Mô hình kim loại Phần 3 - Mọi thứ khác
Sau liti ngày càng được sử dụng nhiều trong nền kinh tế hiện đại, natri và kali, là một trong những nguyên tố quan trọng nhất trong công nghiệp và thế giới sống, đã đến lúc các nguyên tố kiềm còn lại. Trước chúng ta là rubidi, xêzi và franc.
Ba nguyên tố cuối cùng rất giống nhau, đồng thời có tính chất tương tự với kali và cùng với nó tạo thành một phân nhóm gọi là kali. Vì bạn gần như chắc chắn sẽ không thể thực hiện bất kỳ thí nghiệm nào với rubidi và xêzi, bạn phải tự hài lòng với thông tin rằng chúng phản ứng giống như kali và các hợp chất của chúng có cùng độ hòa tan với các hợp chất của nó.
1. Cha đẻ của quang phổ: Robert Wilhelm Bunsen (1811-99) ở bên trái, Gustav Robert Kirchhoff (1824-87) ở bên phải
Những tiến bộ ban đầu trong quang phổ
Hiện tượng tạo màu ngọn lửa bằng các hợp chất của một số nguyên tố đã được biết đến và sử dụng trong sản xuất pháo hoa từ rất lâu trước khi chúng được giải phóng ở trạng thái tự do. Vào đầu thế kỷ 1859, các nhà khoa học đã nghiên cứu các vạch quang phổ xuất hiện dưới ánh sáng của Mặt trời và phát ra từ các hợp chất hóa học bị nung nóng. Năm XNUMX, hai nhà vật lý người Đức - Robert Bunsen i Gustav Kirchhoff - chế tạo thiết bị kiểm tra ánh sáng phát ra (1). Máy quang phổ đầu tiên có thiết kế đơn giản: nó bao gồm một lăng kính tách ánh sáng thành các vạch quang phổ và thị kính với thấu kính cho sự quan sát của họ (2). Người ta ngay lập tức nhận thấy tính hữu ích của kính quang phổ đối với phân tích hóa học: chất này phân hủy thành các nguyên tử ở nhiệt độ cao của ngọn lửa, và những vạch này chỉ phát ra các vạch đặc trưng của chính chúng.
2. G. Kirchhoff trên kính quang phổ
3. Cesium kim loại (http://images-of-elements.com)
Bunsen và Kirchhoff bắt đầu nghiên cứu và một năm sau, họ làm bốc hơi 44 tấn nước khoáng từ một con suối ở Durkheim. Các đường kẻ xuất hiện trong quang phổ trầm tích không thể được quy cho bất kỳ nguyên tố nào được biết đến vào thời điểm đó. Bunsen (ông cũng là một nhà hóa học) đã cô lập clorua của một nguyên tố mới từ trầm tích, và đặt tên cho kim loại có trong nó. BỞI VÌ dựa trên các vạch màu xanh lam mạnh trong quang phổ của nó (tiếng Latinh = xanh lam) (3).
Vài tháng sau, tức là vào năm 1861, các nhà khoa học đã kiểm tra quang phổ của mỏ muối chi tiết hơn và phát hiện ra sự hiện diện của một nguyên tố khác trong đó. Họ đã có thể phân lập clorua của nó và xác định khối lượng nguyên tử của nó. Vì các vạch màu đỏ có thể nhìn thấy rõ ràng trong quang phổ nên kim loại liti mới được đặt tên là rubid (từ tiếng Latinh = đỏ sẫm) (4). Việc phát hiện ra hai nguyên tố thông qua phân tích quang phổ đã thuyết phục các nhà hóa học và vật lý học. Trong những năm sau đó, quang phổ học đã trở thành một trong những công cụ nghiên cứu chính, và những khám phá đã xảy ra như vũ bão.
4. Kim loại rubidi (http://images-of-elements.com)
Rubid nó không hình thành khoáng chất của riêng mình, và xêzi chỉ là một (5). Cả hai yếu tố. Lớp bề mặt của Trái đất chứa 0,029% rubidi (vị trí thứ 17 trong danh sách các nguyên tố phong phú) và 0,0007% xêzi (vị trí thứ 39). Chúng không phải là nguyên tố sinh học, nhưng một số loài thực vật tích trữ rubidi một cách chọn lọc, chẳng hạn như thuốc lá và củ cải đường. Từ quan điểm hóa lý, cả hai kim loại đều là “kali trên steroid”: mềm hơn và dễ chảy hơn, và thậm chí còn dễ phản ứng hơn (ví dụ, chúng bốc cháy tự phát trong không khí và thậm chí phản ứng với nước gây nổ).
xuyên qua nó là nguyên tố "kim loại" nhất (về mặt hóa học, không phải theo nghĩa thông tục của từ này). Như đã đề cập ở trên, tính chất của các hợp chất của chúng cũng tương tự như các hợp chất tương tự của kali.
5 Pollucite là khoáng chất Caesium duy nhất (USGS)
kim loại rubidi và xêzi thu được bằng cách khử các hợp chất của chúng với magiê hoặc canxi trong chân không. Vì chúng chỉ cần thiết để sản xuất một số loại tế bào quang điện (ánh sáng tới dễ dàng phát ra các electron từ bề mặt của chúng) nên sản lượng rubidi và xêzi hàng năm lên tới hàng trăm kg. Các hợp chất của chúng cũng không được sử dụng rộng rãi.
Như với kali, một trong những đồng vị của rubidi là chất phóng xạ. Rb-87 có chu kỳ bán rã 50 tỷ năm nên bức xạ rất thấp. Đồng vị này được sử dụng để xác định niên đại của các loại đá. Cesium không có đồng vị phóng xạ tự nhiên, nhưng CS-137 là một trong những sản phẩm phân hạch của uranium trong lò phản ứng hạt nhân. Nó được tách ra khỏi các thanh nhiên liệu đã qua sử dụng vì đồng vị này được sử dụng như một nguồn bức xạ g, chẳng hạn, để tiêu diệt các khối u ung thư.
Để vinh danh nước Pháp
6. Người tìm ra tiếng Pháp - Marguerite Perey (1909-75)
Mendeleev đã thấy trước sự tồn tại của kim loại lithium nặng hơn xêzi và đặt cho nó một cái tên hoạt động. Các nhà hóa học đã tìm kiếm nó trong các khoáng chất lithium khác bởi vì, giống như họ hàng của chúng, nó phải ở đó. Nhiều lần dường như nó đã được phát hiện, mặc dù là giả thuyết, nhưng không bao giờ thành hiện thực.
Vào đầu những năm 87, rõ ràng nguyên tố 1914 là chất phóng xạ. Vào năm 227, các nhà vật lý người Áo đã gần phát hiện ra. S. Meyer, W. Hess, và F. Panet đã quan sát thấy bức xạ alpha yếu từ actinium-89 (ngoài các hạt beta được tiết ra nhiều). Vì số nguyên tử của actini là 87, và sự phát xạ của một hạt alpha là do sự "giảm" của nguyên tố này xuống hai vị trí trong bảng tuần hoàn, nên đồng vị có số hiệu nguyên tử 223 và số khối XNUMX phải là hạt alpha của Tuy nhiên, năng lượng tương tự (phạm vi của các hạt trong không khí được đo tương ứng với năng lượng của chúng) cũng tạo ra một đồng vị của protactinium, các nhà khoa học khác đã gợi ý về sự ô nhiễm của thuốc.
Chiến tranh sớm nổ ra và mọi thứ đều bị lãng quên. Vào những năm 30, các máy gia tốc hạt được thiết kế và thu được các nguyên tố nhân tạo đầu tiên, chẳng hạn như astatium được mong đợi từ lâu với số nguyên tử 85. Trong trường hợp của nguyên tố 87, trình độ công nghệ thời đó không cho phép thu được số lượng cần thiết là vật liệu để tổng hợp. Nhà vật lý người Pháp thành công ngoài mong đợi Marguerite Perey, học trò của Maria Sklodowska-Curie (6). Cô ấy, giống như những người Áo cách đây một phần tư thế kỷ, đã nghiên cứu sự phân rã của actini-227. Tiến bộ công nghệ đã làm cho nó có thể có được một chế phẩm tinh khiết, và lần này không ai nghi ngờ rằng cuối cùng anh ta đã được xác định. Nhà thám hiểm đặt tên cho anh ta Pháp để vinh danh quê hương của họ. Nguyên tố 87 là nguyên tố cuối cùng được phát hiện trong khoáng chất, những nguyên tố tiếp theo được thu nhận một cách nhân tạo.
người Pháp nó được hình thành trong nhánh phụ của chuỗi phóng xạ, trong một quá trình có hiệu suất thấp và hơn nữa, thời gian tồn tại rất ngắn. Đồng vị mạnh nhất được phát hiện bởi bà Perey, Fr-223, có chu kỳ bán rã chỉ hơn 20 phút (nghĩa là chỉ còn lại 1/8 lượng ban đầu sau một giờ). Người ta đã tính toán rằng toàn bộ địa cầu chỉ chứa khoảng 30 gam franc (một trạng thái cân bằng được thiết lập giữa đồng vị đang phân hủy và đồng vị mới hình thành).
Mặc dù không thu được phần nhìn thấy được của các hợp chất franc, nhưng người ta đã nghiên cứu các đặc tính của nó, và người ta thấy rằng nó thuộc nhóm kiềm. Ví dụ, khi cho peclorat vào dung dịch chứa các ion franc và kali, kết tủa sẽ là chất phóng xạ chứ không phải dung dịch. Hành vi này chứng tỏ rằng FrClO4 hòa tan nhẹ (kết tủa với KClO4), và các tính chất của franxi tương tự như các đặc tính của kali.
Pháp, anh ấy sẽ thế nào ...
… Nếu tôi có thể nhận được một mẫu của nó có thể nhìn thấy bằng mắt thường? Tất nhiên, mềm như sáp, và có thể có màu vàng (chất xêzi bên trên rất mềm và có màu hơi vàng). Nó sẽ tan chảy ở 20-25 ° C và bốc hơi khoảng 650 ° C (ước tính dựa trên dữ liệu từ tập trước). Ngoài ra, nó sẽ rất hoạt động về mặt hóa học. Vì vậy, nó nên được bảo quản mà không tiếp cận với oxy và độ ẩm và trong một thùng chứa bảo vệ khỏi bức xạ. Sẽ là cần thiết để làm nhanh các thí nghiệm, bởi vì trong một vài giờ nữa thực tế sẽ không còn người Pháp.
Liti danh dự
Hãy nhớ các giả halogen trong chu kỳ halogen năm ngoái? Đây là những ion hoạt động giống như anion chẳng hạn như Cl– hay không–. Chúng bao gồm, ví dụ, CN xyanua– và số mol SCN–, tạo thành muối có độ hòa tan tương tự như của anion nhóm 17.
Người Litva cũng có một thứ đi theo, đó là ion amoni NH. 4 + - một sản phẩm của quá trình hòa tan amoniac trong nước (dung dịch có tính kiềm, mặc dù yếu hơn trong trường hợp hydroxit kim loại kiềm) và phản ứng của nó với axit. Ion này phản ứng tương tự với các kim loại kiềm nặng hơn và mối quan hệ gần nhất của nó là với kali, ví dụ, nó có kích thước tương tự như cation kali và thường thay thế K+ trong các hợp chất tự nhiên của nó. Kim loại liti quá phản ứng để thu được bằng cách điện phân dung dịch muối và hydroxit. Sử dụng điện cực thủy ngân, thu được dung dịch kim loại trong thủy ngân (hỗn hống). Ion amoni rất giống với các kim loại kiềm nên nó cũng tạo thành hỗn hống.
Trong quá trình phân tích có hệ thống của L.vật liệu ion magiê là những người cuối cùng được phát hiện. Lý do là độ hòa tan tốt của clorua, sunfat và sunfua của chúng, có nghĩa là chúng không kết tủa dưới tác dụng của các thuốc thử đã thêm trước đó được sử dụng để xác định sự hiện diện của kim loại nặng hơn trong mẫu. Mặc dù các muối amoni cũng có khả năng hòa tan cao, chúng được phát hiện ngay khi bắt đầu phân tích, vì chúng không chịu được sự gia nhiệt và bay hơi của dung dịch (chúng phân hủy khá dễ dàng khi giải phóng amoniac). Quy trình này có lẽ ai cũng biết: một dung dịch bazơ mạnh (NaOH hoặc KOH) được thêm vào mẫu, làm giải phóng amoniac.
Sam amoniac Nó được phát hiện bằng mùi hoặc bằng cách áp một mảnh giấy phổ có thấm nước vào cổ ống nghiệm. Khí NH3 tan trong nước và làm cho dung dịch có tính kiềm và làm giấy chuyển sang màu xanh lam.
7. Phát hiện các ion amoni: bên trái, que thử chuyển sang màu xanh lam dưới tác dụng của amoniac được giải phóng, bên phải, kết quả dương tính của xét nghiệm Nessler
Khi phát hiện amoniac với sự hỗ trợ của mùi, bạn nên nhớ các quy tắc sử dụng mũi trong phòng thí nghiệm. Do đó, không được cúi xuống bình phản ứng, hướng hơi về phía mình bằng cách quạt tay và không hít không khí “đầy ngực” mà hãy để hương thơm của hợp chất tự bay tới mũi.
Độ hòa tan của muối amoni tương tự như của các hợp chất kali tương tự, vì vậy có thể hấp dẫn để điều chế amoni peclorat NH.4ClO4 và một hợp chất phức tạp với coban (để biết chi tiết, xem tập trước). Tuy nhiên, các phương pháp được trình bày không thích hợp để phát hiện một lượng rất nhỏ amoniac và ion amoni trong mẫu. Trong các phòng thí nghiệm, thuốc thử của Nessler được sử dụng cho mục đích này, thuốc thử này kết tủa hoặc thay đổi màu sắc ngay cả khi có vết NH.3 (7).
Tuy nhiên, tôi thực sự khuyên bạn không nên làm một xét nghiệm thích hợp ở nhà, vì nó là cần thiết để sử dụng các hợp chất thủy ngân độc hại.
Chờ cho đến khi bạn ở trong phòng thí nghiệm chuyên nghiệp dưới sự giám sát chuyên nghiệp của người cố vấn. Hóa học rất thú vị, nhưng - đối với những người không biết hoặc không cẩn thận - nó có thể nguy hiểm.
Xem thêm:
