Padrão de Metal Parte 3 - Todo o Resto
Depois do lítio, cada vez mais utilizado na economia moderna, e do sódio e do potássio, que estão entre os elementos mais importantes na indústria e no mundo vivo, chegou a hora do resto dos elementos alcalinos. Diante de nós está rubídio, césio e franco.
Os três últimos elementos são muito semelhantes entre si e, ao mesmo tempo, possuem propriedades semelhantes com o potássio e, juntamente com ele, formam um subgrupo chamado potássio. Como você quase certamente não poderá fazer experimentos com rubídio e césio, você deve se contentar com a informação de que eles reagem como o potássio e que seus compostos têm a mesma solubilidade que seus compostos.
1. Pais da espectroscopia: Robert Wilhelm Bunsen (1811-99) à esquerda, Gustav Robert Kirchhoff (1824-87) à direita
Avanços iniciais em espectroscopia
O fenômeno de colorir a chama com compostos de certos elementos era conhecido e usado na fabricação de fogos de artifício muito antes de serem liberados no estado livre. No início do século XIX, os cientistas estudaram as linhas espectrais que aparecem na luz do Sol e emitidas por compostos químicos aquecidos. Em 1859, dois físicos alemães - Robert Bunsen i Gustav Kirchhoff - construiu um dispositivo para testar a luz emitida (1). O primeiro espectroscópio tinha um desenho simples: consistia em um prisma que separava a luz em linhas espectrais e ocular com lente para sua observação (2). A utilidade do espectroscópio para análises químicas foi imediatamente notada: a substância se desfaz em átomos na alta temperatura da chama, e estes emitem linhas características apenas deles mesmos.
2. G. Kirchhoff no espectroscópio
3. Césio metálico (http://images-of-elements.com)
Bunsen e Kirchhoff começaram suas pesquisas e um ano depois evaporaram 44 toneladas de água mineral de uma nascente em Durkheim. Surgiram linhas no espectro do sedimento que não podiam ser atribuídas a nenhum elemento conhecido na época. Bunsen (ele também era químico) isolou o cloreto de um novo elemento do sedimento e deu o nome ao metal contido nele. ATRAVÉS DOS com base nas fortes linhas azuis em seu espectro (latim = azul) (3).
Alguns meses depois, já em 1861, os cientistas examinaram com mais detalhes o espectro do depósito de sal e descobriram a presença de outro elemento nele. Eles foram capazes de isolar seu cloreto e determinar sua massa atômica. Como as linhas vermelhas eram claramente visíveis no espectro, o novo metal lítio foi nomeado rubi (do latim = vermelho escuro) (4). A descoberta de dois elementos através da análise espectral convenceu químicos e físicos. Nos anos seguintes, a espectroscopia tornou-se uma das principais ferramentas de pesquisa, e as descobertas choveram como uma cornucópia.
4. Rubídio metálico (http://images-of-elements.com)
Rubido não forma seus próprios minerais, e o césio é apenas um deles (5). Ambos os elementos. A camada superficial da Terra contém 0,029% de rubídio (17º lugar na lista de abundâncias elementares) e 0,0007% de césio (39º lugar). Eles não são bioelementos, mas algumas plantas armazenam seletivamente o rubídio, como o tabaco e a beterraba sacarina. Do ponto de vista físico-químico, ambos os metais são “potássio em esteróides”: ainda mais macios e fusíveis, e ainda mais reativos (por exemplo, inflamam-se espontaneamente no ar e até reagem com a água com uma explosão).
através é o elemento mais "metálico" (no químico, não no sentido coloquial da palavra). Como mencionado acima, as propriedades de seus compostos também são semelhantes às dos compostos análogos de potássio.
5 A polucita é o único mineral de césio (USGS)
rubídio metálico e o césio é obtido reduzindo seus compostos com magnésio ou cálcio no vácuo. Como eles são necessários apenas para produzir certos tipos de células fotovoltaicas (a luz incidente emite elétrons facilmente de suas superfícies), a produção anual de rubídio e césio é da ordem de centenas de quilogramas. Seus compostos também não são amplamente utilizados.
Assim como o potássio, um dos isótopos de rubídio é radioativo. Rb-87 tem uma meia-vida de 50 bilhões de anos, então a radiação é muito baixa. Este isótopo é usado para datar rochas. O césio não possui isótopos radioativos naturais, mas CS-137 é um dos produtos da fissão do urânio em reatores nucleares. Ele é separado das barras de combustível usado porque esse isótopo tem sido usado como fonte de radiação gama, por exemplo, para destruir tumores cancerígenos.
Em homenagem à França
6. A descobridora da língua francesa - Marguerite Perey (1909-75)
Mendeleev já havia previsto a existência de um metal de lítio mais pesado que o césio e deu-lhe um nome funcional. Os químicos o procuraram em outros minerais de lítio porque, como seu parente, deveria estar lá. Várias vezes parecia que foi descoberto, embora hipoteticamente, mas nunca se materializou.
No início de 87, ficou claro que o elemento 1914 era radioativo. Em 227, os físicos austríacos estavam perto de descobrir. S. Meyer, W. Hess e F. Panet observaram radiação alfa fraca do actínio-89 (além de partículas beta abundantemente secretadas). Como o número atômico do actínio é 87, e a emissão de uma partícula alfa se deve à "redução" do elemento a dois lugares na tabela periódica, o isótopo com número atômico 223 e número de massa XNUMX deveria ter sido, no entanto, partículas alfa de energia semelhante (a faixa de partículas no ar é medida proporcionalmente à sua energia) também envia um isótopo de protactínio, outros cientistas sugeriram a contaminação da droga.
A guerra logo estourou e tudo foi esquecido. Na década de 30, foram projetados aceleradores de partículas e obtidos os primeiros elementos artificiais, como o tão esperado astatium de número atômico 85. No caso do elemento 87, o nível de tecnologia da época não permitia obter a quantidade necessária de material para síntese. Físico francês conseguiu inesperadamente Marguerite Perey, aluna de Maria Sklodowska-Curie (6). Ela, como os austríacos há um quarto de século, estudou o decaimento do actínio-227. O progresso tecnológico permitiu obter uma preparação pura, e desta vez ninguém teve dúvidas de que ele havia sido finalmente identificado. O explorador o nomeou Francês em homenagem à sua pátria. O elemento 87 foi o último a ser descoberto em minerais, os subsequentes foram obtidos artificialmente.
francês é formado no ramo lateral da série radioativa, em um processo de baixa eficiência e, além disso, tem vida muito curta. O isótopo mais forte descoberto pela Sra. Perey, Fr-223, tem uma meia-vida de pouco mais de 20 minutos (o que significa que apenas 1/8 da quantidade original permanece após uma hora). Calculou-se que o globo inteiro contém apenas cerca de 30 gramas de francos (é estabelecido um equilíbrio entre o isótopo em decomposição e o isótopo recém-formado).
Embora a parte visível dos compostos de franco não tenha sido obtida, suas propriedades foram estudadas e verificou-se que pertence ao grupo alcalino. Por exemplo, quando o perclorato é adicionado a uma solução contendo íons de franco e potássio, o precipitado será radioativo, não a solução. Este comportamento prova que FrClO4 ligeiramente solúvel (precipita com KClO4), e as propriedades do frâncio são semelhantes às do potássio.
França, como ele seria...
… Se eu pudesse obter uma amostra visível a olho nu? Claro, macio como cera, e talvez com um tom dourado (o césio acima dele é muito macio e de cor amarelada). Ele derreteria a 20-25°C e vaporizaria em torno de 650°C (estimativa baseada em dados do episódio anterior). Além disso, seria muito quimicamente ativo. Portanto, deve ser armazenado sem acesso a oxigênio e umidade e em um recipiente que proteja contra radiação. Seria preciso apressar os experimentos, porque em poucas horas praticamente não sobraria nenhum francês.
Lítio honorário
Lembre-se dos pseudo-halogênios do ciclo de halogênio do ano passado? Estes são íons que se comportam como ânions como Cl- ou não-. Estes incluem, por exemplo, cianetos CN- e moles SCN-, formando sais com solubilidade semelhante à dos ânions do grupo 17.
Os lituanos também têm um seguidor, que é o íon amônio NH. 4 + - um produto da dissolução de amônia em água (a solução é alcalina, embora mais fraca que no caso de hidróxidos de metais alcalinos) e sua reação com ácidos. O íon reage de forma semelhante com os metais alcalinos mais pesados, e sua relação mais próxima é com o potássio, por exemplo, é semelhante em tamanho ao cátion potássio e frequentemente substitui o K+ em seus compostos naturais. Os metais de lítio são muito reativos para serem obtidos por eletrólise de soluções aquosas de sais e hidróxidos. Usando um eletrodo de mercúrio, obtém-se uma solução de metal em mercúrio (amálgama). O íon amônio é tão semelhante aos metais alcalinos que também forma um amálgama.
No curso sistemático da análise de L.materiais de íons de magnésio são os últimos a serem descobertos. O motivo é a boa solubilidade de seus cloretos, sulfatos e sulfetos, o que significa que eles não precipitam sob a ação de reagentes previamente adicionados usados para determinar a presença de metais mais pesados na amostra. Embora os sais de amônio também sejam altamente solúveis, eles são detectados logo no início da análise, pois não suportam o aquecimento e a evaporação das soluções (decompõem-se facilmente com a liberação de amônia). O procedimento provavelmente é conhecido de todos: uma solução de uma base forte (NaOH ou KOH) é adicionada à amostra, o que causa a liberação de amônia.
Sam amônia é detectado pelo cheiro ou pela aplicação de um pedaço de papel universal umedecido com água no gargalo do tubo de ensaio. gás NH3 dissolve em água e torna a solução alcalina e torna o papel azul.
7. Detecção de íons amônio: à esquerda, a tira de teste fica azul sob a ação da amônia liberada, à direita, resultado positivo do teste de Nessler
Ao detectar amônia com a ajuda do olfato, lembre-se das regras para usar o nariz no laboratório. Portanto, não se debruce sobre o vaso de reação, direcione os vapores para si mesmo com um movimento de leque de sua mão e não inale o ar "peito cheio", mas deixe o aroma do composto chegar ao seu nariz por si só.
A solubilidade dos sais de amônio é semelhante à dos compostos análogos de potássio, por isso pode ser tentador preparar perclorato de amônio NH.4ClO4 e um composto complexo com cobalto (para detalhes, veja o episódio anterior). No entanto, os métodos apresentados não são adequados para detectar quantidades muito pequenas de amônia e íons de amônio em uma amostra. Em laboratórios, é utilizado para este fim o reagente de Nessler, que precipita ou muda de cor mesmo na presença de traços de NH3 (7).
No entanto, desaconselho fortemente fazer um teste adequado em casa, pois é necessário usar compostos tóxicos de mercúrio.
Espere até estar em um laboratório profissional sob a supervisão profissional de um mentor. A química é fascinante, mas - para quem não a conhece ou é descuidado - pode ser perigosa.
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