금속 패턴 파트 3 - 기타 모든 것
현대 경제에서 점점 더 많이 사용되는 리튬, 산업과 생활 세계에서 가장 중요한 요소 중 하나인 나트륨과 칼륨에 이어 나머지 알칼리성 원소의 시대가 왔습니다. 우리 앞에는 루비듐, 세슘, 프랑이 있습니다.
마지막 세 가지 요소는 서로 매우 유사하며 동시에 칼륨과 유사한 특성을 가지며 함께 칼륨이라는 하위 그룹을 형성합니다. 거의 확실하게 루비듐과 세슘으로 어떤 실험도 할 수 없기 때문에 그것들이 칼륨처럼 반응하고 그 화합물이 그 화합물과 동일한 용해도를 갖는다는 정보에 만족해야 합니다.
1. 분광학의 아버지: 왼쪽이 Robert Wilhelm Bunsen(1811-99), 오른쪽이 Gustav Robert Kirchhoff(1824-87)
분광학의 초기 발전
특정 원소의 화합물로 불꽃을 착색시키는 현상은 불꽃이 자유 상태로 방출되기 오래 전에 불꽃놀이 제조에 알려지고 사용되었습니다. 1859세기 초에 과학자들은 태양빛에 나타나고 가열된 화합물에 의해 방출되는 스펙트럼선을 연구했습니다. XNUMX년에 두 명의 독일 물리학자가 - 로버트 분센 i 구스타프 키르히호프 - 방출된 빛을 시험하기 위한 장치를 만들었다(1). 최초의 분광기는 디자인이 단순했습니다. 빛을 분광선과 분광선으로 분리하는 프리즘으로 구성되어 있었습니다. 렌즈가 있는 접안렌즈 그들의 관찰을 위해 (2). 화학 분석을 위한 분광기의 유용성은 즉시 알아차렸습니다. 물질은 화염의 고온에서 원자로 분해되고 이러한 방출선은 자체적으로만 특징적입니다.
2. 지. 키르히호프 분광기
3. 금속 세슘(http://images-of-elements.com)
Bunsen과 Kirchhoff는 연구를 시작했고 44년 후 Durkheim의 한 샘에서 XNUMX톤의 광천수를 증발시켰습니다. 그 당시 알려진 어떤 원소에 기인할 수 없는 선이 퇴적물 스펙트럼에 나타났습니다. 분젠(그는 화학자이기도 했다)은 퇴적물에서 새로운 원소의 염화물을 분리하고 그 속에 들어 있는 금속에 이름을 붙였다. CEZ 스펙트럼의 강한 파란색 선을 기반으로 합니다(Latin = 파란색)(3).
몇 달 후, 이미 1861년에 과학자들은 소금 퇴적물의 스펙트럼을 더 자세히 조사하고 그 안에 또 다른 원소가 있음을 발견했습니다. 그들은 염화물을 분리하고 원자량을 결정할 수 있었습니다. 스펙트럼에서 붉은색 선이 선명하게 보이므로 새로운 리튬 금속에 이름을 붙였습니다. 루비 (라틴어 = 진한 빨강에서) (4). 스펙트럼 분석을 통한 두 가지 원소의 발견은 화학자와 물리학자를 확신시켰습니다. 이후 몇 년 동안 분광학은 주요 연구 도구 중 하나가 되었고 발견은 풍요의 뿔처럼 쏟아졌습니다.
4. 금속 루비듐(http://images-of-elements.com)
루비 자체 광물을 형성하지 않으며 세슘은 단 하나(5)입니다. 두 요소 모두. 지구의 표층에는 0,029%의 루비듐(원소 풍부도 목록에서 17위)과 0,0007%의 세슘(39위)이 포함되어 있습니다. 그것들은 생체 요소가 아니지만 일부 식물은 담배와 사탕무와 같은 루비듐을 선택적으로 저장합니다. 물리 화학적 관점에서 볼 때 두 금속 모두 "스테로이드상의 칼륨"입니다. 더 부드럽고 가용이며 훨씬 더 반응성이 있습니다 (예를 들어 공기 중에서 자발적으로 발화하고 폭발과 함께 물과 반응하기도 함).
를 통해 그것은 가장 "금속적인" 원소입니다(단어의 구어체적 의미가 아니라 화학적으로). 위에서 언급한 바와 같이, 이들 화합물의 특성도 유사한 칼륨 화합물의 특성과 유사합니다.
5 폴루사이트는 유일한 세슘 광물입니다(USGS).
금속성 루비듐 세슘은 그들의 화합물을 진공에서 마그네슘이나 칼슘으로 환원시켜 얻습니다. 특정 유형의 태양 전지(입사광은 표면에서 전자를 쉽게 방출함)를 생산하는 데만 필요하기 때문에 루비듐과 세슘의 연간 생산량은 수백 킬로그램 정도입니다. 그들의 화합물도 널리 사용되지 않습니다.
칼륨과 마찬가지로 루비듐의 동위 원소 중 하나는 방사성입니다. Rb-87은 반감기가 50억년으로 방사능이 매우 낮다. 이 동위 원소는 암석의 연대를 측정하는 데 사용됩니다. 세슘은 자연적으로 발생하는 방사성 동위원소는 없지만, CS-137 원자로에서 우라늄의 핵분열 생성물 중 하나입니다. 이 동위원소는 예를 들어 암성 종양을 파괴하기 위해 감마 방사선원으로 사용되었기 때문에 폐연료봉과 분리됩니다.
프랑스를 기리기 위해
6. 프랑스어의 발견자 - Marguerite Perey(1909-75)
멘델레예프는 이미 세슘보다 무거운 리튬 금속의 존재를 예견하고 그것에 작업명을 붙였습니다. 화학자들은 다른 리튬 광물에서 그것을 찾았습니다. 가설 적으로는 발견되었지만 실현되지 않은 것처럼 여러 번 발견되었습니다.
87년 초에 1914번 원소가 방사성이라는 것이 분명해졌습니다. 227년에 오스트리아의 물리학자들은 발견에 가까워졌습니다. S. Meyer, W. Hess 및 F. Panet은 악티늄-89(풍부하게 분비된 베타 입자에 더하여)로부터 약한 알파 방사선을 관찰했습니다. 악티늄의 원자 번호는 87이고 알파 입자의 방출은 원소가 주기율표에서 두 곳으로 "환원"되기 때문에 원자 번호 223과 질량수가 XNUMX 인 동위 원소는 그러나 유사한 에너지의 알파 입자(공기 중 입자의 범위는 에너지에 비례하여 측정됨)도 프로트악티늄의 동위원소를 내보냅니다. 다른 과학자들은 이 약물의 오염을 제안했습니다.
곧 전쟁이 발발했고 모든 것이 잊혀졌습니다. 30년대에 입자 가속기가 설계되었고 예를 들어 오랫동안 기다려온 원자 번호 85의 아스타튬과 같은 최초의 인공 요소가 획득되었습니다. 요소 87의 경우 당시 기술 수준으로는 필요한 양을 얻을 수 없었습니다. 합성 재료. 프랑스 물리학자가 예기치 않게 성공했습니다. 마거리트 페리, Maria Sklodowska-Curie의 학생(6). 그녀는 227년 전 오스트리아인들처럼 악티늄-XNUMX의 붕괴를 연구했습니다. 기술적 진보로 인해 순수한 준비물을 얻을 수 있게 되었고 이번에는 아무도 그가 마침내 신원이 확인되었다는 것을 의심하지 않았습니다. 탐험가는 그에게 이름을 붙였습니다. 프랑스의 조국을 기리기 위해. 87번 원소는 광물에서 마지막으로 발견되었으며, 그 다음 원소는 인위적으로 얻어졌습니다.
프랑스 방사성 계열의 측면 분기에서 효율이 낮은 공정으로 형성되며 수명이 매우 짧습니다. Mrs. Perey가 발견한 가장 강력한 동위원소인 Fr-223은 반감기가 20분이 조금 넘습니다(1시간 후에 원래 양의 8/30만 남게 됨을 의미). 지구 전체에는 약 XNUMX그램의 프랑만 포함되어 있는 것으로 계산되었습니다(붕괴하는 동위원소와 새로 형성된 동위원소 사이에 평형이 성립됨).
프랑 화합물의 가시적인 부분은 얻어지지 않았지만, 그 성질을 연구한 결과, 알칼리성 그룹에 속하는 것으로 판명되었다. 예를 들어, 과염소산염이 프랑과 칼륨 이온을 포함하는 용액에 첨가될 때 침전물은 용액이 아니라 방사성입니다. 이 행동은 FrClO4 약간 용해됨(KClO로 침전됨)4), 프란슘의 성질은 칼륨의 성질과 유사합니다.
프랑스, 그는 어땠을까...
… 육안으로 볼 수 있는 샘플을 얻을 수 있다면? 물론 밀랍처럼 부드럽고 아마도 황금색을 띨 것입니다(위의 세슘은 매우 부드럽고 황색을 띱니다). 20-25°C에서 녹고 약 650°C에서 증발합니다(이전 에피소드의 데이터를 기반으로 추정). 또한 화학적으로 매우 활성적입니다. 따라서 산소와 습기에 접근하지 않고 방사선으로부터 보호되는 용기에 보관해야 합니다. 몇 시간 안에 프랑스인이 거의 남지 않을 것이기 때문에 실험을 서둘러야 할 것입니다.
명예리튬
작년 할로겐 사이클의 의사 할로겐을 기억하십니까? 이들은 Cl과 같은 음이온처럼 행동하는 이온입니다.- 또는 아니오-. 여기에는 예를 들어 시안화물 CN이 포함됩니다.- 및 SCN 두더지-, 17족 음이온과 유사한 용해도를 가진 염을 형성합니다.
리투아니아인들은 또한 암모늄 이온 NH인 추종자를 가지고 있습니다. 4 + - 암모니아가 물에 용해된 생성물(용액은 알칼리성이지만 알칼리 금속 수산화물보다 약함) 및 산과의 반응. 이온은 더 무거운 알칼리 금속과 유사하게 반응하며 칼륨과 가장 가까운 관계입니다. 예를 들어 이온은 칼륨 양이온과 크기가 비슷하고 종종 천연 화합물에서 K+를 대체합니다. 리튬 금속은 반응성이 너무 커서 염 및 수산화물 수용액의 전기분해로 얻을 수 없습니다. 수은 전극을 사용하여 수은(아말감)의 금속 용액을 얻습니다. 암모늄 이온은 알칼리 금속과 매우 유사하여 아말감을 형성하기도 합니다.
분석의 체계적인 과정에서 L.마그네슘 이온 재료 마지막으로 발견됩니다. 그 이유는 염화물, 황산염 및 황화물의 용해도가 좋기 때문입니다. 즉, 샘플에서 중금속의 존재를 확인하는 데 사용되는 이전에 추가된 시약의 작용으로 침전되지 않습니다. 암모늄 염도 용해도가 높지만 가열 및 용액 증발을 견디지 못하기 때문에 분석 초기에 감지됩니다 (암모니아 방출로 매우 쉽게 분해됨). 절차는 아마도 모든 사람에게 알려져있을 것입니다. 강염기 (NaOH 또는 KOH) 용액이 샘플에 추가되어 암모니아가 방출됩니다.
샘 암모니아 냄새로 감지하거나 물에 적신 범용 종이를 시험관 목에 대면 감지됩니다. NH 가스3 물에 용해되어 용액을 알칼리성으로 만들고 종이를 파란색으로 바꿉니다.
7. 암모늄 이온 검출: 왼쪽은 방출된 암모니아의 작용으로 테스트 스트립이 파란색으로 변하고 오른쪽은 네슬러 테스트의 양성 결과입니다.
냄새로 암모니아를 감지할 때 실험실에서 코를 사용하는 규칙을 기억해야 합니다. 따라서 반응 용기에 기대지 말고 손의 팬 움직임으로 증기를 자신에게 향하게하고 공기를 "가슴 가득"으로 흡입하지 말고 화합물의 향기가 저절로 코에 도달하도록하십시오.
암모늄염의 용해도는 유사한 칼륨 화합물의 용해도와 유사하므로 과염소산암모늄 NH를 준비하고 싶을 수 있습니다.4클로4 코발트와의 복합 화합물 (자세한 내용은 이전 에피소드 참조). 그러나 제시된 방법은 샘플에서 매우 적은 양의 암모니아 및 암모늄 이온을 검출하는 데 적합하지 않습니다. 실험실에서는 Nessler의 시약이 이러한 목적으로 사용되며 NH의 흔적이 있어도 침전되거나 색이 변합니다.3 (7).
그러나 독성 수은 화합물을 사용해야 하므로 집에서 적절한 테스트를 수행하지 않는 것이 좋습니다.
멘토의 전문적인 감독하에 전문 실험실에 들어갈 때까지 기다리십시오. 화학은 매력적이지만 그것을 모르거나 부주의한 사람들에게는 위험할 수 있습니다.
참조 :
