金属パターン パート 3 - その他すべて
現代の農業でますます使用されるリチウム、産業と生活界で最も重要な元素の XNUMX つであるナトリウムとカリウムに続いて、残りのアルカリ元素が登場します。 私たちの前にはルビジウム、セシウム、そしてフランがあります。
最後の XNUMX つの元素は互いに非常に似ており、同時にカリウムと同様の性質を持ち、一緒にカリウムと呼ばれるサブグループを形成します。 ルビジウムとセシウムを使って実験を行うことはほぼ確実に不可能であるため、それらがカリウムと同様に反応し、それらの化合物がその化合物と同じ溶解度を有するという情報に満足する必要があります。
1. 分光法の父: 左 ロベルト・ヴィルヘルム・ブンゼン (1811-99)、右 グスタフ・ロベルト・キルヒホフ (1824-87)
分光法の最初の成功
特定の元素の化合物で炎を着色する現象は知られており、花火が自由な状態になるずっと前から花火の製造に使用されていました。 1859 世紀の初めに、科学者は、太陽の光の中に現れ、加熱された化合物から放出されるスペクトル線を研究しました。 XNUMX年、二人のドイツ人物理学者 - ロベルトブンゼン i グスタフ・キルヒホッフ - 放出された光をテストするための装置を構築しました (1)。 最初の分光器はシンプルなデザインで、光をスペクトル線に分離するプリズムと、 レンズ付き接眼レンズ 彼らの観察のために（2）。 化学分析における分光器の有用性はすぐに注目されました。物質は炎の高温で原子に分解され、これらの原子はそれ自体に特有の線を放射します。
2.G. キルヒホッフ分光器
3. セシウム金属 (http://images-of-elements.com)
ブンゼンとキルヒホッフは研究を開始し、44 年後、デュルケームの泉から XNUMX トンのミネラルウォーターを蒸発させました。 堆積物のスペクトルには、当時知られていた元素によるものではない線が現れました。 ブンゼン (彼も化学者でした) は堆積物から新元素の塩化物を単離し、それに含まれる金属に名前を付けました CEZ スペクトル内の強い青い線に基づいています (ラテン語 = 青) (3)。
数か月後、すでに 1861 年に、科学者たちは塩の堆積物のスペクトルをより詳細に調べ、その中に別の元素が存在することを発見しました。 彼らはその塩化物を単離し、その原子量を決定することができました。 スペクトルに赤い線がはっきりと見えたため、新しい金属リチウムと名付けられました。 真っ赤な (ラテン語 = 濃い赤から) (4)。 スペクトル分析を使用した XNUMX つの元素の発見は、化学者と物理学者を納得させました。 その後数年で、分光法は主要な研究ツールの XNUMX つとなり、宝庫のように発見が注ぎ込まれました。
4. 金属ルビジウム (http://images-of-elements.com)
ルビー それ自体は鉱物を形成せず、セシウムは 5 つだけ存在します (0,029)。 両方の要素。 地球の表層には、17％のルビジウム（元素含有量リストの0,0007位）と39％のセシウム（XNUMX位）が含まれています。 これらは生体元素ではありませんが、タバコやテンサイなどの一部の植物はルビジウムを選択的に貯蔵します。 物理化学的な観点から見ると、どちらの金属も「ステロイドにカリウムを加えたもの」であり、より柔らかく可融性があり、さらに反応性が高くなります（たとえば、空気中で自然発火し、水と爆発的に反応することさえあります）。
スルー これは最も「金属的」な元素です（口語的な意味ではなく、化学的な意味で）。 上で述べたように、それらの化合物の特性も同様のカリウム化合物の特性と類似しています。
5 ポルサイトは唯一のセシウム鉱物 (USGS)
ルビジウム金属 セシウムは、それらの化合物を真空中でマグネシウムまたはカルシウムで還元することによって得られます。 ルビジウムとセシウムは、ある種の太陽電池を製造するためにのみ必要とされるため（入射光により表面から電子が容易に放出される）、ルビジウムとセシウムの年間生産量は数百キログラム程度です。 それらの化合物も広く使用されていません。
カリウムと同じように、 ルビジウムの同位体の XNUMX つは放射性です。 Rb-87 の半減期は 50 億年であるため、放射線量は非常に低いです。 この同位体は岩石の年代測定に使用されます。 セシウムには天然に存在する放射性同位体はありませんが、 CS-137 原子炉内のウランの核分裂生成物の XNUMX つです。 この同位体は、例えば癌性腫瘍を破壊するためのγ線源として使用されてきたため、使用済み燃料棒から分離されます。
フランスに敬意を表して
6. フランス語の発見者 - マルグリット・ペレ (1909-75)
メンデレーエフはすでにセシウムより重いリチウム金属の存在を予見し、それに実用的な名前を付けていた。 化学者たちは、その親戚と同様に、それが存在するはずであるため、他のリチウム鉱物からそれを探しました。 何度か、仮説ではあっても発見されたかのように思われましたが、実現することはありませんでした。
87 年代初頭に、元素 1914 が放射性であることが明らかになりました。 227 年、オーストリアの物理学者は発見に近づいていました。 S. マイヤー、W. ヘス、および F. パネスは、(豊富に分泌されるベータ粒子に加えて) 薬物アクチニウム 89 からの弱いアルファ放射を観察しました。 アクチニウムの原子番号は 87 であり、アルファ粒子の放出は周期表の 223 つの場所への元素の「割り当て」に関連付けられているため、原子番号 XNUMX と質量数 XNUMX の同位体にはアルファ粒子が含まれます。同様のエネルギー（空気中の粒子の範囲はそのエネルギーに比例して測定される）もプロタクチニウム同位体を送ると、他の科学者は薬物の汚染を示唆している。
すぐに戦争が始まり、すべてが忘れ去られました。 30 年代に粒子加速器が設計され、最初の人工元素、たとえば待望の原子番号 85 のアスタチウムが得られました。元素 87 の場合、当時の技術レベルでは必要な量を得ることができませんでした。合成用の素材です。 フランスの物理学者が予想外の成功を収める マルガリータ・ペリー、マリー・スクウォドフスカ＝キュリーさん（6）の生徒。 彼女も、四半世紀前のオーストリア人と同様に、アクチニウム 227 の崩壊を研究しました。 技術の進歩により純粋な薬物を入手できるようになり、今度はそれがついに特定されたと誰もが疑いませんでした。 研究者は彼に名前を付けました フランス語 彼らの祖国に敬意を表して。 元素 87 は鉱物中で最後に発見されたもので、その後の元素は人工的に生成されました。
フラン それは、効率がほとんどないプロセスで放射性系列の側枝で形成され、さらに寿命が非常に短いです。 ペリー夫人が発見した最も強い同位体は Fr-223 で、半減期は 20 分強です (1 時間後には元の量の 8/30 しか残らないことを意味します)。 地球全体に含まれるフランはわずか約 XNUMX グラムであると推定されています (崩壊する同位体と新しく形成される同位体の間に平衡が確立されます)。
目に見えるフラン化合物は得られませんでしたが、その性質を研究したところ、アルカリ性グループに属することが判明しました。 たとえば、過塩素酸塩をフランイオンとカリウムイオンを含む溶液に添加すると、溶液ではなく沈殿物が放射性になります。 この挙動は、FrClO が4 わずかに溶ける（KClOと一緒に沈殿する）4）、フランシウムの性質はカリウムに似ています。
フランス、彼はどうなるんだろう…
...肉眼で見えるサンプルを入手できたら? もちろん、ワックスのように柔らかく、おそらく金色の色合いをしています（その上のセシウムは非常に柔らかく、黄色がかっています）。 20～25℃で溶け、約650℃で蒸発します（前回のエピソードのデータに基づいて推定）。 さらに、化学的に非常に反応しやすいでしょう。 したがって、酸素や湿気に触れず、放射線から保護された容器に保管する必要があります。 数時間もすればフランス人はほとんどいなくなってしまうため、実験を急ぐ必要があるだろう。
名誉リチウム
昨年のハロゲンシリーズの擬似ハロゲンを覚えていますか? これらは、Cl などの陰イオンのように動作するイオンです。– あるいはいいえ–。 これらには、例えばシアン化物CNが含まれます。– とほくろSCN–、第 17 族アニオンと同様の溶解度を持つ塩を形成します。
リトアニア人にはアンモニウムイオンNHというフォロワーもいます。 4 + - アンモニアの水への溶解（溶液はアルカリ性ですが、アルカリ金属水酸化物の場合よりも弱い）と酸との反応の生成物。 このイオンは重アルカリ金属と同様に反応し、その最も近い関係はカリウムです。たとえば、カリウム カチオンとサイズが似ており、天然化合物の K+ を置換することがよくあります。 リチウム金属は反応性が高すぎて、塩および水酸化物の水溶液の電気分解によって得ることができません。 水銀電極を使用して、水銀中の金属溶液（アマルガム）が得られます。 アンモニウムイオンはアルカリ金属に非常に似ているため、アマルガムも形成します。
体系的な分析の過程で、L.マグネシウムイオンを含む素材 最後に発見される。 その理由は、それらの塩化物、硫酸塩、および硫化物がよく溶けるためであり、これは、サンプル中の重金属の存在を測定するために使用される、事前に添加された試薬の影響下でそれらが沈殿しないことを意味します。 アンモニウム塩も可溶性が高いですが、アンモニウム塩は加熱や溶液の蒸発に耐えられないため、分析の最初の段階で検出されます (アンモニアが放出されて非常に簡単に分解します)。 この手順はおそらく誰もが知っているでしょう。強塩基の溶液 (NaOH または KOH) をサンプルに添加すると、アンモニアが放出されます。
サム アンモニア 臭いによって、または水で湿らせた万能紙を試験管の口に当てることによって検出されます。 ガスNH3 水に溶けると溶液がアルカリ性になり、紙が青くなります。
7. アンモニウム イオンの検出: 左側のテスト ストリップは、放出されたアンモニアの作用で青色に変わります。右側のネスラー テストの結果は陽性です。
匂いでアンモニアを検出する場合、実験室では必ず鼻を使うようにしてください。 したがって、反応容器に寄りかかったりせず、手を扇風機で自分の方に向けて蒸気を送り、空気を「胸いっぱい」吸い込まず、化合物の香りが鼻に届くようにしてください。
アンモニウム塩の溶解度は同様のカリウム化合物の溶解度に似ているため、過塩素酸アンモニウム NH を調製したくなるかもしれません。4ClO4 そしてコバルト錯体（詳細については前のエピソードを参照）。 ただし、ここで紹介した方法は、サンプル中の微量のアンモニアおよびアンモニウム イオンの検出には適していません。 研究室では、この目的にネスラー試薬が使用されます。ネスラー試薬は、微量の NH の存在下でも沈殿または変色します。3 とします。
ただし、この検査には有毒な水銀化合物を使用する必要があるため、自宅でこの検査を行わないことを強くお勧めします。
指導者の専門的な監督の下、専門の研究室に入るまで待ちます。 化学は魅力的ですが、それを知らない人や不注意な人にとっては、危険な場合もあります。
参照してください：
