الجزء المعدني من النقش 3 - كل شيء آخر
بعد الليثيوم الذي يتزايد استخدامه في الاقتصاد الحديث ، والصوديوم والبوتاسيوم ، وهما من أهم العناصر في الصناعة وعالم الأحياء ، حان الوقت لبقية العناصر القلوية. أمامنا الروبيديوم والسيزيوم والفرنك.
العناصر الثلاثة الأخيرة متشابهة جدًا مع بعضها البعض ، وفي نفس الوقت لها خصائص متشابهة مع البوتاسيوم وتشكل معًا مجموعة فرعية تسمى البوتاسيوم. نظرًا لأنه من شبه المؤكد أنك لن تكون قادرًا على إجراء أي تجارب مع الروبيديوم والسيزيوم ، يجب أن تكون راضيًا عن المعلومات التي تتفاعل معها مثل البوتاسيوم وأن مركباتها لها نفس قابلية الذوبان مثل مركباتها.
1. آباء التحليل الطيفي: روبرت فيلهلم بنسن (1811-99) على اليسار ، جوستاف روبرت كيرشوف (1824-87) على اليمين
التطورات المبكرة في التحليل الطيفي
كانت ظاهرة تلوين اللهب بمركبات من عناصر معينة معروفة واستخدمت في صناعة الألعاب النارية قبل وقت طويل من إطلاقها في الحالة الحرة. في بداية القرن التاسع عشر ، درس العلماء الخطوط الطيفية التي تظهر في ضوء الشمس وتنبعث من المركبات الكيميائية الساخنة. في عام 1859 ، قام اثنان من علماء الفيزياء الألمان - روبرت بنسن i جوستاف كيرشوف - صنع جهاز اختبار الضوء المنبعث (1). كان للمطياف الأول تصميم بسيط: فهو يتألف من موشور يفصل الضوء إلى خطوط طيفية و عينية مع عدسة لملاحظتهم (2). ولوحظ على الفور فائدة المطياف في التحليل الكيميائي: تتفتت المادة إلى ذرات عند درجة حرارة اللهب العالية ، وهذه الخطوط تنبعث منها خصائص خاصة بها فقط.
2. G. مطياف كيرشوف
3 - السيزيوم المعدني (http://images-of-elements.com)
بدأ بنسن وكيرتشوف بحثهما وبعد عام تبخر 44 طنًا من المياه المعدنية من نبع في دوركهايم. ظهرت خطوط في طيف الرواسب لا يمكن أن تنسب إلى أي عنصر معروف في ذلك الوقت. قام بنسن (الذي كان أيضًا كيميائيًا) بعزل كلوريد عنصر جديد من الرواسب ، وأعطى الاسم للمعدن الموجود فيه. CEZ بناءً على الخطوط الزرقاء القوية في طيفها (لاتيني = أزرق) (3).
بعد بضعة أشهر ، في عام 1861 ، فحص العلماء طيف رواسب الملح بمزيد من التفصيل واكتشفوا وجود عنصر آخر فيها. تمكنوا من عزل كلوريده وتحديد كتلته الذرية. نظرًا لأن الخطوط الحمراء كانت مرئية بوضوح في الطيف ، فقد تم تسمية معدن الليثيوم الجديد روبيد (من اللاتينية = أحمر غامق) (4). أقنع اكتشاف عنصرين من خلال التحليل الطيفي الكيميائيين والفيزيائيين. في السنوات اللاحقة ، أصبح التحليل الطيفي أحد أدوات البحث الرئيسية ، وتساقطت الاكتشافات مثل الوفرة.
4 - معدن الروبيديوم (http://images-of-elements.com)
روبي لا يشكل معادنه الخاصة ، والسيزيوم واحد فقط (5). كلا العنصرين. تحتوي الطبقة السطحية للأرض على 0,029٪ روبيديوم (المركز 17 في قائمة الوفرة الأولية) و 0,0007٪ سيزيوم (المركز 39). إنها ليست عناصر حيوية ، لكن بعض النباتات تخزن بشكل انتقائي الروبيديوم ، مثل التبغ وبنجر السكر. من وجهة نظر فيزيائية كيميائية ، كلا المعدنين عبارة عن "بوتاسيوم على ستيرويدات": حتى أنه أكثر ليونة وقابل للانصهار ، وأكثر تفاعلًا (على سبيل المثال ، يشتعلان تلقائيًا في الهواء ، وحتى يتفاعلان مع الماء مع انفجار).
من خلال إنه العنصر الأكثر "فلزية" (في المادة الكيميائية ، وليس بالمعنى العام للكلمة). كما ذكرنا أعلاه ، فإن خصائص مركباتها مماثلة أيضًا لخصائص مركبات البوتاسيوم المماثلة.
5 بولوسيت هو معدن السيزيوم الوحيد (USGS)
روبيديوم معدني ويتم الحصول على السيزيوم عن طريق اختزال مركباتها بالمغنيسيوم أو الكالسيوم في فراغ. نظرًا لأن هناك حاجة إليها فقط لإنتاج أنواع معينة من الخلايا الشمسية (ينبعث الضوء الساقط بسهولة الإلكترونات من أسطحها) ، فإن الإنتاج السنوي من الروبيديوم والسيزيوم يكون في حدود مئات الكيلوجرامات. كما أن مركباتها لا تستخدم على نطاق واسع.
كما هو الحال مع البوتاسيوم ، أحد نظائر الروبيديوم مشع. يبلغ عمر النصف لـ Rb-87 50 مليار سنة ، لذا فإن الإشعاع منخفض جدًا. يستخدم هذا النظير لتأريخ الصخور. لا يحتوي السيزيوم على نظائر مشعة طبيعية ، ولكن CS-137 هو أحد نواتج انشطار اليورانيوم في المفاعلات النووية. يتم فصله عن قضبان الوقود المستهلك لأن هذا النظير قد استخدم كمصدر لإشعاع جاما ، على سبيل المثال ، لتدمير الأورام السرطانية.
تكريما لفرنسا
6. مكتشف اللغة الفرنسية - مارغريت بيري (1909-75)
كان منديليف قد توقع بالفعل وجود معدن ليثيوم أثقل من السيزيوم وأعطاه اسمًا عمليًا. بحث الكيميائيون عنه في معادن الليثيوم الأخرى لأنه ، مثل قريبهم ، يجب أن يكون موجودًا. بدا عدة مرات أنه تم اكتشافه ، على الرغم من أنه افتراضيًا ، لكنه لم يتحقق أبدًا.
في أوائل عام 87 ، أصبح من الواضح أن العنصر 1914 كان مشعًا. في 227 ، كان الفيزيائيون النمساويون على وشك الاكتشاف. لاحظ S.Meyer و W. Hess و F. Panet إشعاع ألفا ضعيفًا من الأكتينيوم 89 (بالإضافة إلى جسيمات بيتا المفرزة بكثرة). نظرًا لأن العدد الذري للأكتينيوم هو 87 ، وانبعاث جسيم ألفا يرجع إلى "تقليل" العنصر إلى مكانين في الجدول الدوري ، فإن النظير الذي يحتوي على العدد الذري 223 والعدد الكتلي XNUMX يجب أن يكون ، مع ذلك ، جسيمات ألفا ذات الطاقة المماثلة (نطاق الجسيمات في الهواء يقاس بالتناسب مع طاقتها) ترسل أيضًا نظيرًا للبروتكتينيوم ، وقد اقترح علماء آخرون تلوثًا للدواء.
سرعان ما اندلعت الحرب ونسي كل شيء. في ثلاثينيات القرن الماضي ، تم تصميم مسرعات الجسيمات وتم الحصول على العناصر الاصطناعية الأولى ، على سبيل المثال ، الأستاتيوم الذي طال انتظاره برقم ذري 30. في حالة العنصر 85 ، لم يسمح مستوى التكنولوجيا في ذلك الوقت بالحصول على الكمية اللازمة من المواد للتوليف. نجح عالم الفيزياء الفرنسي بشكل غير متوقع مارغريت بيري، طالبة ماريا سكلودوفسكا كوري (6). لقد درست ، مثل النمساويين قبل ربع قرن ، اضمحلال الأكتينيوم 227. أتاح التقدم التكنولوجي الحصول على إعداد خالص ، وهذه المرة لم يكن لدى أحد أي شك في أنه تم التعرف عليه أخيرًا. أطلق عليه المستكشف اسمه فرنسي تكريما لوطنهم. كان العنصر 87 هو آخر عنصر تم اكتشافه في المعادن ، وتم الحصول على العناصر اللاحقة بشكل مصطنع.
اللغة الفرنسية تتشكل في الفرع الجانبي للسلسلة المشعة ، في عملية ذات كفاءة منخفضة ، علاوة على ذلك ، فهي قصيرة العمر. أقوى نظير اكتشفته السيدة بيري ، Fr-223 ، له عمر نصف يزيد قليلاً عن 20 دقيقة (يعني أن 1/8 فقط من الكمية الأصلية تبقى بعد ساعة). تم حساب أن الكرة الأرضية تحتوي فقط على حوالي 30 جرامًا من الفرنك (تم تحقيق التوازن بين النظير المتحلل والنظير المشكل حديثًا).
على الرغم من عدم الحصول على الجزء المرئي من مركبات الفرنك إلا أنه تمت دراسة خصائصه ووجد أنه ينتمي إلى المجموعة القلوية. على سبيل المثال ، عند إضافة البركلورات إلى محلول يحتوي على أيونات الفرنك والبوتاسيوم ، فإن المادة المترسبة ستكون مشعة وليس المحلول. هذا السلوك يثبت أن FrClO4 قابل للذوبان بشكل طفيف (يترسب مع KClO4) ، وخصائص الفرانسيوم مشابهة لخصائص البوتاسيوم.
فرنسا كيف سيكون ...
... إذا كان بإمكاني الحصول على عينة منه مرئية بالعين المجردة؟ بالطبع ، ناعم مثل الشمع ، وربما يكون له لون ذهبي (السيزيوم فوقه ناعم جدًا ولونه أصفر). سوف يذوب عند 20-25 درجة مئوية ويتبخر حوالي 650 درجة مئوية (يعتمد التقدير على بيانات من الحلقة السابقة). بالإضافة إلى ذلك ، سيكون نشطًا كيميائيًا جدًا. لذلك يجب أن يتم تخزينها دون الوصول إلى الأكسجين والرطوبة وفي حاوية تحمي من الإشعاع. سيكون من الضروري التعجيل بالتجارب ، لأنه في غضون ساعات قليلة لن يتبقى فرنسي عمليًا.
الليثيوم الفخري
هل تتذكر الهالوجينات الزائفة من دورة الهالوجين العام الماضي؟ هذه هي الأيونات التي تتصرف مثل الأنيونات مثل Cl- أو لا-. وتشمل هذه ، على سبيل المثال ، سيانيد CN- والشامات SCN-، وتشكيل أملاح ذات قابلية ذوبان مماثلة لتلك الموجودة في مجموعة 17 أنيون.
لليتوانيين أيضًا تابع ، وهو أيون الأمونيوم NH. 4 + - منتج لانحلال الأمونيا في الماء (المحلول قلوي وإن كان أضعف منه في حالة هيدروكسيدات الفلزات القلوية) وتفاعله مع الأحماض. يتفاعل الأيون بالمثل مع المعادن القلوية الثقيلة ، وأقرب علاقة له هي البوتاسيوم ، على سبيل المثال ، فهو مشابه في الحجم لكاتيون البوتاسيوم وغالبًا ما يحل محل K + في مركباته الطبيعية. تعتبر معادن الليثيوم شديدة التفاعل بحيث لا يمكن الحصول عليها عن طريق التحليل الكهربائي للمحاليل المائية للأملاح والهيدروكسيدات. باستخدام قطب كهربائي ، يتم الحصول على محلول معدني في الزئبق (ملغم). أيون الأمونيوم مشابه جدًا للمعادن القلوية التي تشكل أيضًا ملغمًا.
في المسار المنهجي لتحليل L.مواد أيون المغنيسيوم هي آخر ما يتم اكتشافه. والسبب هو قابلية الذوبان الجيدة للكلوريدات والكبريتات والكبريتيدات ، مما يعني أنها لا تترسب تحت تأثير الكواشف المضافة مسبقًا المستخدمة لتحديد وجود المعادن الثقيلة في العينة. على الرغم من أن أملاح الأمونيوم قابلة للذوبان بدرجة عالية أيضًا ، إلا أنه تم اكتشافها في بداية التحليل ، نظرًا لأنها لا تتحمل تسخين المحاليل وتبخرها (تتحلل بسهولة تامة مع إطلاق الأمونيا). من المحتمل أن يكون الإجراء معروفًا للجميع: يضاف محلول ذو قاعدة قوية (NaOH أو KOH) إلى العينة ، مما يؤدي إلى إطلاق الأمونيا.
سام غاز الأمونيا يتم اكتشافه عن طريق الرائحة أو عن طريق وضع قطعة ورق مبللة بالماء على عنق أنبوب الاختبار. غاز NH3 يذوب في الماء ويجعل المحلول قلويًا ويحول الورق إلى اللون الأزرق.
7. الكشف عن أيونات الأمونيوم: على اليسار ، يتحول شريط الاختبار إلى اللون الأزرق تحت تأثير الأمونيا المحررة ، على اليمين ، نتيجة إيجابية لاختبار نيسلر
عند اكتشاف الأمونيا بمساعدة الرائحة ، يجب أن تتذكر قواعد استخدام الأنف في المختبر. لذلك ، لا تميل فوق وعاء التفاعل ، وجّه الأبخرة نحوك بحركة مروحة بيدك ولا تستنشق الهواء "ممتلئًا" ، لكن اترك رائحة المركب تصل إلى الأنف من تلقاء نفسها.
تتشابه قابلية ذوبان أملاح الأمونيوم مع مركبات البوتاسيوم المماثلة ، لذلك قد يكون من المغري تحضير فوق كلورات الأمونيوم NH.4CLO4 ومركب معقد بالكوبالت (لمزيد من التفاصيل انظر الحلقة السابقة). ومع ذلك ، فإن الطرق المعروضة ليست مناسبة للكشف عن كميات صغيرة جدًا من الأمونيا وأيونات الأمونيوم في العينة. في المختبرات ، يتم استخدام كاشف Nessler لهذا الغرض ، والذي يترسب أو يغير اللون حتى في وجود آثار NH3 (7).
ومع ذلك ، فإنني أنصح بشدة بعدم إجراء اختبار مناسب في المنزل ، حيث من الضروري استخدام مركبات الزئبق السامة.
انتظر حتى تكون في مختبر محترف تحت إشراف متخصص من مرشد. الكيمياء رائعة ، لكنها - بالنسبة لأولئك الذين لا يعرفونها أو المهملين - يمكن أن تكون خطيرة.
انظر أيضا:
