ลวดลายโลหะ ตอนที่ 3 - อย่างอื่น

หลังจากลิเธียมซึ่งใช้กันมากขึ้นในระบบเศรษฐกิจสมัยใหม่ และโซเดียมและโพแทสเซียมซึ่งเป็นองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดในอุตสาหกรรมและในโลกของสิ่งมีชีวิต ถึงเวลาแล้วสำหรับองค์ประกอบอัลคาไลน์ที่เหลือ ต่อหน้าเราคือรูบิเดียม ซีเซียม และฟรังก์

สามองค์ประกอบสุดท้ายมีความคล้ายคลึงกันมากและในขณะเดียวกันก็มีคุณสมบัติคล้ายกับโพแทสเซียมและรวมกันเป็นกลุ่มย่อยที่เรียกว่าโพแทสเซียม เนื่องจากแทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะทำการทดลองใดๆ กับรูบิเดียมและซีเซียม คุณต้องพอใจกับข้อมูลที่พวกมันทำปฏิกิริยาเช่นโพแทสเซียม และสารประกอบของพวกมันมีความสามารถในการละลายเช่นเดียวกับสารประกอบ

1. บิดาแห่งสเปกโทรสโกปี: Robert Wilhelm Bunsen (1811-99) ทางซ้าย, Gustav Robert Kirchhoff (1824-87) ทางด้านขวา

ความก้าวหน้าในช่วงต้นของสเปกโตรสโคปี

ปรากฏการณ์ของการระบายสีเปลวไฟด้วยสารประกอบของธาตุบางชนิดเป็นที่รู้จักและใช้ในการผลิตดอกไม้ไฟมานานก่อนที่จะถูกปล่อยสู่สภาวะอิสระ ในตอนต้นของศตวรรษที่ 1859 นักวิทยาศาสตร์ศึกษาเส้นสเปกตรัมที่ปรากฏในแสงของดวงอาทิตย์และปล่อยออกมาจากสารประกอบทางเคมีที่มีความร้อน ในปี XNUMX นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันสองคน... โรเบิร์ต บุนเซ่น i กุสตาฟ เคิร์ชฮอฟฟ์ - สร้างอุปกรณ์สำหรับทดสอบแสงที่ปล่อยออกมา (1) สเปกโตรสโคปเครื่องแรกมีการออกแบบที่เรียบง่าย ประกอบด้วยปริซึมที่แยกแสงออกเป็นเส้นสเปกตรัมและ แว่นสายตาพร้อมเลนส์ สำหรับการสังเกตของพวกเขา (2). ประโยชน์ของสเปกโตรสโคปสำหรับการวิเคราะห์ทางเคมีสังเกตเห็นได้ทันที: สารจะแตกตัวเป็นอะตอมที่อุณหภูมิสูงของเปลวไฟ และเส้นที่ปล่อยออกมาเหล่านี้มีลักษณะเฉพาะของตัวเองเท่านั้น

2. G. Kirchhoff ที่สเปกโตรสโคป

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

Bunsen และ Kirchhoff เริ่มการวิจัยและอีกหนึ่งปีต่อมาพวกเขาก็ระเหยน้ำแร่ 44 ตันจากน้ำพุในเมือง Durkheim เส้นปรากฏในสเปกตรัมของตะกอนที่ไม่สามารถระบุถึงองค์ประกอบใด ๆ ที่รู้จักในขณะนั้น Bunsen (เขาเป็นนักเคมีด้วย) ได้แยกคลอไรด์ของธาตุใหม่ออกจากตะกอน และตั้งชื่อให้โลหะที่บรรจุอยู่ในนั้น ผ่าน ตามเส้นสีน้ำเงินเข้มในสเปกตรัม (ละติน = สีน้ำเงิน) (3)

ไม่กี่เดือนต่อมา ในปี พ.ศ. 1861 นักวิทยาศาสตร์ได้ตรวจสอบสเปกตรัมของการสะสมเกลืออย่างละเอียดมากขึ้นและค้นพบว่ามีองค์ประกอบอื่นอยู่ในนั้น พวกเขาสามารถแยกคลอไรด์ออกมาและกำหนดมวลอะตอมของมันได้ เนื่องจากเส้นสีแดงมองเห็นได้ชัดเจนในสเปกตรัม จึงตั้งชื่อโลหะลิเธียมใหม่ว่า รูบิด (จากภาษาละติน = สีแดงเข้ม) (4). การค้นพบองค์ประกอบสองอย่างผ่านการวิเคราะห์ด้วยสเปกตรัมทำให้นักเคมีและนักฟิสิกส์เชื่อมั่น ในปีถัดมา สเปกโทรสโกปีได้กลายเป็นหนึ่งในเครื่องมือวิจัยหลัก และการค้นพบก็ลดลงราวกับความอุดมสมบูรณ์

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

รูบิด มันไม่ได้สร้างแร่ธาตุของตัวเองและซีเซียมเป็นเพียงหนึ่ง (5) ทั้งสองธาตุ ชั้นผิวโลกประกอบด้วยรูบิเดียม 0,029% (อันดับที่ 17 ในรายการความอุดมสมบูรณ์ของธาตุ) และซีเซียม 0,0007% (อันดับที่ 39) พวกมันไม่ใช่องค์ประกอบทางชีวภาพ แต่พืชบางชนิดเลือกเก็บรูบิเดียม เช่น ยาสูบและหัวบีตน้ำตาล จากมุมมองทางเคมีกายภาพ โลหะทั้งสองเป็น "โพแทสเซียมในสเตียรอยด์": นิ่มกว่าและหลอมละลายได้ และมีปฏิกิริยาตอบสนองมากขึ้น (เช่น พวกมันจะจุดไฟได้เองในอากาศ และทำปฏิกิริยากับน้ำด้วยการระเบิด)

ตลอด มันเป็นองค์ประกอบ "โลหะ" ที่สุด (ในทางเคมีไม่ใช่ในความหมายทางภาษาของคำ) ดังที่ได้กล่าวไว้ข้างต้น คุณสมบัติของสารประกอบของพวกมันก็คล้ายกับสารประกอบโพแทสเซียมที่คล้ายคลึงกัน

5 พอลลูไซต์เป็นแร่ซีเซียมเพียงชนิดเดียว (USGS)

รูบิเดียมเมทัลลิก และซีเซียมได้มาจากการลดสารประกอบของพวกมันด้วยแมกนีเซียมหรือแคลเซียมในสุญญากาศ เนื่องจากจำเป็นสำหรับการผลิตเซลล์สุริยะบางชนิดเท่านั้น (แสงจากเหตุการณ์ปล่อยอิเล็กตรอนออกจากพื้นผิวได้ง่าย) การผลิตรูบิเดียมและซีเซียมในแต่ละปีจึงอยู่ที่หลายร้อยกิโลกรัม สารประกอบของพวกเขายังไม่ใช้กันอย่างแพร่หลาย

เช่นเดียวกับโพแทสเซียม หนึ่งในไอโซโทปของรูบิเดียมมีกัมมันตภาพรังสี. Rb-87 มีครึ่งชีวิต 50 พันล้านปี ดังนั้นการแผ่รังสีจึงต่ำมาก ไอโซโทปนี้ใช้สำหรับออกเดทกับหิน ซีเซียมไม่มีไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ แต่ CS-137 เป็นหนึ่งในผลิตภัณฑ์ฟิชชันของยูเรเนียมในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ มันแยกออกจากแท่งเชื้อเพลิงใช้แล้วเพราะไอโซโทปนี้ถูกใช้เป็นแหล่งรังสีแกมมาเช่นเพื่อทำลายเนื้องอกมะเร็ง

เพื่อเป็นเกียรติแก่ฝรั่งเศส

6. ผู้ค้นพบภาษาฝรั่งเศส - Marguerite Perey (1909-75)

Mendeleev ได้เล็งเห็นถึงการมีอยู่ของโลหะลิเธียมที่หนักกว่าซีเซียมและตั้งชื่อให้ใช้งานได้ นักเคมีมองหามันในแร่ธาตุลิเธียมอื่น ๆ เพราะควรอยู่ที่นั่นเช่นเดียวกับญาติของพวกเขา หลายครั้งดูเหมือนว่ามันถูกค้นพบแม้ว่าจะเป็นเรื่องสมมุติ แต่ไม่เคยเกิดขึ้นจริง

ในช่วงต้นทศวรรษ 87 เป็นที่ชัดเจนว่าธาตุ 1914 มีกัมมันตภาพรังสี ในปี 227 นักฟิสิกส์ชาวออสเตรียใกล้จะค้นพบแล้ว S. Meyer, W. Hess และ F. Panet สังเกตการแผ่รังสีอัลฟาที่อ่อนแอจากแอกทิเนียม-89 (นอกเหนือจากอนุภาคบีตาที่หลั่งออกมาอย่างมากมาย) เนื่องจากเลขอะตอมของแอกทิเนียมเท่ากับ 87 และการปล่อยอนุภาคแอลฟาเกิดจากการ "ลด" ของธาตุให้เป็นสองตำแหน่งในตารางธาตุ ไอโซโทปที่มีเลขอะตอม 223 และเลขมวล XNUMX ควรเป็นอนุภาคแอลฟาของ อย่างไรก็ตาม พลังงานที่คล้ายคลึงกัน (พิสัยของอนุภาคในอากาศถูกวัดตามสัดส่วนพลังงานของพวกมัน) ก็ส่งไอโซโทปของโพรแทกทิเนียมออกไปเช่นกัน นักวิทยาศาสตร์คนอื่น ๆ ได้แนะนำให้มีการปนเปื้อนของยา

ไม่นานสงครามก็ปะทุขึ้นและทุกอย่างก็ถูกลืม ในช่วงทศวรรษที่ 30 ได้มีการออกแบบเครื่องเร่งอนุภาคและได้รับองค์ประกอบประดิษฐ์ชิ้นแรก เช่น แอสทาเทียมที่รอคอยมานานซึ่งมีเลขอะตอม 85 ในกรณีขององค์ประกอบ 87 ระดับของเทคโนโลยีในเวลานั้นไม่อนุญาตให้ได้รับปริมาณที่ต้องการ วัสดุสำหรับการสังเคราะห์ นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสประสบความสำเร็จอย่างกะทันหัน Margarita Perey, นักเรียนของ Maria Sklodowska-Curie (6). เธอเช่นเดียวกับชาวออสเตรียเมื่อหนึ่งในสี่ของศตวรรษที่ผ่านมาศึกษาการสลายตัวของแอกทิเนียม -227 ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีทำให้สามารถได้รับการเตรียมการอย่างแท้จริง และคราวนี้ไม่มีใครสงสัยเลยว่าเขาได้รับการระบุตัวในที่สุด นักสำรวจตั้งชื่อเขาว่า ฝรั่งเศส เพื่อเป็นเกียรติแก่บ้านเกิดของพวกเขา ธาตุ 87 เป็นธาตุสุดท้ายที่ถูกค้นพบในแร่ธาตุ

ฝรั่งเศส มันถูกสร้างขึ้นในสาขาด้านข้างของอนุกรมกัมมันตภาพรังสีในกระบวนการที่มีประสิทธิภาพต่ำและยิ่งไปกว่านั้นมีอายุสั้นมาก ไอโซโทปที่แรงที่สุดที่ค้นพบโดยคุณนาย Perey, Fr-223 มีครึ่งชีวิตเพียง 20 นาทีกว่า (หมายถึงเหลือเพียง 1/8 ของปริมาณเดิมที่เหลืออยู่หลังจากผ่านไปหนึ่งชั่วโมง) มีการคำนวณว่าทั้งโลกมีฟรังก์เพียง 30 กรัม (มีการสร้างสมดุลระหว่างไอโซโทปที่สลายตัวกับไอโซโทปที่ก่อตัวใหม่)

แม้ว่าจะไม่ได้ส่วนที่มองเห็นได้ของสารประกอบฟรังค์ แต่ก็มีการศึกษาคุณสมบัติของมันและพบว่าอยู่ในกลุ่มอัลคาไลน์ ตัวอย่างเช่น เมื่อเติมเปอร์คลอเรตลงในสารละลายที่มีฟรังก์และโพแทสเซียมไอออน ตะกอนจะเป็นกัมมันตภาพรังสี ไม่ใช่สารละลาย พฤติกรรมนี้พิสูจน์ให้เห็นว่า FrClO₄ ละลายได้เล็กน้อย (ตกตะกอนด้วย KClO₄) และคุณสมบัติของแฟรนเซียมคล้ายกับโพแทสเซียม

ฝรั่งเศส เขาจะเป็นอย่างไร...

… ถ้าฉันจะได้ตัวอย่างของมันที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่า? แน่นอน นุ่มราวกับแว็กซ์ และอาจมีสีทอง (ซีเซียมด้านบนมีสีเหลืองอ่อนมาก) มันจะหลอมละลายที่อุณหภูมิ 20-25°C และกลายเป็นไอประมาณ 650°C (ประมาณการจากข้อมูลจากตอนก่อนหน้า) นอกจากนี้มันจะมีฤทธิ์ทางเคมีมาก ดังนั้นจึงควรเก็บให้พ้นความชื้นและออกซิเจนและในภาชนะที่ป้องกันรังสี จำเป็นต้องรีบทำการทดลองเพราะในอีกไม่กี่ชั่วโมงก็จะไม่มีภาษาฝรั่งเศสเหลืออยู่เลย

ลิเธียมกิตติมศักดิ์

จำฮาโลเจนเทียมจากวัฏจักรฮาโลเจนของปีที่แล้วได้หรือไม่? เหล่านี้เป็นไอออนที่มีพฤติกรรมเหมือนแอนไอออนเช่นCl^- หรือไม่^-. เหล่านี้รวมถึง ตัวอย่างเช่น ไซยาไนด์CN^- และโมล SCN^-ทำให้เกิดเกลือที่มีความสามารถในการละลายได้คล้ายกับของแอนไอออนกลุ่ม 17

ชาวลิทัวเนียก็มีผู้ติดตามซึ่งก็คือแอมโมเนียมไอออน NH ₄ ⁺ - ผลิตภัณฑ์จากการละลายของแอมโมเนียในน้ำ (สารละลายเป็นด่างแม้ว่าจะอ่อนกว่าในกรณีของไฮดรอกไซด์ของโลหะอัลคาไล) และปฏิกิริยากับกรด ไอออนจะทำปฏิกิริยากับโลหะอัลคาไลที่หนักกว่าในทำนองเดียวกัน และความสัมพันธ์ที่ใกล้เคียงที่สุดคือกับโพแทสเซียม ตัวอย่างเช่น ไอออนมีขนาดใกล้เคียงกับโพแทสเซียมไอออนบวก และมักแทนที่ K+ ในสารประกอบตามธรรมชาติ โลหะลิเธียมมีปฏิกิริยาเกินกว่าที่จะได้รับจากการอิเล็กโทรลิซิสของสารละลายเกลือและไฮดรอกไซด์ในน้ำ การใช้อิเล็กโทรดปรอทจะได้สารละลายโลหะในปรอท (อะมัลกัม) ไอออนของแอมโมเนียมนั้นคล้ายกับโลหะอัลคาไลมากจนก่อตัวเป็นอะมัลกัม

ในการวิเคราะห์อย่างเป็นระบบของ L.วัสดุแมกนีเซียมไอออน เป็นสิ่งสุดท้ายที่จะถูกค้นพบ เหตุผลก็คือความสามารถในการละลายที่ดีของคลอไรด์ ซัลเฟต และซัลไฟด์ของพวกมัน ซึ่งหมายความว่าพวกมันจะไม่ตกตะกอนภายใต้การกระทำของรีเอเจนต์ที่เติมไว้ก่อนหน้านี้ซึ่งใช้ในการระบุโลหะหนักกว่าในตัวอย่าง แม้ว่าเกลือแอมโมเนียมจะละลายได้สูงเช่นกัน แต่จะถูกตรวจพบที่จุดเริ่มต้นของการวิเคราะห์ เนื่องจากไม่ทนต่อความร้อนและการระเหยของสารละลาย (จะสลายตัวได้ง่ายมากเมื่อปล่อยแอมโมเนีย) ทุกคนอาจรู้จักขั้นตอนเหล่านี้: เติมสารละลายของเบสแก่ (NaOH หรือ KOH) ลงในตัวอย่าง ซึ่งทำให้เกิดการปลดปล่อยแอมโมเนีย

แซม สารแอมโมเนีย ตรวจพบโดยกลิ่นหรือโดยการใช้กระดาษอเนกประสงค์ชุบน้ำที่คอของหลอดทดลอง ก๊าซ NH₃ ละลายในน้ำและทำให้สารละลายเป็นด่างและเปลี่ยนกระดาษเป็นสีน้ำเงิน

7. การตรวจจับแอมโมเนียมไอออน: ด้านซ้าย แถบทดสอบเปลี่ยนเป็นสีน้ำเงินภายใต้การกระทำของแอมโมเนียที่ปล่อยออกมา ด้านขวา เป็นผลบวกของการทดสอบ Nessler

เมื่อตรวจพบแอมโมเนียโดยใช้กลิ่น คุณควรจำกฎการใช้จมูกในห้องปฏิบัติการ ดังนั้นอย่าพิงถังปฏิกิริยาหันไอน้ำเข้าหาตัวคุณเองโดยใช้มือพัดและอย่าสูดอากาศ "เต็มหน้าอก" แต่ปล่อยให้กลิ่นหอมของสารประกอบมาถึงจมูกของคุณด้วยตัวเอง

ความสามารถในการละลายของเกลือแอมโมเนียมคล้ายกับของสารประกอบโพแทสเซียมที่คล้ายคลึงกัน ดังนั้นจึงเป็นเรื่องที่น่าสนใจที่จะเตรียมแอมโมเนียมเปอร์คลอเรต NH₄ClO₄ และสารประกอบเชิงซ้อนที่มีโคบอลต์ (ดูรายละเอียดในตอนที่แล้ว) อย่างไรก็ตาม วิธีการที่นำเสนอไม่เหมาะสำหรับการตรวจหาแอมโมเนียและแอมโมเนียมไอออนจำนวนเล็กน้อยในตัวอย่าง ในห้องปฏิบัติการ รีเอเจนต์ของ Nessler ใช้เพื่อจุดประสงค์นี้ ซึ่งจะตกตะกอนหรือเปลี่ยนสีแม้ในที่ที่มีร่องรอยของ NH₃ (7)

อย่างไรก็ตาม ฉันไม่แนะนำให้ทำการทดสอบที่เหมาะสมที่บ้าน เนื่องจากจำเป็นต้องใช้สารปรอทที่เป็นพิษ

รอจนกว่าคุณจะอยู่ในห้องปฏิบัติการมืออาชีพภายใต้การดูแลอย่างมืออาชีพของที่ปรึกษา เคมีเป็นสิ่งที่น่าดึงดูดใจ แต่สำหรับผู้ที่ไม่รู้หรือประมาท อาจเป็นอันตรายได้

ดูเพิ่มเติม: