Muundo wa Chuma Sehemu ya 3 - Kila Kitu Mengine

Baada ya lithiamu, ambayo inazidi kutumika katika uchumi wa kisasa, na sodiamu na potasiamu, ambazo ni kati ya vipengele muhimu zaidi katika sekta na ulimwengu wa maisha, wakati umefika kwa vipengele vingine vya alkali. Mbele yetu ni rubidium, cesium na faranga.

Vipengele vitatu vya mwisho vinafanana sana kwa kila mmoja, na wakati huo huo vina mali sawa na potasiamu na pamoja nayo huunda kikundi kidogo kinachoitwa potasiamu. Kwa kuwa karibu hutaweza kufanya majaribio yoyote ya rubidium na cesium, lazima ujiridhishe na taarifa kwamba yanatenda kama potasiamu na kwamba misombo yao ina umumunyifu sawa na misombo yake.

1. Mababa wa uchunguzi wa macho: Robert Wilhelm Bunsen (1811-99) upande wa kushoto, Gustav Robert Kirchhoff (1824-87) upande wa kulia

Maendeleo ya mapema katika spectroscopy

Hali ya kupaka rangi mwali kwa misombo ya vipengele fulani ilijulikana na kutumika katika utengenezaji wa fataki muda mrefu kabla ya kutolewa katika hali ya bure. Mwanzoni mwa karne ya kumi na tisa, wanasayansi walisoma mistari ya spectral inayoonekana kwenye mwanga wa Jua na iliyotolewa na misombo ya joto ya kemikali. Mnamo 1859, wanafizikia wawili wa Ujerumani - Robert Bunsen i Gustav Kirchhoff - alijenga kifaa cha kupima mwanga uliotolewa (1). Taswira ya kwanza ilikuwa na muundo rahisi: ilikuwa na prism ambayo ilitenganisha mwanga katika mistari ya spectral na. kifaa cha macho kilicho na lensi kwa uchunguzi wao (2). Umuhimu wa spectroscope kwa uchanganuzi wa kemikali uligunduliwa mara moja: dutu hii hugawanyika kuwa atomi kwa joto la juu la mwali wa moto, na mistari hii hutoa tabia yao wenyewe.

2. G. Kirchhoff kwenye spectroscope

3. Cesium ya metali (http://images-of-elements.com)

Bunsen na Kirchhoff walianza utafiti wao na mwaka mmoja baadaye waliyeyusha tani 44 za maji ya madini kutoka kwenye chemchemi huko Durkheim. Mistari ilionekana katika wigo wa mashapo ambayo haikuweza kuhusishwa na kipengele chochote kilichojulikana wakati huo. Bunsen (pia alikuwa mwanakemia) alitenga kloridi ya kipengele kipya kutoka kwenye sediment, na akatoa jina kwa chuma kilichomo ndani yake. CEZ kulingana na mistari yenye nguvu ya bluu katika wigo wake (Kilatini = bluu) (3).

Miezi michache baadaye, tayari mwaka wa 1861, wanasayansi walichunguza wigo wa amana ya chumvi kwa undani zaidi na kugundua uwepo wa kipengele kingine ndani yake. Waliweza kutenganisha kloridi yake na kuamua misa yake ya atomiki. Kwa kuwa mistari nyekundu ilionekana wazi katika wigo, chuma kipya cha lithiamu kiliitwa rubid (kutoka Kilatini = nyekundu iliyokolea) (4). Ugunduzi wa vipengele viwili kupitia uchanganuzi wa taswira uliwashawishi wanakemia na wanafizikia. Katika miaka iliyofuata, spectroscopy ikawa mojawapo ya zana kuu za utafiti, na uvumbuzi ukanyesha kama cornucopia.

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

Rubid haifanyi madini yake yenyewe, na cesium ni moja tu (5). Vipengele vyote viwili. Safu ya uso wa Dunia ina 0,029% rubidium (nafasi ya 17 katika orodha ya wingi wa vitu) na 0,0007% ya cesium (nafasi ya 39). Sio vipengele vya kibayolojia, lakini baadhi ya mimea huhifadhi rubidia kwa kuchagua, kama vile tumbaku na beets za sukari. Kwa mtazamo wa kifizikia, metali zote mbili ni "potasiamu kwenye steroids": hata laini na fusible, na hata tendaji zaidi (kwa mfano, huwaka hewani, na hata kuguswa na maji na mlipuko).

kupitia ni kipengele cha "chuma" zaidi (katika kemikali, si kwa maana ya mazungumzo ya neno). Kama ilivyoelezwa hapo juu, mali ya misombo yao pia ni sawa na ile ya misombo sawa ya potasiamu.

5 Pollucite Ndio Madini Pekee ya Cesium (USGS)

rubidium ya metali na cesium hupatikana kwa kupunguza misombo yao na magnesiamu au kalsiamu katika utupu. Kwa kuwa zinahitajika tu kuzalisha aina fulani za seli za photovoltaic (mwanga wa tukio hutoa kwa urahisi elektroni kutoka kwenye nyuso zao), uzalishaji wa kila mwaka wa rubidium na cesium ni kwa utaratibu wa mamia ya kilo. Misombo yao pia haitumiwi sana.

Kama na potasiamu, moja ya isotopu za rubidium ni mionzi. Rb-87 ina nusu ya maisha ya miaka bilioni 50, hivyo mionzi ni ya chini sana. Isotopu hii hutumiwa kwa miamba ya tarehe. Cesium haina isotopu za asili za mionzi, lakini CS-137 ni moja ya bidhaa za mgawanyiko wa urani katika vinu vya nyuklia. Imetenganishwa na vijiti vya mafuta vilivyotumika kwa sababu isotopu hii ilitumiwa kama chanzo cha mionzi ya g, kwa mfano, kuharibu tumors za saratani.

Kwa heshima ya Ufaransa

6. Mvumbuzi wa lugha ya Kifaransa - Marguerite Perey (1909-75)

Mendeleev alikuwa tayari ameona kuwepo kwa chuma cha lithiamu nzito kuliko cesium na akampa jina la kufanya kazi. Wanakemia wameitafuta katika madini mengine ya lithiamu kwa sababu, kama jamaa yao, inapaswa kuwa huko. Mara kadhaa ilionekana kuwa iligunduliwa, ingawa kwa nadharia, lakini haikufanyika.

Mwanzoni mwa miaka ya 87, ikawa wazi kuwa kipengele cha 1914 kilikuwa cha mionzi. Mnamo 227, wanafizikia wa Austria walikuwa karibu na kugundua. S. Meyer, W. Hess, na F. Panet waliona upungufu dhaifu wa alfa kutoka kwa utayarishaji wa actinium-89 (pamoja na chembe za beta zilizofichwa kwa wingi). Kwa kuwa nambari ya atomiki ya actinium ni 87, na utoaji wa chembe ya alpha ni kwa sababu ya "kupunguzwa" kwa kitu hicho hadi sehemu mbili kwenye jedwali la upimaji, isotopu yenye nambari ya atomiki 223 na nambari ya misa XNUMX inapaswa kuwa chembe za alpha. nishati sawa, hata hivyo (anuwai ya chembe katika hewa ni kipimo sawia nishati yao) pia hutuma isotopu ya protactinium, wanasayansi wengine wamependekeza uchafuzi wa madawa ya kulevya.

Vita vilizuka hivi karibuni na kila kitu kilisahaulika. Katika miaka ya 30, accelerators za chembe ziliundwa na vipengele vya kwanza vya bandia vilipatikana, kwa mfano, astatium iliyosubiriwa kwa muda mrefu na nambari ya atomiki 85. Katika kesi ya kipengele cha 87, kiwango cha teknolojia ya wakati huo haikuruhusu kupata kiasi muhimu. ya nyenzo kwa ajili ya awali. Mwanafizikia Mfaransa alifaulu bila kutarajia Marguerite Perey, mwanafunzi wa Maria Sklodowska-Curie (6). Yeye, kama Waustria robo ya karne iliyopita, alisoma kuoza kwa actinium-227. Maendeleo ya kiteknolojia yalifanya iwezekane kupata maandalizi safi, na wakati huu hakuna mtu aliyekuwa na mashaka yoyote kwamba alikuwa ametambuliwa hatimaye. Mpelelezi akampa jina Kifaransa kwa heshima ya nchi yao. Kipengele cha 87 kilikuwa cha mwisho kugunduliwa katika madini, kilichofuata kilipatikana kwa njia ya bandia.

Frans hutengenezwa katika tawi la upande wa mfululizo wa mionzi, katika mchakato na ufanisi mdogo na, zaidi ya hayo, ni ya muda mfupi sana. Isotopu yenye nguvu zaidi iliyogunduliwa na Bi. Perey, Fr-223, ina nusu ya maisha ya zaidi ya dakika 20 (ikimaanisha 1/8 tu ya kiasi cha awali kinachobaki baada ya saa moja). Imehesabiwa kuwa ulimwengu mzima una takriban gramu 30 tu za faranga (usawa umeanzishwa kati ya isotopu inayooza na isotopu mpya iliyoundwa).

Ingawa sehemu inayoonekana ya misombo ya faranga haikupatikana, mali zake zilichunguzwa, na ilibainika kuwa ni ya kundi la alkali. Kwa mfano, wakati perchlorate inapoongezwa kwenye suluhisho iliyo na ioni za franc na potasiamu, mvua itakuwa ya mionzi, sio suluhisho. Tabia hii inathibitisha kwamba FrClO₄ mumunyifu kidogo (hushuka pamoja na KClO₄), na mali ya francium ni sawa na yale ya potasiamu.

Ufaransa, angekuwaje...

… Kama ningeweza kupata sampuli yake inayoonekana kwa macho? Bila shaka, laini kama nta, na labda na tinge ya dhahabu (cesium juu yake ni laini sana na rangi ya njano). Inaweza kuyeyuka kwa 20-25°C na kuruka karibu 650°C (makadirio kulingana na data kutoka kipindi kilichotangulia). Kwa kuongeza, itakuwa kazi sana kemikali. Kwa hiyo, inapaswa kuhifadhiwa bila upatikanaji wa oksijeni na unyevu na katika chombo kinacholinda dhidi ya mionzi. Itakuwa muhimu kuharakisha na majaribio, kwa sababu katika masaa machache kutakuwa na kivitendo hakuna Kifaransa kushoto.

Lithiamu ya heshima

Kumbuka pseudo-halojeni kutoka kwa mzunguko wa halojeni wa mwaka jana? Hizi ni ayoni zinazofanya kazi kama anions kama vile Cl^- au hapana^-. Hizi ni pamoja na, kwa mfano, cyanides CN^- na moles za SCN^-, kutengeneza chumvi na umumunyifu sawa na ile ya anions ya kikundi 17.

Watu wa Lithuania pia wana mfuasi, ambayo ni ioni ya ammoniamu NH. ₄ ⁺ - bidhaa ya kufutwa kwa amonia katika maji (suluhisho ni alkali, ingawa ni dhaifu kuliko katika kesi ya hidroksidi za chuma za alkali) na majibu yake na asidi. Ioni vivyo hivyo humenyuka pamoja na metali nzito za alkali, na uhusiano wake wa karibu zaidi ni potasiamu, kwa mfano, inafanana kwa ukubwa na mkutano wa potasiamu na mara nyingi huchukua nafasi ya K+ katika misombo yake ya asili. Metali za lithiamu ni tendaji sana kuweza kupatikana kwa elektrolisisi ya miyeyusho yenye maji ya chumvi na hidroksidi. Kutumia electrode ya zebaki, ufumbuzi wa chuma katika zebaki (amalgam) hupatikana. Ioni ya amonia ni sawa na metali za alkali hivi kwamba pia huunda amalgam.

Katika kozi ya kimfumo ya uchambuzi wa L.vifaa vya ion ya magnesiamu ndio za mwisho kugunduliwa. Sababu ni umumunyifu mzuri wa kloridi zao, sulfati na sulfidi, ambayo inamaanisha kuwa hazipunguki chini ya hatua ya vitendanishi vilivyoongezwa hapo awali vilivyotumika kuamua uwepo wa metali nzito kwenye sampuli. Ingawa chumvi za amonia pia ni mumunyifu sana, hugunduliwa mwanzoni mwa uchambuzi, kwani hazihimili joto na uvukizi wa suluhisho (hutengana kwa urahisi na kutolewa kwa amonia). Utaratibu labda unajulikana kwa kila mtu: ufumbuzi wa msingi wenye nguvu (NaOH au KOH) huongezwa kwa sampuli, ambayo husababisha kutolewa kwa amonia.

Sam amonia hugunduliwa na harufu au kwa kupaka kipande cha karatasi kilichohifadhiwa na maji kwenye shingo ya bomba la mtihani. gesi ya NH₃ huyeyuka katika maji na kufanya suluhisho kuwa alkali na kugeuza karatasi kuwa ya bluu.

7. Ugunduzi wa ioni za amonia: upande wa kushoto, kamba ya majaribio inageuka bluu chini ya hatua ya amonia iliyotolewa, upande wa kulia, matokeo chanya ya mtihani wa Nessler.

Wakati wa kugundua amonia kwa msaada wa harufu, unapaswa kukumbuka sheria za kutumia pua kwenye maabara. Kwa hiyo, usitegemee juu ya chombo cha majibu, uelekeze mvuke kuelekea wewe mwenyewe na harakati ya shabiki ya mkono wako na usiingie hewa "kifua kamili", lakini basi harufu ya kiwanja kufikia pua yako yenyewe.

Umumunyifu wa chumvi za amonia ni sawa na ule wa misombo ya potasiamu inayofanana, kwa hivyo inaweza kushawishi kuandaa perklorate ya ammoniamu NH.₄ClO₄ na kiwanja tata na cobalt (kwa maelezo, angalia sehemu iliyopita). Hata hivyo, mbinu zilizowasilishwa hazifai kwa kuchunguza kiasi kidogo sana cha amonia na ioni za amonia katika sampuli. Katika maabara, kitendanishi cha Nessler hutumiwa kwa kusudi hili, ambayo hupita au kubadilisha rangi hata ikiwa kuna athari za NH.₃ (7).

Hata hivyo, ninashauri sana dhidi ya kufanya mtihani unaofaa nyumbani, kwani ni muhimu kutumia misombo ya sumu ya zebaki.

Subiri hadi uwe katika maabara ya kitaalamu chini ya uangalizi wa kitaalamu wa mshauri. Kemia ni ya kuvutia, lakini - kwa wale ambao hawajui au wasiojali - inaweza kuwa hatari.

Angalia pia: