Patró de metall Part 3 - Tota la resta
Després del liti, que s'utilitza cada cop més en l'agricultura moderna, i el sodi i el potassi, que són un dels elements més importants de la indústria i del món viu, arriba el moment dels elements alcalins restants. Davant nostre hi ha el rubidi, el cesi i el franc.
Els tres últims elements són molt semblants entre si, i alhora tenen propietats semblants al potassi i juntament amb ell formen un subgrup anomenat potassi. Com que gairebé segur que no podreu fer cap experiment amb rubidi i cesi, us heu d'acontentar amb la informació que reaccionen com el potassi i que els seus compostos tenen la mateixa solubilitat que els seus compostos.
1. Pares de l'espectroscòpia: esquerra Robert Wilhelm Bunsen (1811-99), dreta Gustav Robert Kirchhoff (1824-87)
Els primers èxits de l'espectroscòpia
El fenomen de la coloració de la flama per compostos de determinats elements era conegut i utilitzat en la fabricació de focs artificials molt abans que fossin alliberats en estat lliure. A principis del segle XIX, els científics van estudiar les línies espectrals que apareixen a la llum del Sol i que són emeses per compostos químics escalfats. El 1859, dos físics alemanys - Robert Bunsen i Gustav Kirchhoff – va construir un dispositiu per provar la llum emesa (1). El primer espectroscopi tenia un disseny senzill: consistia en un prisma que dividia la llum en línies espectrals i un ocular amb una lent per a la seva observació (2). Immediatament es va notar la utilitat de l'espectroscopi per a l'anàlisi química: la substància es descompon en àtoms a l'alta temperatura de la flama, i aquests emeten línies característiques només d'ells mateixos.
2. G. Espectroscopi de Kirchhoff
3. Cesi metall (http://images-of-elements.com)
Bunsen i Kirchhoff van començar les seves investigacions i un any després van evaporar 44 tones d'aigua mineral d'una font de Durkheim. A l'espectre del sediment van aparèixer línies que no es podien atribuir a cap element conegut en aquell moment. Bunsen (també era químic) va aïllar el clorur d'un nou element del sediment i va donar nom al metall que hi conté. A TRAVÉS basat en les línies blaves fortes del seu espectre (llatí = blau) (3).
Uns mesos més tard, ja el 1861, els científics van examinar amb més detall l'espectre del dipòsit de sal i van descobrir la presència d'un altre element en ell. Van poder aïllar-ne el clorur i determinar-ne la massa atòmica. Atès que les línies vermelles eren clarament visibles a l'espectre, es va nomenar el nou metall de liti rubid (del llatí = vermell fosc) (4). El descobriment de dos elements mitjançant l'anàlisi espectral va convèncer químics i físics. En els anys següents, l'espectroscòpia es va convertir en una de les principals eines d'investigació i els descobriments es van abocar com una cornucòpia.
4. Rubidi metàl·lic (http://images-of-elements.com)
Rubí no forma els seus propis minerals, i només hi ha un cesi (5). Tots dos elements. La capa superficial de la Terra conté 0,029% de rubidi (17è lloc a la llista de continguts elementals) i 0,0007% de cesi (39è lloc). No són bioelements, però algunes plantes emmagatzemen selectivament rubidi, com el tabac i la remolatxa sucrera. Des d'un punt de vista fisicoquímic, ambdós metalls són "potassi sobre esteroides": encara més suaus i fusibles, i encara més reactius (per exemple, s'encenen espontàniament a l'aire i fins i tot reaccionen de manera explosiva amb l'aigua).
a través d' aquest és l'element més “metàl·lic” (en el sentit químic, i no en el sentit col·loquial de la paraula). Com s'ha dit anteriorment, les propietats dels seus compostos també són similars a les dels compostos de potassi similars.
5. La pol·lucita és l'únic mineral de cesi (USGS)
Rubidi metàl·lic i el cesi s'obté reduint els seus compostos amb magnesi o calci al buit. Com que només es necessiten per produir alguns tipus de cèl·lules solars (la llum que entra fàcilment allibera electrons de les seves superfícies), la producció anual de rubidi i cesi és de l'ordre de centenars de quilograms. Els seus compostos tampoc són molt utilitzats.
Igual que amb el potassi, un dels isòtops del rubidi és radioactiu. Rb-87 té una vida mitjana de 50 mil milions d'anys, de manera que la radiació és molt baixa. Aquest isòtop s'utilitza per datar les roques. El cesi no té isòtops radioactius naturals, però CS-137 és un dels productes de fissió de l'urani als reactors nuclears. Es separa de les barres de combustible gastat perquè aquest isòtop s'ha utilitzat com a font de radiació g, per exemple, per destruir tumors cancerosos.
En honor a França
6. Descobridora de la llengua francesa - Marguerite Perey (1909-75)
Mendeleiev ja havia previst l'existència d'un metall de liti més pesat que el cesi i li va donar un nom de treball. Els químics el van buscar en altres minerals de liti perquè, com el seu parent, hi hauria d'estar. Diverses vegades semblava que s'havia descobert, encara que hipotèticament, però mai es va materialitzar.
A principis de la dècada de 87, va quedar clar que l'element 1914 era radioactiu. L'any 227, els físics austríacs estaven a prop del descobriment. S. Meyer, W. Hess i F. Paneth van observar una feble emissió alfa del fàrmac actini-89 (a més de les partícules beta abundantment secretades). Com que el nombre atòmic de l'actini és 87 i l'emissió d'una partícula alfa s'associa amb l'"assignació" de l'element a dos llocs de la taula periòdica, un isòtop amb el nombre atòmic 223 i el número de massa XNUMX tindria, però, partícules alfa de energia similar (el rang de partícules a l'aire es mesura proporcionalment la seva energia) també envia l'isòtop de protactini, altres científics han suggerit la contaminació del fàrmac.
Aviat va esclatar la guerra i tot es va oblidar. A la dècada de 30 es van dissenyar acceleradors de partícules i es van obtenir els primers elements artificials, per exemple, l'esperat astati de nombre atòmic 85. En el cas de l'element 87, el nivell de tecnologia d'aquell moment no permetia obtenir la quantitat necessària. de material per a la síntesi. El físic francès ho aconsegueix inesperadament Margarita Perey, alumne de Marie Skłodowska-Curie (6). Ella també, com els austríacs fa un quart de segle, va estudiar la descomposició de l'actini-227. El progrés tècnic va permetre obtenir un fàrmac pur, i aquesta vegada ningú va dubtar que finalment s'havia identificat. L'investigador li va posar un nom Francès en honor a la seva pàtria. L'element 87 va ser l'últim que es va descobrir en minerals; els posteriors es van produir artificialment.
Frans es forma en una branca lateral de la sèrie radioactiva, en un procés amb poca eficàcia i, a més, té una vida molt curta. L'isòtop més fort descobert per la senyora Perey és el Fr-223, amb una semivida de poc més de 20 minuts (és a dir, que després d'una hora només queda 1/8 de la quantitat original). S'ha estimat que el globus sencer conté només uns 30 grams de franc (s'estableix un equilibri entre l'isòtop en descomposició i l'isòtop acabat de formar).
Encara que no es van obtenir compostos francs visibles, es van estudiar les seves propietats i es va comprovar que pertany al grup alcalí. Per exemple, quan s'afegeix perclorat a una solució que conté ions franc i potassi, el precipitat serà radioactiu, no la solució. Aquest comportament demostra que FrClO4 lleugerament soluble (precipita juntament amb KClO4), i les propietats del franci són similars al potassi.
França, com seria...
...Si pogués fer-ne una mostra visible a ull nu? Per descomptat, suau, com la cera, i potser amb un to daurat (el cesi que hi ha a sobre és molt suau i de color groguenc). Es fon a 20-25 °C i s'evaporaria al voltant dels 650 °C (estimat a partir de les dades de l'episodi anterior). A més, seria molt reactiu químicament. Per tant, s'ha d'emmagatzemar sense accés a oxigen i humitat i en recipients que protegeixen de la radiació. Caldria apressar-se amb els experiments, perquè en poques hores pràcticament ja no quedaria francès.
Liti d'honor
Recordeu els pseudohalògens de la sèrie d'halògens de l'any passat? Són ions que es comporten com anions, com el Cl- o cap-. Aquests inclouen, per exemple, els cianurs CN- i talps SCN-, formant sals amb solubilitat semblant a la dels anions del grup 17.
Els lituans també tenen un seguidor, que és l'ió amoni NH. 4 + – producte de la dissolució de l'amoníac en aigua (una solució alcalina, encara que més feble que en el cas dels hidròxids de metalls alcalins) i la seva reacció amb els àcids. L'ió reacciona de manera similar amb metalls alcalins més pesats, i la seva afinitat més propera és amb el potassi, per exemple, és de mida similar al catió potassi i sovint substitueix el K+ en els seus compostos naturals. Els metalls de liti són massa reactius per ser produïts per electròlisi de solucions aquoses de sals i hidròxids. Amb un elèctrode de mercuri s'obté una solució del metall en mercuri (amalgama). L'ió amoni és tan semblant als metalls alcalins que també forma una amalgama.
En el curs sistemàtic de l'anàlisi L.materials amb ions magnesi es descobreixen els últims. El motiu és que els seus clorurs, sulfats i sulfurs són ben solubles, la qual cosa significa que no precipiten sota la influència dels reactius afegits prèviament utilitzats per determinar la presència de metalls més pesants a la mostra. Tot i que les sals d'amoni també són altament solubles, es detecten al principi de l'anàlisi, ja que no suporten l'escalfament i l'evaporació de les solucions (es descomponen amb força facilitat amb l'alliberament d'amoníac). Probablement el procediment és conegut per tothom: s'afegeix una solució d'una base forta (NaOH o KOH) a la mostra, que provoca l'alliberament d'amoníac.
Sam amoníac es detecta per l'olor o aplicant paper universal humitejat amb aigua al coll de la proveta. Gas NH3 es dissol en aigua i fa que la solució sigui alcalina i el paper es torna blau.
7. Detecció d'ions d'amoni: a l'esquerra la tira de prova es torna blava sota la influència de l'amoníac alliberat, a la dreta, un resultat positiu de la prova de Nessler
Quan detecteu amoníac per l'olfacte, recordeu utilitzar el nas al laboratori. Per tant, no us inclineu sobre el recipient de reacció, dirigiu els vapors amb un moviment de ventilador de la mà cap a vosaltres i no inhaleu l'aire "el pit ple", sinó deixeu que l'aroma del compost arribi al vostre nas.
La solubilitat de les sals d'amoni és similar a la de compostos de potassi similars, de manera que pot ser temptador preparar perclorat d'amoni NH.4ClO4 i un complex de cobalt (vegeu l'episodi anterior per a més detalls). Tanmateix, els mètodes presentats no són adequats per detectar quantitats molt petites d'amoníac i ions d'amoni en una mostra. Als laboratoris s'utilitza per a aquesta finalitat el reactiu de Nessler, que precipita o canvia de color fins i tot en presència de traces de NH3 (7).
Tanmateix, desaconsello fer aquesta prova a casa, ja que requereix l'ús de compostos de mercuri verinosos.
Espereu fins que us trobeu en un laboratori professional sota la supervisió professional d'un mentor. La química és fascinant, però -per a aquells que no la coneixen o són descuidats- pot ser perillosa.
Vegeu també:
