Patrón de metal Parte 3 - Todo o demais

Despois do litio, que se utiliza cada vez máis na economía moderna, e do sodio e do potasio, que se atopan entre os elementos máis importantes da industria e do mundo vivo, chegou o momento do resto dos elementos alcalinos. Ante nós está o rubidio, o cesio e o franco.

Os tres últimos elementos son moi parecidos entre si, e ao mesmo tempo teñen propiedades similares ao potasio e xunto con el forman un subgrupo chamado potasio. Xa que case seguro que non poderás facer ningún experimento con rubidio e cesio, debes contentarte coa información de que reaccionan como o potasio e que os seus compostos teñen a mesma solubilidade que os seus compostos.

1. Pais da espectroscopia: Robert Wilhelm Bunsen (1811-99) á esquerda, Gustav Robert Kirchhoff (1824-87) á dereita

Os primeiros avances na espectroscopia

O fenómeno de colorear a chama con compostos de certos elementos era coñecido e utilizado na fabricación de fogos artificiais moito antes de que fosen liberados ao estado libre. A principios do século XIX, os científicos estudaron as liñas espectrais que aparecen á luz do Sol e emitidas por compostos químicos quentados. En 1859, dous físicos alemáns - Robert Bunsen i Gustav Kirchhoff - construíu un dispositivo para probar a luz emitida (1). O primeiro espectroscopio tiña un deseño sinxelo: consistía nun prisma que separaba a luz en liñas espectrais e ocular con lente para a súa observación (2). A utilidade do espectroscopio para a análise química notouse de inmediato: a substancia divídese en átomos á alta temperatura da chama, e estes emiten liñas só características de si mesmos.

2. G. Kirchhoff no espectroscopio

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

Bunsen e Kirchhoff comezaron as súas investigacións e un ano despois evaporaron 44 toneladas de auga mineral dun manantial de Durkheim. No espectro de sedimentos apareceron liñas que non se podían atribuír a ningún elemento coñecido nese momento. Bunsen (tamén era químico) illou o cloruro dun novo elemento do sedimento, e deu nome ao metal contido nel. CEZ baseado nas fortes liñas azuis do seu espectro (latín = azul) (3).

Poucos meses despois, xa en 1861, os científicos examinaron con máis detalle o espectro do depósito de sal e descubriron a presenza doutro elemento nel. Puideron illar o seu cloruro e determinar a súa masa atómica. Dado que as liñas vermellas eran claramente visibles no espectro, o novo metal de litio foi nomeado rubido (do latín = vermello escuro) (4). O descubrimento de dous elementos mediante a análise espectral convenceu a químicos e físicos. Nos anos seguintes, a espectroscopia converteuse nunha das principais ferramentas de investigación, e os descubrimentos choveron como unha cornucopia.

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

Rubid non forma os seus propios minerais, e o cesio é só un (5). Ambos elementos. A capa superficial da Terra contén 0,029% de rubidio (17º lugar na lista de abundancias elementais) e 0,0007% de cesio (39º lugar). Non son bioelementos, pero algunhas plantas almacenan selectivamente o rubidio, como o tabaco e a remolacha azucreira. Desde o punto de vista fisicoquímico, ambos metais son "potasio en esteroides": aínda máis suaves e fusibles, e aínda máis reactivos (por exemplo, acenden espontáneamente no aire e incluso reaccionan coa auga cunha explosión).

través é o elemento máis "metálico" (no químico, non no sentido coloquial da palabra). Como se mencionou anteriormente, as propiedades dos seus compostos tamén son similares ás de compostos análogos de potasio.

5 A polucita é o único mineral de cesio (USGS)

rubidio metálico e o cesio obtense reducindo os seus compostos con magnesio ou calcio ao baleiro. Dado que só son necesarias para producir certos tipos de células fotovoltaicas (a luz incidente emite facilmente electróns das súas superficies), a produción anual de rubidio e cesio é da orde de centos de quilogramos. Os seus compostos tampouco son moi utilizados.

Como co potasio, un dos isótopos do rubidio é radioactivo. O Rb-87 ten unha vida media de 50 millóns de anos, polo que a radiación é moi baixa. Este isótopo úsase para datar rochas. O cesio non ten isótopos radioactivos naturais, pero CS-137 é un dos produtos de fisión do uranio nos reactores nucleares. Sepárase das barras de combustible gastado porque este isótopo utilizouse como fonte de radiación gamma, por exemplo, para destruír tumores canceríxenos.

Na honra de Francia

6. A descubridora da lingua francesa - Marguerite Perey (1909-75)

Mendeleiev xa previra a existencia de metal de litio máis pesado que o cesio e deulle un nome de traballo. Os químicos buscárono noutros minerais de litio porque, como o seu parente, debería estar alí. Varias veces pareceu que foi descuberto, aínda que hipotéticamente, pero nunca se materializou.

A principios da década de 87, quedou claro que o elemento 1914 era radioactivo. En 227, os físicos austríacos estaban preto de descubrilo. S. Meyer, W. Hess e F. Panet observaron unha radiación alfa débil do actinio-89 (ademais de partículas beta abundantemente segregadas). Dado que o número atómico de actinio é 87 e a emisión dunha partícula alfa débese á "redución" do elemento a dous lugares da táboa periódica, o isótopo con número atómico 223 e número de masa XNUMX debería ser, con todo, partículas alfa de enerxía semellante (o rango de partículas no aire mídese proporcionalmente a súa enerxía) tamén envía un isótopo de protactinio, outros científicos suxeriron contaminación da droga.

Pronto estalou a guerra e todo quedou esquecido. Na década de 30 deseñaronse aceleradores de partículas e obtivéronse os primeiros elementos artificiais, como o tan esperado astatio de número atómico 85. No caso do elemento 87, o nivel de tecnoloxía daquela época non permitía obter a cantidade necesaria de material para a síntese. O físico francés logrou un éxito inesperado Marguerite Perey, alumno de Maria Sklodowska-Curie (6). Ela, como os austríacos hai un cuarto de século, estudou a descomposición do actinio-227. O progreso tecnolóxico permitiu obter unha preparación pura, e esta vez ninguén dubidaba de que finalmente fora identificada. O explorador púxoo de nome Francés en honra á súa terra natal. O elemento 87 foi o último en ser descuberto en minerais, os posteriores obtivéronse artificialmente.

Francés fórmase na rama lateral da serie radioactiva, nun proceso de baixa eficiencia e, ademais, é de moi curta duración. O isótopo máis forte descuberto pola señora Perey, o Fr-223, ten unha vida media de pouco máis de 20 minutos (o que significa que só queda 1/8 da cantidade orixinal despois dunha hora). Calculouse que o globo terráqueo enteiro contén só uns 30 gramos de franco (se establece un equilibrio entre o isótopo en descomposición e o isótopo recén formado).

Aínda que non se obtivo a parte visible dos compostos franco, estudouse as súas propiedades e comprobouse que pertence ao grupo alcalino. Por exemplo, cando se engade perclorato a unha solución que contén ións franco e potasio, o precipitado será radioactivo, non a solución. Este comportamento demostra que FrClO₄ lixeiramente soluble (precipita con KClO₄), e as propiedades do francio son similares ás do potasio.

Francia, como sería...

… Se puidese obter unha mostra dela visible a simple vista? Por suposto, suave como a cera, e quizais cun ton dourado (o cesio por riba é moi suave e de cor amarelada). Fundiríase a 20-25 °C e vaporizaríase ao redor de 650 °C (estimación baseada nos datos do episodio anterior). Ademais, sería moi activo quimicamente. Polo tanto, debe almacenarse sen acceso a osíxeno e humidade e nun recipiente que protexa da radiación. Habería que apresurarse cos experimentos, porque en poucas horas xa non quedaría practicamente francés.

Litio honorífico

Lembras os pseudo-halógenos do ciclo de halóxenos do ano pasado? Estes son ións que se comportan como anións como o Cl^- ou non^-. Estes inclúen, por exemplo, os cianuros CN^- e moles SCN^-, formando sales cunha solubilidade similar á dos anións do grupo 17.

Os lituanos tamén teñen un seguidor, que é o ión amonio NH. ₄ ⁺ - un produto da disolución do amoníaco en auga (a solución é alcalina, aínda que máis débil que no caso dos hidróxidos de metais alcalinos) e a súa reacción con ácidos. O ión reacciona de xeito similar cos metais alcalinos máis pesados, e a súa relación máis estreita é co potasio, por exemplo, ten un tamaño similar ao catión potasio e moitas veces substitúe o K+ nos seus compostos naturais. Os metais de litio son demasiado reactivos para seren obtidos por electrólise de solucións acuosas de sales e hidróxidos. Usando un electrodo de mercurio, obtense unha solución metálica en mercurio (amalgama). O ión amonio é tan semellante aos metais alcalinos que tamén forma unha amálgama.

No curso sistemático da análise de L.materiais de ión magnesio son os últimos en ser descubertos. O motivo é a boa solubilidade dos seus cloruros, sulfatos e sulfuros, o que significa que non precipitan baixo a acción dos reactivos engadidos previamente utilizados para determinar a presenza de metais máis pesados ​​na mostra. Aínda que os sales de amonio tamén son altamente solubles, detéctanse ao comezo da análise, xa que non resisten o quecemento e a evaporación das solucións (descompoñense con bastante facilidade coa liberación de amoníaco). O procedemento é probablemente coñecido por todos: engádese á mostra unha solución dunha base forte (NaOH ou KOH), o que provoca a liberación de amoníaco.

Sam amoníaco detéctase polo cheiro ou mediante a aplicación dun papel universal humedecido con auga no pescozo do tubo de ensaio. gas NH₃ disólvese en auga e fai que a solución se alcaliniza e o papel volve azul.

7. Detección de ións de amonio: á esquerda, a tira de proba vólvese azul baixo a acción do amoníaco liberado, á dereita, un resultado positivo da proba de Nessler

Ao detectar amoníaco coa axuda do cheiro, debes lembrar as regras para usar o nariz no laboratorio. Polo tanto, non te inclines sobre o recipiente de reacción, dirixe os vapores cara a ti cun movemento de ventilador da túa man e non inhales o aire "peito cheo", senón que o aroma do composto chegue ao teu nariz por si só.

A solubilidade dos sales de amonio é semellante á dos compostos de potasio análogos, polo que pode ser tentador preparar perclorato de amonio NH.₄ClO₄ e un composto complexo con cobalto (para máis detalles, consulte o episodio anterior). Non obstante, os métodos presentados non son axeitados para detectar cantidades moi pequenas de amoníaco e ións amonio nunha mostra. Nos laboratorios utilízase para este fin o reactivo de Nessler, que precipita ou cambia de cor mesmo en presenza de trazas de NHXNUMX.₃ (7).

Non obstante, desaconsello encarecidamente facer unha proba adecuada na casa, xa que é necesario utilizar compostos tóxicos de mercurio.

Agarde ata que estea nun laboratorio profesional baixo a supervisión profesional dun mentor. A química é fascinante, pero -para os que non a coñecen ou son descoidados- pode ser perigosa.

Ver tamén: