Metallmuster Teil 3 - Alles andere

Nach Lithium, das zunehmend in der modernen Wirtschaft verwendet wird, und Natrium und Kalium, die zu den wichtigsten Elementen in Industrie und Leben gehören, ist die Zeit für die restlichen basischen Elemente gekommen. Vor uns liegen Rubidium, Cäsium und Franken.

Die letzten drei Elemente sind einander sehr ähnlich und haben gleichzeitig ähnliche Eigenschaften wie Kalium und bilden zusammen mit ihm eine Untergruppe namens Kalium. Da Sie mit Rubidium und Cäsium mit ziemlicher Sicherheit keine Experimente machen können, müssen Sie sich mit der Information begnügen, dass sie wie Kalium reagieren und dass ihre Verbindungen die gleiche Löslichkeit wie seine Verbindungen haben.

1. Väter der Spektroskopie: links Robert Wilhelm Bunsen (1811-99), rechts Gustav Robert Kirchhoff (1824-87).

Frühe Fortschritte in der Spektroskopie

Das Phänomen, die Flamme mit Verbindungen bestimmter Elemente zu färben, war bekannt und wurde bei der Herstellung von Feuerwerkskörpern verwendet, lange bevor sie in den freien Zustand entlassen wurden. Zu Beginn des 1859. Jahrhunderts untersuchten Wissenschaftler die Spektrallinien, die im Licht der Sonne erscheinen und von erhitzten chemischen Verbindungen emittiert werden. XNUMX gründeten zwei deutsche Physiker - Robert Bunsen i Gustav Kirchhof - ein Gerät zum Testen des emittierten Lichts gebaut (1). Das erste Spektroskop hatte einen einfachen Aufbau: Es bestand aus einem Prisma, das Licht in Spektrallinien zerlegte und Okular mit Linse für ihre Beobachtung (2). Die Nützlichkeit des Spektroskops für die chemische Analyse fiel sofort auf: Die Substanz zerfällt bei der hohen Temperatur der Flamme in Atome, die nur für sie charakteristische Linien aussenden.

2. G. Kirchhoff am Spektroskop

3. Metallisches Cäsium (http://images-of-elements.com)

Bunsen und Kirchhoff begannen mit ihren Forschungen und verdunsteten ein Jahr später 44 Tonnen Mineralwasser aus einer Quelle in Dürkheim. Im Sedimentspektrum erschienen Linien, die keinem damals bekannten Element zugeordnet werden konnten. Bunsen (er war auch Chemiker) isolierte das Chlorid eines neuen Elements aus dem Sediment und gab dem darin enthaltenen Metall den Namen. CEZ anhand der starken blauen Linien in seinem Spektrum (lat. = blau) (3).

Einige Monate später, bereits 1861, untersuchten Wissenschaftler das Spektrum des Salzvorkommens genauer und entdeckten darin das Vorhandensein eines weiteren Elements. Sie konnten sein Chlorid isolieren und seine Atommasse bestimmen. Da im Spektrum rote Linien deutlich sichtbar waren, erhielt das neue Lithiummetall seinen Namen rubinrot (von lateinisch = dunkelrot) (4). Die Entdeckung zweier Elemente durch Spektralanalyse überzeugte Chemiker und Physiker. In den folgenden Jahren wurde die Spektroskopie zu einem der wichtigsten Forschungswerkzeuge, und Entdeckungen regneten wie ein Füllhorn.

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

Rubin es bildet keine eigenen Mineralien, und Cäsium ist nur eines (5). Beide Elemente. Die Oberflächenschicht der Erde enthält 0,029 % Rubidium (Platz 17 in der Liste der Elementhäufigkeiten) und 0,0007 % Cäsium (Platz 39). Sie sind keine Bioelemente, aber einige Pflanzen wie Tabak und Zuckerrüben speichern selektiv Rubidium. Aus physikalisch-chemischer Sicht sind beide Metalle „Kalium auf Steroiden“: noch weicher und schmelzbarer und noch reaktiver (z. B. entzünden sie sich spontan an der Luft und reagieren sogar mit Wasser mit einer Explosion).

durch es ist das „metallischste“ Element (im chemischen, nicht im umgangssprachlichen Sinne). Wie oben erwähnt, ähneln auch die Eigenschaften ihrer Verbindungen denen analoger Kaliumverbindungen.

5 Pollucite ist das einzige Cäsiummineral (USGS)

metallisches Rubidium und Cäsium wird durch Reduktion ihrer Verbindungen mit Magnesium oder Calcium im Vakuum erhalten. Da sie nur zur Herstellung bestimmter Arten von Solarzellen benötigt werden (einfallendes Licht emittiert leicht Elektronen aus ihren Oberflächen), liegt die jährliche Produktion von Rubidium und Cäsium in der Größenordnung von Hunderten von Kilogramm. Ihre Verbindungen werden ebenfalls nicht weit verbreitet verwendet.

Wie bei Kalium, Eines der Isotope von Rubidium ist radioaktiv. Rb-87 hat eine Halbwertszeit von 50 Milliarden Jahren, die Strahlung ist also sehr gering. Dieses Isotop wird verwendet, um Gesteine ​​zu datieren. Cäsium hat aber keine natürlich vorkommenden radioaktiven Isotope CS-137 ist eines der Spaltprodukte von Uran in Kernreaktoren. Es wird von abgebrannten Brennstäben getrennt, weil dieses Isotop als Quelle für Gammastrahlung verwendet wurde, beispielsweise um Krebstumore zu zerstören.

Zu Ehren Frankreichs

6. Die Entdeckerin der französischen Sprache - Marguerite Perey (1909-75)

Mendelejew hatte bereits die Existenz von Lithiummetall vorausgesehen, das schwerer als Cäsium ist, und ihm einen Arbeitsnamen gegeben. Chemiker haben in anderen Lithiummineralien danach gesucht, weil es wie ihr Verwandter dort sein sollte. Mehrere Male schien es entdeckt worden zu sein, obwohl hypothetisch, aber nie zustande kam.

In den frühen 87er Jahren wurde klar, dass Element 1914 radioaktiv war. Im Jahr 227 standen österreichische Physiker kurz vor der Entdeckung. S. Meyer, W. Hess und F. Panet beobachteten schwache Alpha-Strahlung von Actinium-89 (zusätzlich zu reichlich sezernierten Beta-Partikeln). Da die Ordnungszahl von Actinium 87 ist und die Emission eines Alpha-Teilchens auf die "Reduktion" des Elements auf zwei Stellen im Periodensystem zurückzuführen ist, hätte das Isotop mit der Ordnungszahl 223 und der Massenzahl XNUMX jedoch sein müssen Alpha-Partikel ähnlicher Energie (die Reichweite von Partikeln in der Luft wird proportional zu ihrer Energie gemessen) senden ebenfalls ein Protactinium-Isotop aus, andere Wissenschaftler haben eine Kontamination des Medikaments vorgeschlagen.

Bald brach der Krieg aus und alles war vergessen. In den 30er Jahren wurden Teilchenbeschleuniger konstruiert und die ersten künstlichen Elemente erhalten, zum Beispiel das lang erwartete Astatium mit der Ordnungszahl 85. Im Falle des Elements 87 erlaubte der damalige Stand der Technik nicht, die erforderliche Menge zu erhalten von Material für die Synthese. Französischer Physiker war unerwartet erfolgreich Margarete Perey, Schülerin von Maria Sklodowska-Curie (6). Sie untersuchte, wie die Österreicher vor einem Vierteljahrhundert, den Zerfall von Actinium-227. Der technologische Fortschritt machte es möglich, ein reines Präparat zu erhalten, und diesmal hatte niemand Zweifel daran, dass er endgültig identifiziert worden war. Der Entdecker nannte ihn французский zu Ehren ihrer Heimat. Element 87 war das letzte, das in Mineralien entdeckt wurde, nachfolgende wurden künstlich gewonnen.

Französisch es entsteht im Seitenzweig der radioaktiven Reihe in einem Prozess mit geringer Effizienz und ist zudem sehr kurzlebig. Das stärkste von Mrs. Perey entdeckte Isotop, Fr-223, hat eine Halbwertszeit von knapp über 20 Minuten (was bedeutet, dass nach einer Stunde nur noch 1/8 der ursprünglichen Menge übrig bleibt). Es wurde berechnet, dass der gesamte Globus nur etwa 30 Gramm Franken enthält (es stellt sich ein Gleichgewicht zwischen dem zerfallenden Isotop und dem neu gebildeten Isotop ein).

Obwohl der sichtbare Teil der Franc-Verbindungen nicht erhalten wurde, wurden seine Eigenschaften untersucht und es wurde festgestellt, dass es zur alkalischen Gruppe gehört. Wenn beispielsweise Perchlorat zu einer Lösung hinzugefügt wird, die Franc- und Kaliumionen enthält, ist der Niederschlag radioaktiv, nicht die Lösung. Dieses Verhalten beweist, dass FrClO₄ schwer löslich (fällt mit KClO aus₄), und die Eigenschaften von Francium ähneln denen von Kalium.

Frankreich, wie würde er sein...

… Wenn ich eine Probe davon bekommen könnte, die mit bloßem Auge sichtbar ist? Natürlich wachsweich und vielleicht mit einem goldenen Farbton (das Cäsium darüber ist sehr weich und gelblich). Es würde bei 20–25 °C schmelzen und bei etwa 650 °C verdampfen (Schätzung basierend auf Daten aus der vorherigen Episode). Außerdem wäre es chemisch sehr aktiv. Daher sollte es ohne Zugang zu Sauerstoff und Feuchtigkeit und in einem vor Strahlung geschützten Behälter gelagert werden. Es wäre notwendig, sich mit den Experimenten zu beeilen, denn in wenigen Stunden würde es praktisch kein Französisch mehr geben.

Ehren-Lithium

Erinnern Sie sich an die Pseudohalogene aus dem letztjährigen Halogenzyklus? Dies sind Ionen, die sich wie Anionen wie Cl verhalten^- oder br^-. Dazu gehören beispielsweise Cyanide CN^- und SCN-Mol^-, wobei Salze mit einer ähnlichen Löslichkeit wie Anionen der Gruppe 17 gebildet werden.

Die Litauer haben auch einen Nachfolger, nämlich das Ammoniumion NH. ₄ ⁺ - ein Produkt der Lösung von Ammoniak in Wasser (die Lösung ist alkalisch, wenn auch schwächer als im Fall von Alkalimetallhydroxiden) und seiner Reaktion mit Säuren. Das Ion reagiert ähnlich mit den schwereren Alkalimetallen, und seine engste Verwandtschaft ist zum Beispiel Kalium, es hat eine ähnliche Größe wie das Kaliumkation und ersetzt häufig K+ in seinen natürlichen Verbindungen. Lithiummetalle sind zu reaktiv, um durch Elektrolyse von wässrigen Lösungen von Salzen und Hydroxiden erhalten zu werden. Unter Verwendung einer Quecksilberelektrode wird eine Metalllösung in Quecksilber (Amalgam) erhalten. Das Ammoniumion ist den Alkalimetallen so ähnlich, dass es ebenfalls ein Amalgam bildet.

Im systematischen Verlauf der Analyse von L.Magnesium-Ionen-Materialien sind die letzten, die entdeckt werden. Der Grund ist die gute Löslichkeit ihrer Chloride, Sulfate und Sulfide, was bedeutet, dass sie unter Einwirkung von zuvor hinzugefügten Reagenzien, die verwendet werden, um das Vorhandensein von Schwermetallen in der Probe zu bestimmen, nicht ausfallen. Obwohl auch Ammoniumsalze sehr gut löslich sind, werden sie gleich zu Beginn der Analyse nachgewiesen, da sie dem Erhitzen und Verdampfen von Lösungen nicht standhalten (sie zersetzen sich ziemlich leicht unter Freisetzung von Ammoniak). Das Verfahren ist wohl jedem bekannt: Der Probe wird eine Lösung einer starken Base (NaOH oder KOH) zugesetzt, wodurch Ammoniak freigesetzt wird.

Sam Аммиак es wird durch Geruch oder durch Auflegen eines mit Wasser befeuchteten Universalpapiers auf den Hals des Reagenzglases festgestellt. NH-Gas₃ löst sich in Wasser auf und macht die Lösung alkalisch und färbt das Papier blau.

7. Nachweis von Ammoniumionen: Links verfärbt sich der Teststreifen unter Einwirkung von freigesetztem Ammoniak blau, rechts ein positives Ergebnis des Nessler-Tests

Beim Geruchsnachweis von Ammoniak sollten Sie die Regeln für den Umgang mit der Nase im Labor beachten. Beugen Sie sich deshalb nicht über das Reaktionsgefäß, lenken Sie die Dämpfe mit einer fächerförmigen Handbewegung auf sich selbst und atmen Sie die Luft nicht „voller Brust“ ein, sondern lassen Sie das Aroma der Verbindung von selbst an Ihre Nase gelangen.

Die Löslichkeit von Ammoniumsalzen ähnelt der von analogen Kaliumverbindungen, daher kann es verlockend sein, Ammoniumperchlorat NH herzustellen.₄ClO₄ und eine komplexe Verbindung mit Kobalt (für Details siehe vorherige Folge). Die vorgestellten Methoden sind jedoch nicht geeignet, sehr geringe Mengen an Ammoniak und Ammoniumionen in einer Probe nachzuweisen. Im Labor wird dafür das Nessler-Reagenz verwendet, das bereits in Gegenwart von Spuren von NH ausfällt oder seine Farbe ändert₃ (7).

Ich rate jedoch dringend davon ab, einen entsprechenden Test zu Hause durchzuführen, da hier giftige Quecksilberverbindungen verwendet werden müssen.

Warten Sie, bis Sie in einem professionellen Labor unter professioneller Aufsicht eines Mentors sind. Chemie ist faszinierend, aber - für Unwissende oder Unvorsichtige - gefährlich.

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