Metal Pattern Parte 3 - Tutto il resto

Dopo il litio, sempre più utilizzato nell'economia moderna, e il sodio e il potassio, che sono tra gli elementi più importanti nell'industria e nel mondo vivente, è giunto il momento per il resto degli elementi alcalini. Davanti a noi c'è rubidio, cesio e franco.

Gli ultimi tre elementi sono molto simili tra loro e allo stesso tempo hanno proprietà simili al potassio e insieme ad esso formano un sottogruppo chiamato potassio. Dal momento che quasi certamente non sarai in grado di fare alcun esperimento con rubidio e cesio, devi accontentarti dell'informazione che reagiscono come il potassio e che i loro composti hanno la stessa solubilità dei suoi composti.

1. Padri della spettroscopia: Robert Wilhelm Bunsen (1811-99) a sinistra, Gustav Robert Kirchhoff (1824-87) a destra

Primi progressi nella spettroscopia

Il fenomeno di colorare la fiamma con composti di determinati elementi era noto e utilizzato nella fabbricazione di fuochi d'artificio molto prima che venissero rilasciati allo stato libero. All'inizio del diciannovesimo secolo, gli scienziati studiarono le linee spettrali che appaiono alla luce del Sole ed emesse da composti chimici riscaldati. Nel 1859, due fisici tedeschi - Robert Bunsen i Gustav Kirchoff - costruito un dispositivo per testare la luce emessa (1). Il primo spettroscopio aveva un design semplice: consisteva in un prisma che separava la luce in linee spettrali e oculare con lente per la loro osservazione (2). L'utilità dello spettroscopio per l'analisi chimica è stata subito notata: la sostanza si scompone in atomi all'alta temperatura della fiamma, e questi emettono righe caratteristiche solo di se stesse.

2. G. Kirchhoff allo spettroscopio

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

Bunsen e Kirchhoff hanno iniziato la loro ricerca e un anno dopo hanno fatto evaporare 44 tonnellate di acqua minerale da una sorgente a Durkheim. Nello spettro dei sedimenti sono apparse delle righe che non potevano essere attribuite a nessun elemento conosciuto a quel tempo. Bunsen (era anche un chimico) isolò dal sedimento il cloruro di un nuovo elemento e diede il nome al metallo in esso contenuto. CEZ basato sulle forti linee blu nel suo spettro (latino = blu) (3).

Pochi mesi dopo, già nel 1861, gli scienziati hanno esaminato più in dettaglio lo spettro del deposito di sale e hanno scoperto la presenza di un altro elemento in esso. Sono stati in grado di isolare il suo cloruro e determinarne la massa atomica. Poiché le linee rosse erano chiaramente visibili nello spettro, è stato nominato il nuovo metallo di litio rubido (dal latino = rosso scuro) (4). La scoperta di due elementi attraverso l'analisi spettrale ha convinto chimici e fisici. Negli anni successivi, la spettroscopia divenne uno dei principali strumenti di ricerca e le scoperte piovvero come una cornucopia.

4. Rubidio metallico (http://images-of-elements.com)

Rubido non forma i propri minerali e il cesio è solo uno (5). Entrambi gli elementi. Lo strato superficiale della Terra contiene lo 0,029% di rubidio (17° posto nell'elenco delle abbondanze elementari) e lo 0,0007% di cesio (39° posto). Non sono bioelementi, ma alcune piante immagazzinano selettivamente il rubidio, come il tabacco e la barbabietola da zucchero. Da un punto di vista fisico-chimico, entrambi i metalli sono "potassio steroideo": ancora più morbidi e fusibili, e ancora più reattivi (ad esempio si accendono spontaneamente nell'aria e reagiscono anche con l'acqua con un'esplosione).

attraverso è l'elemento più "metallico" (in senso chimico, non nel senso colloquiale della parola). Come accennato in precedenza, anche le proprietà dei loro composti sono simili a quelle di analoghi composti di potassio.

5 Pollucite è l'unico minerale di cesio (USGS)

rubidio metallico e il cesio si ottiene riducendo i loro composti con magnesio o calcio nel vuoto. Poiché sono necessari solo per produrre alcuni tipi di celle solari (la luce incidente emette facilmente elettroni dalle loro superfici), la produzione annuale di rubidio e cesio è dell'ordine di centinaia di chilogrammi. Anche i loro composti non sono ampiamente utilizzati.

Come con il potassio, uno degli isotopi del rubidio è radioattivo. Rb-87 ha un'emivita di 50 miliardi di anni, quindi la radiazione è molto bassa. Questo isotopo è usato per datare le rocce. Il cesio non ha isotopi radioattivi presenti in natura, ma CS-137 è uno dei prodotti di fissione dell'uranio nei reattori nucleari. È separato dalle barre di combustibile esaurito perché questo isotopo è stato utilizzato come fonte di radiazioni g, ad esempio, per distruggere i tumori cancerosi.

In onore della Francia

6. La scopritrice della lingua francese - Marguerite Perey (1909-75)

Mendeleev aveva già previsto l'esistenza del litio metallico più pesante del cesio e gli diede un nome di lavoro. I chimici lo hanno cercato in altri minerali di litio perché, come il loro parente, dovrebbe essere lì. Più volte sembrò che fosse stato scoperto, anche se ipoteticamente, ma mai materializzato.

All'inizio degli anni '87, divenne chiaro che l'elemento 1914 era radioattivo. Nel 227, i fisici austriaci erano vicini alla scoperta. S. Meyer, W. Hess e F. Panet hanno osservato una debole radiazione alfa dall'attinio-89 (oltre alle particelle beta abbondantemente secrete). Poiché il numero atomico dell'attinio è 87 e l'emissione di una particella alfa è dovuta alla "riduzione" dell'elemento a due punti della tavola periodica, l'isotopo con numero atomico 223 e numero di massa XNUMX avrebbe dovuto essere, tuttavia, particelle alfa di energia simile (la gamma di particelle nell'aria è misurata proporzionalmente alla loro energia) emettono anche un isotopo di protoattinio, altri scienziati hanno suggerito la contaminazione del farmaco.

Presto scoppiò la guerra e tutto fu dimenticato. Negli anni '30 furono progettati acceleratori di particelle e si ottennero i primi elementi artificiali, come l'atteso astatium con numero atomico 85. Nel caso dell'elemento 87, il livello tecnologico dell'epoca non consentiva di ottenere la quantità richiesta di materiale di sintesi. Il fisico francese riuscì inaspettatamente Margherita Perey, allievo di Maria Sklodowska-Curie (6). Lei, come gli austriaci un quarto di secolo fa, studiò il decadimento dell'attinio-227. Il progresso tecnologico permise di ottenere un preparato puro, e questa volta nessuno dubitava che fosse stato finalmente individuato. L'esploratore lo ha chiamato Francese in onore della loro patria. L'elemento 87 è stato l'ultimo ad essere scoperto nei minerali, quelli successivi sono stati ottenuti artificialmente.

Francese si forma nel ramo laterale della serie radioattiva, in un processo a bassa efficienza e, inoltre, ha vita molto breve. L'isotopo più forte scoperto dalla signora Perey, Fr-223, ha un'emivita di poco più di 20 minuti (il che significa che solo 1/8 della quantità originale rimane dopo un'ora). È stato calcolato che l'intero globo contiene solo circa 30 grammi di franco (si stabilisce un equilibrio tra l'isotopo in decomposizione e l'isotopo appena formato).

Sebbene non sia stata ottenuta la parte visibile dei composti franco, ne sono state studiate le proprietà e si è riscontrato che appartiene al gruppo alcalino. Ad esempio, quando il perclorato viene aggiunto a una soluzione contenente ioni franco e potassio, il precipitato sarà radioattivo, non la soluzione. Questo comportamento dimostra che FrClO₄ leggermente solubile (precipita con KClO₄), e le proprietà del francio sono simili a quelle del potassio.

Francia, come sarebbe...

... Se potessi averne un campione visibile ad occhio nudo? Certo, morbido come la cera, e forse con una sfumatura dorata (il cesio sopra è molto morbido e di colore giallastro). Si scioglierebbe a 20-25°C e vaporizzerebbe intorno ai 650°C (stima basata sui dati dell'episodio precedente). Inoltre, sarebbe molto chimicamente attivo. Pertanto, dovrebbe essere conservato senza accesso a ossigeno e umidità e in un contenitore che protegga dalle radiazioni. Bisognerebbe affrettarsi con gli esperimenti, perché in poche ore non ci sarebbero praticamente più francesi.

Litio onorario

Ricordi gli pseudo-alogeni del ciclo dell'alogeno dell'anno scorso? Questi sono ioni che si comportano come anioni come Cl^- o no^-. Questi includono, ad esempio, i cianuri CN^- e talpe SCN^-, formando sali con una solubilità simile a quella degli anioni del gruppo 17.

I lituani hanno anche un seguace, che è lo ione ammonio NH. ₄ ⁺ - un prodotto della dissoluzione dell'ammoniaca in acqua (la soluzione è alcalina, sebbene più debole che nel caso degli idrossidi di metalli alcalini) e la sua reazione con gli acidi. Lo ione reagisce in modo simile con i metalli alcalini più pesanti e la sua relazione più stretta è con il potassio, ad esempio, è di dimensioni simili al catione di potassio e spesso sostituisce K+ nei suoi composti naturali. I metalli al litio sono troppo reattivi per essere ottenuti mediante elettrolisi di soluzioni acquose di sali e idrossidi. Utilizzando un elettrodo di mercurio si ottiene una soluzione metallica in mercurio (amalgama). Lo ione ammonio è così simile ai metalli alcalini che forma anche un amalgama.

Nel corso sistematico dell'analisi di L.materiali a base di ioni di magnesio sono gli ultimi ad essere scoperti. Il motivo è la buona solubilità dei loro cloruri, solfati e solfuri, il che significa che non precipitano sotto l'azione di reagenti precedentemente aggiunti utilizzati per determinare la presenza di metalli più pesanti nel campione. Sebbene anche i sali di ammonio siano altamente solubili, vengono rilevati proprio all'inizio dell'analisi, poiché non resistono al riscaldamento e all'evaporazione delle soluzioni (si decompongono abbastanza facilmente con il rilascio di ammoniaca). La procedura è probabilmente nota a tutti: al campione viene aggiunta una soluzione di una base forte (NaOH o KOH), che provoca il rilascio di ammoniaca.

Sam ammoniaca viene rilevato dall'olfatto o applicando un pezzo di carta universale inumidito con acqua sul collo della provetta. gas NH₃ si scioglie in acqua e rende la soluzione alcalina e fa diventare la carta blu.

7. Rilevazione di ioni ammonio: a sinistra, la striscia reattiva diventa blu sotto l'azione dell'ammoniaca rilasciata, a destra, un risultato positivo del test di Nessler

Quando si rileva l'ammoniaca con l'aiuto dell'olfatto, è necessario ricordare le regole per l'uso del naso in laboratorio. Pertanto, non sporgersi dal recipiente di reazione, dirigere i vapori verso di sé con un movimento a ventaglio della mano e non inalare l'aria "a tutto torace", ma lasciare che l'aroma del composto raggiunga il naso da solo.

La solubilità dei sali di ammonio è simile a quella di analoghi composti di potassio, quindi potrebbe essere allettante preparare perclorato di ammonio NH.₄ClO₄ e un composto complesso con cobalto (per i dettagli, vedere l'episodio precedente). Tuttavia, i metodi presentati non sono adatti per rilevare quantità molto piccole di ammoniaca e ioni ammonio in un campione. Nei laboratori viene utilizzato a questo scopo il reagente di Nessler, che precipita o cambia colore anche in presenza di tracce di NH₃ (7).

Tuttavia, sconsiglio vivamente di fare un test adeguato a casa, poiché è necessario utilizzare composti tossici del mercurio.

Aspetta di essere in un laboratorio professionale sotto la supervisione professionale di un mentore. La chimica è affascinante, ma - per chi non la conosce o è sbadato - può essere pericolosa.

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