոնիակի արտազատում։
Սամ ամոնիակ այն հայտնաբերվում է հոտով կամ փորձանոթի պարանոցին ջրով թրջված ունիվերսալ թուղթ քսելով: Գազի ՆՀ3 լուծվում է ջրի մեջ և լուծույթը դարձնում ալկալային, իսկ թուղթը դառնում կապույտ:
7. Ամոնիումի իոնների հայտնաբերում. ձախ կողմում փորձարկման շերտը կապույտ է դառնում արտանետվող ամոնիակի ազդեցության տակ, աջ կողմում՝ Նեսլերի թեստի դրական արդյունք։
Հոտով ամոնիակը հայտնաբերելիս հիշեք, որ ձեր քիթը լաբորատորիայում օգտագործեք: Հետևաբար, մի թեքվեք ռեակցիայի անոթի վրա, գոլորշիներն ուղղեք ձեր ձեռքի օդափոխիչի շարժումով դեպի ինքներդ և մի ներշնչեք օդը «լիքը կրծքավանդակը», այլ թողեք, որ միացության բույրը հասնի ձեր քթին:
Ամոնիումի աղերի լուծելիությունը նման է կալիումի նմանատիպ միացություններին, ուստի կարող է գայթակղիչ լինել ամոնիումի պերքլորատ NH պատրաստելը:4ClO4 և կոբալտային համալիր (մանրամասների համար տե՛ս նախորդ դրվագը): Այնուամենայնիվ, ներկայացված մեթոդները հարմար չեն նմուշում շատ փոքր քանակությամբ ամոնիակի և ամոնիումի իոնների հայտնաբերման համար: Լաբորատորիաներում այդ նպատակով օգտագործվում է Nessler-ի ռեագենտը, որը նստեցնում կամ փոխում է գույնը նույնիսկ NH-ի հետքերի առկայության դեպքում:3 (7).
Այնուամենայնիվ, ես կտրականապես խորհուրդ եմ տալիս չանել այս թեստը տանը, քանի որ այն պահանջում է թունավոր սնդիկի միացությունների օգտագործում:
Սպասեք մինչև լինեք պրոֆեսիոնալ լաբորատորիայում՝ մենթորի մասնագիտական հսկողության ներքո: Քիմիան հետաքրքրաշարժ է, բայց նրանց համար, ովքեր չգիտեն կամ անփույթ են, դա կարող է վտանգավոր լինել:
Տես նաեւ.
