ლითონის ნიმუში ნაწილი 3 - ყველაფერი დანარჩენი
ლითიუმის, რომელიც სულ უფრო მეტად გამოიყენება თანამედროვე ეკონომიკაში, და ნატრიუმის და კალიუმის შემდეგ, რომლებიც ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი ელემენტია ინდუსტრიაში და ცოცხალ სამყაროში, დადგა დრო დანარჩენი ტუტე ელემენტების. ჩვენს წინაშეა რუბიდიუმი, ცეზიუმი და ფრანკი.
ბოლო სამი ელემენტი ძალიან ჰგავს ერთმანეთს და ამავდროულად აქვს კალიუმის მსგავსი თვისებები და მასთან ერთად ქმნის ქვეჯგუფს, რომელსაც კალიუმი ეწოდება. იმის გამო, რომ რუბიდიუმთან და ცეზიუმთან ექსპერიმენტების ჩატარებას თითქმის ვერ შეძლებთ, თქვენ უნდა დაკმაყოფილდეთ იმ ინფორმაციით, რომ ისინი რეაგირებენ კალიუმის მსგავსად და რომ მათ ნაერთებს აქვთ იგივე ხსნადობა, რაც მის ნაერთებს.
1. სპექტროსკოპიის მამები: მარცხნივ რობერტ ვილჰელმ ბუნსენი (1811-99), მარჯვნივ გუსტავ რობერტ კირხჰოფი (1824-87).
ადრეული მიღწევები სპექტროსკოპიაში
ცეცხლის გარკვეული ელემენტების ნაერთებით შეღებვის ფენომენი ცნობილი იყო და გამოიყენებოდა ფეიერვერკების წარმოებაში მათ თავისუფალ მდგომარეობაში გაშვებამდე დიდი ხნით ადრე. მეცხრამეტე საუკუნის დასაწყისში მეცნიერებმა შეისწავლეს სპექტრული ხაზები, რომლებიც მზის შუქზე ჩნდება და გაცხელებული ქიმიური ნაერთებით გამოიყოფა. 1859 წელს ორი გერმანელი ფიზიკოსი - რობერტ ბუნსენი i გუსტავ კირჩჰოფი - ააშენა მოწყობილობა გამოსხივებული სინათლის შესამოწმებლად (1). პირველ სპექტროსკოპს ჰქონდა მარტივი დიზაინი: ის შედგებოდა პრიზმისგან, რომელიც აშორებდა შუქს სპექტრულ ხაზებად და ოკულარი ლინზებით მათი დაკვირვებისთვის (2). მაშინვე შენიშნეს სპექტროსკოპის სარგებლობა ქიმიური ანალიზისთვის: ნივთიერება იშლება ატომებად ალის მაღალ ტემპერატურაზე და ეს ასხივებს მხოლოდ თავისთვის დამახასიათებელ ხაზებს.
2. გ.კირჩჰოფი სპექტროსკოპთან
3. ლითონის ცეზიუმი (http://images-of-elements.com)
ბუნსენმა და კირხჰოფმა დაიწყეს კვლევა და ერთი წლის შემდეგ დიურკემის წყაროდან 44 ტონა მინერალური წყალი აორთქლეს. ნალექის სპექტრში გამოჩნდა ხაზები, რომლებიც არ შეიძლება მიეკუთვნებოდეს იმ დროისთვის ცნობილ რომელიმე ელემენტს. ბუნსენმა (ის ასევე ქიმიკოსი იყო) ნალექისგან გამოყო ახალი ელემენტის ქლორიდი და მასში შემავალ ლითონს დაარქვეს სახელი. მეშვეობით მისი სპექტრის ძლიერ ლურჯ ხაზებზე დაყრდნობით (ლათინური = ლურჯი) (3).
რამდენიმე თვის შემდეგ, უკვე 1861 წელს, მეცნიერებმა უფრო დეტალურად შეისწავლეს მარილის საბადოების სპექტრი და აღმოაჩინეს მასში სხვა ელემენტის არსებობა. მათ შეძლეს მისი ქლორიდის იზოლირება და მისი ატომური მასის დადგენა. ვინაიდან წითელი ხაზები აშკარად ჩანდა სპექტრში, ახალი ლითიუმის ლითონი დასახელდა რუბიდური (ლათინურიდან = მუქი წითელი) (4). ორი ელემენტის აღმოჩენამ სპექტრული ანალიზით დაარწმუნა ქიმიკოსები და ფიზიკოსები. მომდევნო წლებში სპექტროსკოპია გახდა კვლევის ერთ-ერთი მთავარი ინსტრუმენტი და აღმოჩენები რქოვანას მსგავსად წვიმდა.
4. ლითონის რუბიდიუმი (http://images-of-elements.com)
რუბიდი ის არ ქმნის საკუთარ მინერალებს და ცეზიუმი მხოლოდ ერთია (5). ორივე ელემენტი. დედამიწის ზედაპირული ფენა შეიცავს 0,029% რუბიდიუმს (მე-17 ადგილი ელემენტთა სიმრავლის სიაში) და 0,0007% ცეზიუმს (39-ე ადგილი). ისინი არ არიან ბიოელემენტები, მაგრამ ზოგიერთი მცენარე შერჩევით ინახავს რუბიდიუმს, როგორიცაა თამბაქო და შაქრის ჭარხალი. ფიზიკოქიმიური თვალსაზრისით, ორივე ლითონი არის "კალიუმი სტეროიდებზე": კიდევ უფრო რბილი და დნებადი და კიდევ უფრო რეაქტიული (მაგალითად, ისინი სპონტანურად ანთებენ ჰაერში და წყალთან აფეთქებითაც კი რეაგირებენ).
მეშვეობით ეს არის ყველაზე „მეტალის“ ელემენტი (ქიმიური და არა ამ სიტყვის სასაუბრო მნიშვნელობით). როგორც ზემოთ აღინიშნა, მათი ნაერთების თვისებები ასევე მსგავსია კალიუმის ანალოგიური ნაერთების თვისებებით.
5 დაბინძურება არის ერთადერთი ცეზიუმის მინერალი (USGS)
მეტალის რუბიდიუმი და ცეზიუმი მიიღება ვაკუუმში მათი ნაერთების მაგნიუმთან ან კალციუმთან შემცირებით. ვინაიდან ისინი საჭიროა მხოლოდ გარკვეული ტიპის ფოტოელექტრული უჯრედების წარმოებისთვის (შემთხვევითი სინათლე ადვილად გამოყოფს ელექტრონებს მათი ზედაპირებიდან), რუბიდიუმის და ცეზიუმის წლიური წარმოება ასობით კილოგრამამდეა. მათი ნაერთები ასევე არ არის ფართოდ გამოყენებული.
როგორც კალიუმს, რუბიდიუმის ერთ-ერთი იზოტოპი რადიოაქტიურია. Rb-87-ის ნახევარგამოყოფის პერიოდი 50 მილიარდი წელია, ამიტომ რადიაცია ძალიან დაბალია. ეს იზოტოპი გამოიყენება ქანების დათარიღებისთვის. ცეზიუმს არ აქვს ბუნებრივი რადიოაქტიური იზოტოპები, მაგრამ CS-ჰიტები არის ურანის დაშლის ერთ-ერთი პროდუქტი ბირთვულ რეაქტორებში. იგი გამოყოფილია დახარჯული საწვავის ღეროებისგან, რადგან ეს იზოტოპი გამოიყენებოდა როგორც g- გამოსხივების წყარო, მაგალითად, კიბოს სიმსივნეების განადგურებისთვის.
საფრანგეთის პატივსაცემად
6. ფრანგული ენის აღმომჩენი - მარგარიტ პერე (1909-75 წწ.)
მენდელეევმა უკვე იწინასწარმეტყველა ცეზიუმზე მძიმე ლითონის ლითიუმის არსებობა და მას სამუშაო სახელიც დაარქვა. ქიმიკოსები ეძებდნენ მას სხვა ლითიუმის მინერალებში, რადგან, როგორც მათი ნათესავი, ის იქ უნდა იყოს. რამდენჯერმე ჩანდა, რომ იგი აღმოაჩინეს, თუმცა ჰიპოთეტურად, მაგრამ არასოდეს განხორციელებულა.
87-იანი წლების დასაწყისში გაირკვა, რომ 1914 ელემენტი რადიოაქტიური იყო. 227 წელს ავსტრიელი ფიზიკოსები ახლოს იყვნენ აღმოჩენასთან. S. Meyer, W. Hess და F. Panet აკვირდებოდნენ სუსტ ალფა გამოსხივებას აქტინიუმ-89-დან (გარდა უხვად გამოყოფილი ბეტა ნაწილაკებისა). ვინაიდან აქტინიუმის ატომური რიცხვია 87, ხოლო ალფა ნაწილაკის ემისია განპირობებულია ელემენტის ორ ადგილამდე შემცირებით პერიოდულ სისტემაში, იზოტოპი ატომური ნომრით 223 და მასის ნომერი XNUMX უნდა ყოფილიყო, თუმცა, მსგავსი ენერგიის ალფა ნაწილაკები (ჰაერში ნაწილაკების დიაპაზონი იზომება მათი ენერგიის პროპორციულად) ასევე აგზავნის პროტაქტინიუმის იზოტოპს, სხვა მეცნიერები ვარაუდობენ წამლის დაბინძურებას.
მალე ომი დაიწყო და ყველაფერი დავიწყებას მიეცა. 30-იან წლებში შეიქმნა ნაწილაკების ამაჩქარებლები და მიიღეს პირველი ხელოვნური ელემენტები, როგორიცაა დიდი ხნის ნანატრი ასტატიუმი ატომური ნომრით 85. 87 ელემენტის შემთხვევაში, იმდროინდელი ტექნოლოგიის დონე არ იძლეოდა საჭირო რაოდენობის მოპოვების საშუალებას. მასალა სინთეზისთვის. ფრანგმა ფიზიკოსმა მოულოდნელად მიაღწია წარმატებას მარგარიტ პერეი, მარია სკლოდოვსკა-კურიეს (6) სტუდენტი. მან, ისევე როგორც ავსტრიელებმა მეოთხედი საუკუნის წინ, შეისწავლა აქტინიუმ-227-ის დაშლა. ტექნოლოგიურმა პროგრესმა შესაძლებელი გახადა სუფთა პრეპარატის მიღება და ამჯერად არავის ეპარებოდა ეჭვი, რომ ის საბოლოოდ იდენტიფიცირებული იყო. მკვლევარმა დაარქვა იგი საფრანგეთის სამშობლოს პატივსაცემად. ელემენტი 87 იყო უკანასკნელი, რომელიც აღმოაჩინეს მინერალებში, შემდგომი მიღებულ იქნა ხელოვნურად.
ფრენსი იგი წარმოიქმნება რადიოაქტიური სერიის გვერდით განშტოებაში, დაბალი ეფექტურობის პროცესში და, უფრო მეტიც, ძალიან ხანმოკლეა. ქ-ნი პერეის მიერ აღმოჩენილ უძლიერეს იზოტოპს, Fr-223, აქვს ნახევარგამოყოფის პერიოდი 20 წუთზე ცოტა მეტი (რაც ნიშნავს, რომ საწყისი რაოდენობის მხოლოდ 1/8 რჩება ერთი საათის შემდეგ). გამოთვლილია, რომ მთელი გლობუსი შეიცავს მხოლოდ დაახლოებით 30 გრამ ფრანკს (დამყარებულია წონასწორობა დაშლის იზოტოპსა და ახლად წარმოქმნილ იზოტოპს შორის).
მიუხედავად იმისა, რომ ფრანკის ნაერთების ხილული ნაწილი არ იქნა მიღებული, შეისწავლეს მისი თვისებები და დადგინდა, რომ იგი მიეკუთვნება ტუტე ჯგუფს. მაგალითად, როდესაც პერქლორატს ემატება ფრანკის და კალიუმის იონების შემცველ ხსნარს, ნალექი იქნება რადიოაქტიური და არა ხსნარი. ეს ქცევა ადასტურებს, რომ FrClO4 ოდნავ ხსნადი (ნალექი KClO-ით4), და ფრანციუმის თვისებები კალიუმის მსგავსია.
საფრანგეთი როგორი იქნებოდა...
… თუ შემეძლო მისი ნიმუშის ხილვა შეუიარაღებელი თვალით? რა თქმა უნდა, ცვილივით რბილი და შესაძლოა ოქროსფერი ელფერით (ცეზიუმი მის ზემოთ არის ძალიან რბილი და მოყვითალო ფერის). ის დნება 20-25°C ტემპერატურაზე და ორთქლდება დაახლოებით 650°C (შეფასება წინა ეპიზოდის მონაცემებზე დაყრდნობით). გარდა ამისა, ეს იქნება ძალიან ქიმიურად აქტიური. ამიტომ ის უნდა ინახებოდეს ჟანგბადისა და ტენიანობის გარეშე და რადიაციისგან დამცავ კონტეინერში. საჭირო იქნებოდა ექსპერიმენტების დაჩქარება, რადგან რამდენიმე საათში პრაქტიკულად აღარ დარჩებოდა ფრანგი.
საპატიო ლითიუმი
გახსოვთ ფსევდოჰალოგენები გასული წლის ჰალოგენური ციკლიდან? ეს არის იონები, რომლებიც იქცევიან ანიონების მსგავსად, როგორიცაა Cl- ან არა-. მათ შორისაა, მაგალითად, ციანიდები CN- და SCN moles-, წარმოქმნის მარილებს მე-17 ჯგუფის ანიონების მსგავსი ხსნადობით.
ლიტველებს ასევე ჰყავთ მიმდევარი, ეს არის ამონიუმის იონი NH. 4 + - წყალში ამიაკის დაშლის პროდუქტი (ხსნარი ტუტეა, თუმცა უფრო სუსტია, ვიდრე ტუტე ლითონის ჰიდროქსიდების შემთხვევაში) და მისი რეაქციის მჟავებთან. იონი ანალოგიურად რეაგირებს მძიმე ტუტე ლითონებთან და მისი ყველაზე ახლო ურთიერთობაა კალიუმთან, მაგალითად, ის ზომით მსგავსია კალიუმის კატიონთან და ხშირად ცვლის K+-ს მის ბუნებრივ ნაერთებში. ლითიუმის ლითონები ზედმეტად რეაქტიულები არიან მარილებისა და ჰიდროქსიდების წყალხსნარების ელექტროლიზით მისაღებად. ვერცხლისწყლის ელექტროდის გამოყენებით მიიღება ლითონის ხსნარი ვერცხლისწყალში (ამალგამი). ამონიუმის იონი იმდენად ჰგავს ტუტე ლითონებს, რომ ასევე ქმნის ამალგამს.
ანალიზის სისტემატურ მსვლელობაში ლ.მაგნიუმის იონური მასალები ბოლო აღმოჩენები არიან. მიზეზი არის მათი ქლორიდების, სულფატების და სულფიდების კარგი ხსნადობა, რაც ნიშნავს, რომ ისინი არ იშლება ადრე დამატებული რეაგენტების მოქმედებით, რომლებიც გამოიყენება ნიმუშში უფრო მძიმე ლითონების არსებობის დასადგენად. მიუხედავად იმისა, რომ ამონიუმის მარილები ასევე ძალიან ხსნადია, ისინი აღმოჩენილია ანალიზის დასაწყისშივე, რადგან ისინი არ უძლებენ ხსნარების გათბობას და აორთქლებას (ისინი საკმაოდ ადვილად იშლება ამიაკის გამოყოფით). პროცედურა ალბათ ყველასთვის ცნობილია: ნიმუშს ემატება ძლიერი ფუძის ხსნარი (NaOH ან KOH), რომელიც იწვევს ამიაკის გამოყოფას.
სემ ამიაკი ის აღმოჩენილია სუნით ან საცდელი მილის კისერზე წყლით დასველებული უნივერსალური ქაღალდის დატანით. NH გაზი3 იხსნება წყალში და ხსნარს ტუტეს ხდის და ქაღალდს ლურჯად აქცევს.
7. ამონიუმის იონების გამოვლენა: მარცხნივ, ტესტის ზოლი გამოთავისუფლებული ამიაკის მოქმედებით ცისფერდება, მარჯვნივ, ნესლერის ტესტის დადებითი შედეგი.
სუნის დახმარებით ამიაკის გამოვლენისას უნდა გახსოვდეთ ლაბორატორიაში ცხვირის გამოყენების წესები. ამიტომ, არ დაიხაროთ რეაქციის ჭურჭელზე, მიმართეთ ორთქლები თქვენსკენ ხელის ვენტილატორის მოძრაობით და არ შეისუნთქოთ ჰაერი „სრული გულმკერდით“, არამედ მიეცით საშუალება, რომ ნაერთის არომატი თავისთავად მიაღწიოს თქვენს ცხვირს.
ამონიუმის მარილების ხსნადობა მსგავსია კალიუმის ანალოგური ნაერთების ხსნადობისა, ამიტომ შეიძლება იყოს მაცდური ამონიუმის პერქლორატის NH-ის მომზადება.4კლ4 და რთული ნაერთი კობალტით (დეტალებისთვის იხილეთ წინა ეპიზოდი). თუმცა, წარმოდგენილი მეთოდები არ არის შესაფერისი ნიმუშში ამიაკის და ამონიუმის იონების ძალიან მცირე რაოდენობით გამოსავლენად. ლაბორატორიებში ამ მიზნით გამოიყენება Nessler-ის რეაგენტი, რომელიც ნალექს ან ფერს იცვლის NH-ის კვალის არსებობის შემთხვევაშიც კი.3 (7).
თუმცა, კატეგორიულად გირჩევთ, არ გააკეთოთ შესაფერისი ტესტი სახლში, რადგან აუცილებელია ვერცხლისწყლის ტოქსიკური ნაერთების გამოყენება.
დაელოდეთ სანამ არ იქნებით პროფესიულ ლაბორატორიაში მენტორის პროფესიონალური მეთვალყურეობის ქვეშ. ქიმია მომხიბლავია, მაგრამ - მათთვის, ვინც არ იცის ან უყურადღებოა - ეს შეიძლება საშიში იყოს.
აგრეთვე იხილე:
