الگوی فلزی قسمت 3 - همه چیز دیگر

پس از لیتیوم که به طور فزاینده ای در اقتصاد مدرن استفاده می شود و سدیم و پتاسیم که از مهم ترین عناصر در صنعت و دنیای زنده هستند، نوبت به بقیه عناصر قلیایی رسیده است. پیش از ما روبیدیم، سزیم و فرانک است.

سه عنصر آخر شباهت زیادی به یکدیگر دارند و در عین حال خواص مشابهی با پتاسیم دارند و همراه با آن زیر گروهی به نام پتاسیم را تشکیل می دهند. از آنجایی که تقریباً مطمئناً نمی توانید آزمایشی با روبیدیم و سزیم انجام دهید، باید به این اطلاعات بسنده کنید که آنها مانند پتاسیم واکنش نشان می دهند و ترکیبات آنها حلالیت مشابه ترکیبات آن دارند.

1. پدران طیف سنجی: رابرت ویلهلم بونسن (1811-99) در سمت چپ، گوستاو رابرت کیرشهوف (1824-87) در سمت راست.

پیشرفت های اولیه در طیف سنجی

پدیده رنگ آمیزی شعله با ترکیباتی از عناصر خاص مدتها قبل از رها شدن آنها در حالت آزاد در ساخت وسایل آتش بازی شناخته شده بود و مورد استفاده قرار می گرفت. در آغاز قرن نوزدهم، دانشمندان خطوط طیفی را که در نور خورشید ظاهر می شوند و توسط ترکیبات شیمیایی گرم منتشر می شوند، مورد مطالعه قرار دادند. در سال 1859، دو فیزیکدان آلمانی - رابرت بنسن i گوستاو کیرشهوف - ساخت دستگاهی برای آزمایش نور ساطع شده (1). اولین طیف سنجی طراحی ساده ای داشت: از یک منشور تشکیل شده بود که نور را به خطوط طیفی جدا می کرد و چشمی با لنز برای مشاهده آنها (2). فوراً متوجه سودمندی طیف‌سنجی برای تجزیه و تحلیل شیمیایی شد: این ماده در دمای بالای شعله به اتم‌ها تجزیه می‌شود و این خطوط تنها مشخصه خودشان را منتشر می‌کنند.

2. G. Kirchhoff در طیف سنجی

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

Bunsen و Kirchhoff تحقیقات خود را آغاز کردند و یک سال بعد 44 تن آب معدنی را از چشمه ای در دورکیم تبخیر کردند. خطوطی در طیف رسوب ظاهر شدند که نمی توان آنها را به هیچ عنصری که در آن زمان شناخته شده بود نسبت داد. بونسن (او همچنین یک شیمیدان بود) کلرید یک عنصر جدید را از رسوب جدا کرد و نام فلز موجود در آن را گذاشت. CEZ بر اساس خطوط آبی قوی در طیف آن (لاتین = آبی) (3).

چند ماه بعد، در سال 1861، دانشمندان طیف رسوب نمک را با جزئیات بیشتری بررسی کردند و وجود عنصر دیگری را در آن کشف کردند. آنها توانستند کلرید آن را جدا کرده و جرم اتمی آن را تعیین کنند. از آنجایی که خطوط قرمز به وضوح در طیف قابل مشاهده بود، فلز لیتیوم جدید نامگذاری شد rubid (از لاتین = قرمز تیره) (4). کشف دو عنصر از طریق تجزیه و تحلیل طیفی شیمیدانان و فیزیکدانان را متقاعد کرد. در سال‌های بعد، طیف‌سنجی به یکی از ابزارهای اصلی تحقیقات تبدیل شد و اکتشافات مانند یک قرنیه بارید.

4. روبیدیوم فلزی (http://images-of-elements.com)

روبید مواد معدنی خود را تشکیل نمی دهد و سزیم تنها یکی است (5). هر دو عنصر لایه سطحی زمین حاوی 0,029٪ روبیدیم (مقام هفدهم در فهرست فراوانی عناصر) و 17٪ سزیم (مقام 0,0007) است. آنها عناصر زیستی نیستند، اما برخی گیاهان به طور انتخابی روبیدیم را ذخیره می کنند، مانند تنباکو و چغندر قند. از نقطه نظر فیزیکوشیمیایی، هر دو فلز "پتاسیم روی استروئیدها" هستند: حتی نرم تر و همجوش تر، و حتی واکنش پذیرتر (به عنوان مثال، آنها به طور خود به خود در هوا مشتعل می شوند و حتی با آب با یک انفجار واکنش می دهند).

از طریق این عنصر "فلزی" ترین عنصر است (به معنای شیمیایی، نه به معنای عامیانه کلمه). همانطور که در بالا ذکر شد، خواص ترکیبات آنها نیز مشابه ترکیبات پتاسیم مشابه است.

5 آلاینده تنها ماده معدنی سزیم است (USGS)

روبیدیم فلزی و سزیم از کاهش ترکیبات آنها با منیزیم یا کلسیم در خلاء به دست می آید. از آنجایی که آنها فقط برای تولید انواع خاصی از سلول های خورشیدی مورد نیاز هستند (نور تابشی به راحتی الکترون ها را از سطوح آنها ساطع می کند)، تولید سالانه روبیدیم و سزیم در حدود صدها کیلوگرم است. ترکیبات آنها نیز به طور گسترده مورد استفاده قرار نمی گیرد.

مانند پتاسیم، یکی از ایزوتوپ های روبیدیم رادیواکتیو است. نیمه عمر Rb-87 50 میلیارد سال است، بنابراین تابش بسیار کم است. این ایزوتوپ برای تاریخ گذاری سنگ ها استفاده می شود. سزیم هیچ ایزوتوپ رادیواکتیو طبیعی ندارد، اما CS-137 یکی از محصولات شکافت اورانیوم در راکتورهای هسته ای است. این ایزوتوپ از میله‌های سوخت مصرف‌شده جدا می‌شود، زیرا این ایزوتوپ به عنوان منبع تشعشع g، به عنوان مثال، برای از بین بردن تومورهای سرطانی استفاده می‌شد.

به افتخار فرانسه

6. کاشف زبان فرانسه - مارگریت پری (1909-75)

مندلیف قبلاً وجود فلز لیتیوم سنگین‌تر از سزیم را پیش‌بینی کرده بود و نامی کاربردی برای آن گذاشته بود. شیمیدانان آن را در سایر مواد معدنی لیتیوم جستجو کرده‌اند، زیرا مانند خویشاوندان آنها باید در آنجا باشد. چندین بار به نظر می رسید که کشف شد، اگرچه به صورت فرضی، اما هرگز محقق نشد.

در اوایل دهه 87، مشخص شد که عنصر 1914 رادیواکتیو است. در سال 227، فیزیکدانان اتریشی نزدیک به کشف بودند. S. Meyer، W. Hess و F. Panet تشعشعات آلفای ضعیفی را از اکتینیوم-89 مشاهده کردند (علاوه بر ذرات بتا که به وفور ترشح می شوند). از آنجایی که عدد اتمی اکتینیم 87 است و انتشار یک ذره آلفا به دلیل "کاهش" عنصر به دو مکان در جدول تناوبی است، ایزوتوپ با عدد اتمی 223 و عدد جرمی XNUMX باید باشد، با این حال، ذرات آلفا با انرژی مشابه (محدوده ذرات موجود در هوا متناسب با انرژی آنها اندازه گیری می شود) همچنین ایزوتوپ پروتاکتینیم را ارسال می کند، دانشمندان دیگر آلودگی دارو را پیشنهاد کرده اند.

خیلی زود جنگ شروع شد و همه چیز فراموش شد. در دهه 30 شتاب دهنده های ذرات طراحی شد و اولین عناصر مصنوعی مانند استاتیم با عدد اتمی 85 به دست آمد. مواد برای سنتز فیزیکدان فرانسوی به طور غیر منتظره ای موفق شد مارگریت پری، شاگرد ماریا اسکلودوسکا-کوری (6). او مانند اتریشی ها یک ربع قرن پیش، تجزیه اکتینیوم-227 را مطالعه کرد. پیشرفت فن آوری امکان به دست آوردن یک آماده سازی خالص را فراهم کرد و این بار هیچ کس شک نداشت که او در نهایت شناسایی شده است. کاشف نام او را گذاشت زبان فرانسه به افتخار میهنشان عنصر 87 آخرین موردی بود که در مواد معدنی کشف شد، موارد بعدی به صورت مصنوعی به دست آمد.

فرانسوی در شاخه جانبی سری رادیواکتیو در فرآیندی با راندمان پایین تشکیل می شود و علاوه بر آن بسیار کوتاه مدت است. قوی ترین ایزوتوپ کشف شده توسط خانم پری، Fr-223، نیمه عمر کمی بیش از 20 دقیقه دارد (یعنی تنها 1/8 مقدار اولیه پس از یک ساعت باقی می ماند). محاسبه شده است که کل کره زمین فقط حدود 30 گرم فرانک دارد (یک تعادل بین ایزوتوپ در حال فروپاشی و ایزوتوپ تازه تشکیل شده برقرار می شود).

اگرچه قسمت مرئی ترکیبات فرانک بدست نیامد، اما خواص آن بررسی شد و مشخص شد که از گروه قلیایی است. به عنوان مثال، هنگامی که پرکلرات به محلولی حاوی یون های فرانک و پتاسیم اضافه می شود، رسوب رادیواکتیو خواهد بود، نه محلول. این رفتار ثابت می کند که FrClO₄ کمی محلول (با KClO رسوب می کند₄و خواص فرانسیم مشابه پتاسیم است.

فرانسه، او چگونه خواهد بود...

... اگر بتوانم نمونه ای از آن را با چشم غیرمسلح مشاهده کنم؟ البته نرم مانند موم و شاید با رنگ طلایی (سزیوم بالای آن بسیار نرم و زرد رنگ است). در دمای 20-25 درجه سانتیگراد ذوب می شود و در حدود 650 درجه سانتیگراد تبخیر می شود (بر اساس داده های قسمت قبلی تخمین زده می شود). علاوه بر این، از نظر شیمیایی بسیار فعال خواهد بود. بنابراین باید بدون دسترسی به اکسیژن و رطوبت و در ظرفی که در برابر تشعشعات محافظت می کند نگهداری شود. باید در آزمایش ها عجله کرد، زیرا در عرض چند ساعت عملاً فرانسوی باقی نمی ماند.

لیتیوم افتخاری

شبه هالوژن های چرخه هالوژن سال گذشته را به خاطر دارید؟ اینها یونهایی هستند که مانند آنیونها مانند Cl عمل می کنند^- یا نه^-. برای مثال، سیانیدهای CN از جمله این موارد هستند^- و خال های SCN^-، تشکیل نمک هایی با حلالیت مشابه آنیون های گروه 17.

لیتوانیایی ها نیز پیروانی دارند که یون آمونیوم NH است. ₄ ⁺ - محصول انحلال آمونیاک در آب (محلول قلیایی است، اگرچه ضعیف تر از هیدروکسیدهای فلزات قلیایی) و واکنش آن با اسیدها. یون به طور مشابه با فلزات قلیایی سنگین‌تر واکنش می‌دهد و نزدیک‌ترین رابطه آن با پتاسیم است، برای مثال، از نظر اندازه شبیه به کاتیون پتاسیم است و اغلب در ترکیبات طبیعی خود جایگزین K+ می‌شود. فلزات لیتیوم بسیار واکنش پذیر هستند و نمی توان آنها را با الکترولیز محلول های آبی نمک ها و هیدروکسیدها به دست آورد. با استفاده از الکترود جیوه، محلول فلزی در جیوه (آمالگام) به دست می آید. یون آمونیوم آنقدر شبیه به فلزات قلیایی است که یک آمالگام نیز تشکیل می دهد.

در دوره سیستماتیک تجزیه و تحلیل L.مواد یون منیزیم آخرین کسانی هستند که کشف می شوند. دلیل آن حلالیت خوب کلریدها، سولفات ها و سولفیدهای آنها است، به این معنی که آنها تحت تأثیر معرف های اضافه شده قبلی که برای تعیین وجود فلزات سنگین تر در نمونه استفاده می شوند، رسوب نمی کنند. اگرچه نمک‌های آمونیوم نیز بسیار محلول هستند، اما در همان ابتدای تجزیه و تحلیل شناسایی می‌شوند، زیرا در برابر حرارت و تبخیر محلول‌ها مقاومت نمی‌کنند (به راحتی با آزاد شدن آمونیاک تجزیه می‌شوند). این روش احتمالاً برای همه شناخته شده است: محلولی از یک پایه قوی (NaOH یا KOH) به نمونه اضافه می شود که باعث آزاد شدن آمونیاک می شود.

سام آمونیاک از طریق بو یا با استفاده از یک تکه کاغذ جهانی مرطوب شده با آب به گردن لوله آزمایش تشخیص داده می شود. گاز NH₃ در آب حل می شود و محلول را قلیایی می کند و کاغذ را آبی می کند.

7. تشخیص یون های آمونیوم: در سمت چپ، نوار تست تحت تاثیر آمونیاک آزاد شده آبی می شود، در سمت راست، نتیجه مثبت تست نسلر است.

اگر آمونیاک با بو تشخیص داده شد، قوانین استفاده از بینی را در آزمایشگاه به خاطر بسپارید. بنابراین، روی ظرف واکنش خم نشوید، بخارات را با حرکت فن دستتان به سمت خود هدایت کنید و هوا را «پر سینه» استشمام نکنید، بلکه بگذارید عطر ترکیب خود به خود به بینی شما برسد.

حلالیت نمک های آمونیوم شبیه به ترکیبات پتاسیم مشابه است، بنابراین ممکن است تهیه پرکلرات آمونیوم NH وسوسه انگیز باشد.₄ClO₄ و یک ترکیب پیچیده با کبالت (برای جزئیات، قسمت قبلی را ببینید). با این حال، روش های ارائه شده برای تشخیص مقادیر بسیار کمی آمونیاک و یون های آمونیوم در یک نمونه مناسب نیستند. در آزمایشگاه ها برای این منظور از معرف نسلر استفاده می شود که حتی در صورت وجود آثار NH رسوب می کند یا تغییر رنگ می دهد.₃ (7).

با این حال، اکیداً توصیه می کنم از انجام آزمایش مناسب در خانه خودداری کنید، زیرا استفاده از ترکیبات سمی جیوه ضروری است.

صبر کنید تا در یک آزمایشگاه حرفه ای تحت نظارت حرفه ای یک مربی باشید. شیمی جذاب است، اما - برای کسانی که آن را نمی دانند یا بی دقت هستند - می تواند خطرناک باشد.

همچنین ببینید: