Patrwm Metel Rhan 3 - Popeth Arall
Ar ôl lithiwm, a ddefnyddir yn gynyddol yn yr economi fodern, a sodiwm a photasiwm, sydd ymhlith yr elfennau pwysicaf mewn diwydiant a'r byd byw, mae'r amser wedi dod i weddill yr elfennau alcalïaidd. O'n blaenau mae rubidium, caesiwm a ffranc.
Mae'r tair elfen olaf yn debyg iawn i'w gilydd, ac ar yr un pryd mae ganddynt briodweddau tebyg â photasiwm ac ynghyd ag ef yn ffurfio is-grŵp o'r enw potasiwm. Gan na fyddwch bron yn sicr yn gallu gwneud unrhyw arbrofion â rwbidiwm a chaesiwm, rhaid i chi fodloni'ch hun â'r wybodaeth eu bod yn adweithio fel potasiwm a bod gan eu cyfansoddion yr un hydoddedd â'i gyfansoddion.
1. Tadau sbectrosgopeg: Robert Wilhelm Bunsen (1811-99) ar y chwith, Gustav Robert Kirchhoff (1824-87) ar y dde
Datblygiadau cynnar mewn sbectrosgopeg
Roedd ffenomen lliwio'r fflam gyda chyfansoddion o rai elfennau yn hysbys ac yn cael ei ddefnyddio wrth gynhyrchu tân gwyllt ymhell cyn iddynt gael eu rhyddhau i'r cyflwr rhydd. Ar ddechrau'r bedwaredd ganrif ar bymtheg, astudiodd gwyddonwyr y llinellau sbectrol sy'n ymddangos yng ngolau'r Haul ac a allyrrir gan gyfansoddion cemegol wedi'u gwresogi. Yn 1859, dau ffisegydd Almaenig - Robert Bunsen i Gustav Kirchhoff - adeiladu dyfais ar gyfer profi'r golau a allyrrir (1). Roedd gan y sbectrosgop cyntaf ddyluniad syml: roedd yn cynnwys prism a oedd yn gwahanu golau yn llinellau sbectrol a sylladur gyda lens ar gyfer eu harsylwi (2). Sylwyd ar unwaith ar ddefnyddioldeb y sbectrosgop ar gyfer dadansoddi cemegol: mae'r sylwedd yn torri'n atomau ar dymheredd uchel y fflam, ac mae'r llinellau allyrru hyn yn nodweddiadol ohonyn nhw eu hunain yn unig.
2. G. Kirchhoff wrth y sbectrosgop
3. caesiwm metelaidd (http://images-of-elements.com)
Dechreuodd Bunsen a Kirchhoff eu hymchwil a blwyddyn yn ddiweddarach fe wnaethon nhw anweddu 44 tunnell o ddŵr mwynol o ffynnon yn Durkheim. Ymddangosodd llinellau yn y sbectrwm gwaddod na ellid eu priodoli i unrhyw elfen a oedd yn hysbys ar y pryd. Fe wnaeth Bunsen (roedd hefyd yn gemegydd) ynysu clorid elfen newydd o'r gwaddod, a rhoi'r enw i'r metel oedd ynddo. CEZ yn seiliedig ar y llinellau glas cryf yn ei sbectrwm (Lladin = glas) (3).
Ychydig fisoedd yn ddiweddarach, eisoes yn 1861, archwiliodd gwyddonwyr sbectrwm y dyddodiad halen yn fwy manwl a darganfod presenoldeb elfen arall ynddo. Roeddent yn gallu ynysu ei glorid a phennu ei fàs atomig. Gan fod llinellau coch i'w gweld yn glir yn y sbectrwm, enwyd y metel lithiwm newydd rhudd (o'r Lladin = coch tywyll) (4). Roedd darganfod dwy elfen trwy ddadansoddiad sbectrol yn argyhoeddi cemegwyr a ffisegwyr. Yn y blynyddoedd dilynol, daeth sbectrosgopeg yn un o'r prif arfau ymchwil, a bu i'r darganfyddiadau fwrw glaw fel cornucopia.
4. rubidium metel (http://images-of-elements.com)
Rubid nid yw'n ffurfio ei fwynau ei hun, a dim ond un (5) yw cesiwm. Y ddwy elfen. Mae haen wyneb y Ddaear yn cynnwys 0,029% rubidium (17eg lle yn y rhestr o helaethrwydd elfennol) a 0,0007% caesiwm (39eg lle). Nid bioelfennau ydyn nhw, ond mae rhai planhigion yn storio rubidium yn ddetholus, fel betys tybaco a siwgr. O safbwynt ffisigocemegol, mae'r ddau fetel yn “potasiwm ar steroidau”: hyd yn oed yn feddalach ac yn ffiwsadwy, a hyd yn oed yn fwy adweithiol (er enghraifft, maen nhw'n tanio'n ddigymell mewn aer, a hyd yn oed yn adweithio â dŵr â ffrwydrad).
drwy dyma'r elfen fwyaf "metelaidd" (yn y cemegolyn, nid yn ystyr colloquial y gair). Fel y soniwyd uchod, mae priodweddau eu cyfansoddion hefyd yn debyg i briodweddau cyfansoddion potasiwm analog.
5 Llygredd Yw'r Unig Mwyn Cesiwm (USGS)
rubidium metelaidd a cheir caesiwm trwy leihau eu cyfansoddion â magnesiwm neu galsiwm mewn gwactod. Gan mai dim ond rhai mathau o gelloedd ffotofoltaidd sydd eu hangen (mae golau digwyddiad yn allyrru electronau o'u harwynebau yn hawdd), mae cynhyrchiad blynyddol rwbidiwm a chaesiwm tua channoedd o gilogramau. Nid yw eu cyfansoddion hefyd yn cael eu defnyddio'n eang.
Fel gyda photasiwm, mae un o isotopau rubidium yn ymbelydrol. Mae gan Rb-87 hanner oes o 50 biliwn o flynyddoedd, felly mae'r ymbelydredd yn isel iawn. Defnyddir yr isotop hwn i ddyddio creigiau. Nid oes gan cesiwm unrhyw isotopau ymbelydrol sy'n digwydd yn naturiol, ond CS-137 yw un o gynhyrchion ymholltiad wraniwm mewn adweithyddion niwclear. Mae'n cael ei wahanu oddi wrth ffyn tanwydd wedi'i ddefnyddio oherwydd bod yr isotop hwn wedi'i ddefnyddio fel ffynhonnell ymbelydredd gama, er enghraifft, i ddinistrio tiwmorau canseraidd.
Er anrhydedd i Ffrainc
6. Darganfyddwr yr iaith Ffrangeg - Marguerite Perey (1909-75)
Roedd Mendeleev eisoes wedi rhagweld bodolaeth metel lithiwm yn drymach na chaesiwm a rhoddodd enw gweithredol iddo. Mae cemegwyr wedi edrych amdano mewn mwynau lithiwm eraill oherwydd, fel eu perthynas, dylai fod yno. Sawl gwaith roedd yn ymddangos iddo gael ei ddarganfod, er ei fod yn ddamcaniaethol, ond heb ei wireddu.
Yn y 87au cynnar, daeth yn amlwg bod elfen 1914 yn ymbelydrol. Yn 227, roedd ffisegwyr Awstria yn agos at ddarganfod. Sylwodd S. Meyer, W. Hess, ac F. Panet allyriad alffa gwan o'r paratoad actinium-89 (yn ogystal â gronynnau beta wedi'u secretu'n helaeth). Gan mai nifer atomig actiniwm yw 87, a bod allyriad gronyn alffa oherwydd "gostyngiad" yr elfen i ddau le yn y tabl cyfnodol, dylai'r isotop â rhif atomig 223 a rhif màs XNUMX fod wedi bod yn ronynnau alffa o egni tebyg, fodd bynnag (mae ystod y gronynnau mewn aer yn cael ei fesur yn gymesur eu hegni) hefyd yn anfon isotop o protactiniwm, mae gwyddonwyr eraill wedi awgrymu halogiad y cyffur.
Torrodd rhyfel allan yn fuan ac anghofiwyd popeth. Yn y 30au, dyluniwyd cyflymyddion gronynnau a chafwyd yr elfennau artiffisial cyntaf, megis yr astatiwm hir-ddisgwyliedig â rhif atomig 85. Yn achos elfen 87, nid oedd lefel technoleg yr amser hwnnw yn caniatáu cael y swm angenrheidiol o deunydd ar gyfer synthesis. Llwyddodd ffisegydd Ffrainc yn annisgwyl Marguerite Perey, myfyriwr Maria Sklodowska-Curie (6). Astudiodd hi, fel yr Awstriaid chwarter canrif yn ôl, bydredd actinium-227. Roedd cynnydd technolegol yn ei gwneud hi'n bosibl cael paratoad pur, a'r tro hwn nid oedd gan neb unrhyw amheuaeth ei fod wedi'i nodi'n derfynol. Enwodd yr archwiliwr ef Ffrangeg er anrhydedd i'w mamwlad. Elfen 87 oedd yr olaf i gael ei ddarganfod mewn mwynau, cafwyd rhai dilynol yn artiffisial.
Ffrangeg mae'n cael ei ffurfio yng nghangen ochr y gyfres ymbelydrol, mewn proses gydag effeithlonrwydd isel ac, ar ben hynny, mae'n fyrhoedlog iawn. Mae gan yr isotop cryfaf a ddarganfuwyd gan Mrs. Perey, Tad-223, hanner oes o ychydig dros 20 munud (sy'n golygu mai dim ond 1/8 o'r swm gwreiddiol sydd ar ôl ar ôl awr). Cyfrifwyd mai dim ond tua 30 gram o ffranc y mae'r glôb cyfan yn ei gynnwys (mae cydbwysedd yn cael ei sefydlu rhwng yr isotop sy'n dadfeilio a'r isotop newydd).
Er na chafwyd y rhan weladwy o'r cyfansoddion ffranc, astudiwyd ei briodweddau, a chanfuwyd ei fod yn perthyn i'r grŵp alcalïaidd. Er enghraifft, pan ychwanegir perchlorate at hydoddiant sy'n cynnwys ïonau ffranc a photasiwm, y gwaddod fydd ymbelydrol, nid yr hydoddiant. Mae'r ymddygiad hwn yn profi bod FrClO4 ychydig yn hydawdd (yn gwaddodi gyda KClO4), ac mae priodweddau ffraniwm yn debyg i rai potasiwm.
Ffrainc, sut fyddai e ...
… Pe gallwn i gael sampl ohono yn weladwy i'r llygad noeth? Wrth gwrs, yn feddal fel cwyr, ac efallai gyda lliw euraidd (mae'r caesiwm uwch ei ben yn feddal iawn ac yn felynaidd ei liw). Byddai'n toddi ar 20-25°C ac yn anweddu tua 650°C (amcangyfrif yn seiliedig ar ddata o'r bennod flaenorol). Yn ogystal, byddai'n weithgar iawn yn gemegol. Felly, dylid ei storio heb fynediad i ocsigen a lleithder ac mewn cynhwysydd sy'n amddiffyn rhag ymbelydredd. Byddai angen brysio gyda'r arbrofion, oherwydd mewn ychydig oriau ni fyddai bron dim Ffrangeg ar ôl.
Lithiwm anrhydeddus
Cofiwch y ffug-halogenau o gylchred halogen y llynedd? Mae'r rhain yn ïonau sy'n ymddwyn fel anionau fel Cl- neu naddo-. Mae'r rhain yn cynnwys, er enghraifft, cyanidau CN- a mannau geni SCN-, gan ffurfio halwynau gyda hydoddedd tebyg i anionau grŵp 17.
Mae gan Lithwaniaid ddilynwr hefyd, sef yr ïon amoniwm NH. 4 + - cynnyrch hydoddiad amonia mewn dŵr (mae'r hydoddiant yn alcalïaidd, er ei fod yn wannach nag yn achos hydrocsidau metel alcali) a'i adwaith ag asidau. Mae'r ïon yn adweithio yn yr un modd â metelau alcali trymach, a'i berthynas agosaf yw potasiwm, er enghraifft, mae'n debyg o ran maint i'r catiwn potasiwm ac yn aml yn disodli K+ yn ei gyfansoddion naturiol. Mae metelau lithiwm yn rhy adweithiol i'w cael trwy electrolysis hydoddiannau dyfrllyd halwynau a hydrocsidau. Gan ddefnyddio electrod mercwri, ceir hydoddiant metel mewn mercwri (amalgam). Mae'r ïon amoniwm mor debyg i fetelau alcali nes ei fod hefyd yn ffurfio amalgam.
Yng nghwrs systematig y dadansoddiad o L.deunyddiau ïon magnesiwm yw'r olaf i'w darganfod. Y rheswm yw hydoddedd da eu cloridau, sylffadau a sylffidau, sy'n golygu nad ydynt yn gwaddodi o dan weithred adweithyddion a ychwanegwyd yn flaenorol a ddefnyddir i bennu presenoldeb metelau trymach yn y sampl. Er bod halwynau amoniwm hefyd yn hydawdd iawn, fe'u canfyddir ar ddechrau'r dadansoddiad, gan nad ydynt yn gwrthsefyll gwresogi ac anweddu hydoddiannau (maent yn dadelfennu'n eithaf hawdd gyda rhyddhau amonia). Mae'n debyg bod pawb yn gwybod am y driniaeth: mae hydoddiant o sylfaen gref (NaOH neu KOH) yn cael ei ychwanegu at y sampl, sy'n achosi rhyddhau amonia.
Sam amonia mae'n cael ei ganfod gan arogl neu drwy roi darn cyffredinol o bapur wedi'i wlychu â dŵr i wddf tiwb profi. NH nwy3 yn hydoddi mewn dŵr ac yn gwneud yr hydoddiant yn alcalïaidd ac yn troi'r papur yn las.
7. Canfod ïonau amoniwm: ar y chwith, mae'r stribed prawf yn troi'n las o dan weithred amonia a ryddhawyd, ar y dde, canlyniad cadarnhaol prawf Nessler
Os canfyddir amonia gan arogl, cofiwch y rheolau ar gyfer defnyddio'r trwyn yn y labordy. Felly, peidiwch â phwyso dros y llestr adwaith, cyfeiriwch yr anweddau atoch chi'ch hun gyda symudiad ffan o'ch llaw a pheidiwch ag anadlu'r "frest lawn" aer, ond gadewch i arogl y cyfansoddyn gyrraedd eich trwyn ar ei ben ei hun.
Mae hydoddedd halwynau amoniwm yn debyg i hydoddedd cyfansoddion potasiwm analogaidd, felly gall fod yn demtasiwn i baratoi amoniwm perchlorad NH.4ClO4 a chyfansoddyn cymhleth gyda cobalt (am fanylion, gweler y bennod flaenorol). Fodd bynnag, nid yw'r dulliau a gyflwynir yn addas ar gyfer canfod symiau bach iawn o ïonau amonia ac amoniwm mewn sampl. Mewn labordai, defnyddir adweithydd Nessler at y diben hwn, sy'n gwaddodi neu'n newid lliw hyd yn oed ym mhresenoldeb olion NH3 (7).
Fodd bynnag, rwy'n cynghori'n gryf i beidio â gwneud prawf addas gartref, gan fod angen defnyddio cyfansoddion mercwri gwenwynig.
Arhoswch nes eich bod mewn labordy proffesiynol o dan oruchwyliaeth broffesiynol mentor. Mae cemeg yn hynod ddiddorol, ond - i'r rhai nad ydynt yn ei wybod neu sy'n ddiofal - gall fod yn beryglus.
Gweler hefyd:
