Metal Pattern Partie 3 - Tout le reste

Après le lithium, de plus en plus utilisé dans l'économie moderne, et le sodium et le potassium, qui comptent parmi les éléments les plus importants de l'industrie et du monde vivant, place au repos des éléments alcalins. Devant nous, le rubidium, le césium et le franc.

Les trois derniers éléments sont très similaires les uns aux autres et ont en même temps des propriétés similaires avec le potassium et forment avec lui un sous-groupe appelé potassium. Puisque vous ne pourrez presque certainement pas faire d'expériences avec le rubidium et le césium, vous devez vous contenter de l'information qu'ils réagissent comme le potassium et que leurs composés ont la même solubilité que ses composés.

1. Pères de la spectroscopie : Robert Wilhelm Bunsen (1811-99) à gauche, Gustav Robert Kirchhoff (1824-87) à droite

Premières avancées en spectroscopie

Le phénomène de coloration de la flamme avec des composés de certains éléments était connu et utilisé dans la fabrication de feux d'artifice bien avant qu'ils ne soient libérés à l'état libre. Au début du XIXe siècle, les scientifiques ont étudié les raies spectrales qui apparaissent à la lumière du Soleil et émises par des composés chimiques chauffés. En 1859, deux physiciens allemands - Robert Bunsen i Gustave Kirchhoff - construit un appareil pour tester la lumière émise (1). Le premier spectroscope avait une conception simple : il se composait d'un prisme qui séparait la lumière en lignes spectrales et oculaire avec lentille pour leur observation (2). On s'est tout de suite rendu compte de l'utilité du spectroscope pour l'analyse chimique : la substance se décompose en atomes à la température élevée de la flamme, et ceux-ci émettent des raies caractéristiques d'eux-mêmes.

2. G. Kirchhoff au spectroscope

3. Césium métallique (http://images-of-elements.com)

Bunsen et Kirchhoff ont commencé leurs recherches et un an plus tard, ils ont évaporé 44 tonnes d'eau minérale d'une source à Durkheim. Des raies sont apparues dans le spectre des sédiments qui ne pouvaient être attribuées à aucun élément connu à cette époque. Bunsen (il était également chimiste) a isolé le chlorure d'un nouvel élément du sédiment et a donné le nom au métal qu'il contenait. CEZ basé sur les fortes raies bleues de son spectre (latin = bleu) (3).

Quelques mois plus tard, déjà en 1861, les scientifiques ont examiné plus en détail le spectre du gisement de sel et y ont découvert la présence d'un autre élément. Ils ont pu isoler son chlorure et déterminer sa masse atomique. Comme les lignes rouges étaient clairement visibles dans le spectre, le nouveau lithium métal a été nommé rubis (du latin = rouge foncé) (4). La découverte de deux éléments par analyse spectrale a convaincu chimistes et physiciens. Les années suivantes, la spectroscopie devient l'un des principaux outils de recherche et les découvertes pleuvent comme une corne d'abondance.

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

rubis il ne forme pas ses propres minéraux, et le césium n'en est qu'un (5). Les deux éléments. La couche superficielle de la Terre contient 0,029 % de rubidium (17e place dans la liste des abondances élémentaires) et 0,0007 % de césium (39e place). Ce ne sont pas des bioéléments, mais certaines plantes stockent sélectivement le rubidium, comme le tabac et la betterave sucrière. D'un point de vue physico-chimique, les deux métaux sont du « potassium sur stéroïdes » : encore plus tendres et fusibles, et encore plus réactifs (par exemple, ils s'enflamment spontanément dans l'air, et réagissent même avec l'eau avec une explosion).

à travers c'est l'élément le plus "métallique" (au sens chimique, pas au sens familier du terme). Comme mentionné ci-dessus, les propriétés de leurs composés sont également similaires à celles des composés de potassium analogues.

5 La pollucite est le seul minéral de césium (USGS)

rubidium métallique et le césium est obtenu en réduisant leurs composés avec du magnésium ou du calcium sous vide. Puisqu'ils ne sont nécessaires qu'à la production de certains types de cellules photovoltaïques (la lumière incidente émet facilement des électrons depuis leurs surfaces), la production annuelle de rubidium et de césium est de l'ordre de centaines de kilogrammes. Leurs composés sont également peu utilisés.

Comme pour le potassium, un des isotopes du rubidium est radioactif. Le Rb-87 a une demi-vie de 50 milliards d'années, donc le rayonnement est très faible. Cet isotope est utilisé pour dater les roches. Le césium n'a pas d'isotopes radioactifs naturels, mais CS-137 est l'un des produits de fission de l'uranium dans les réacteurs nucléaires. Il est séparé des barres de combustible usé car cet isotope a été utilisé comme source de rayonnement gamma, par exemple pour détruire des tumeurs cancéreuses.

En l'honneur de la France

6. La découvreuse de la langue française - Marguerite Perey (1909-75)

Mendeleïev avait déjà prévu l'existence d'un métal lithium plus lourd que le césium et lui avait donné un nom de travail. Les chimistes l'ont cherché dans d'autres minéraux de lithium car, comme leur parent, il devrait être là. Plusieurs fois, il a semblé qu'il avait été découvert, bien qu'hypothétiquement, mais jamais matérialisé.

Au début des années 87, il est devenu clair que l'élément 1914 était radioactif. En 227, les physiciens autrichiens étaient sur le point de découvrir. S. Meyer, W. Hess et F. Panet ont observé une faible émission alpha de la préparation d'actinium-89 (en plus des particules bêta abondamment sécrétées). Étant donné que le numéro atomique de l'actinium est 87 et que l'émission d'une particule alpha est due à la "réduction" de l'élément à deux endroits dans le tableau périodique, l'isotope de numéro atomique 223 et de numéro de masse XNUMX aurait dû être des particules alpha de une énergie similaire, cependant (la gamme de particules dans l'air est mesurée proportionnellement à leur énergie) envoie également un isotope de protactinium, d'autres scientifiques ont suggéré une contamination du médicament.

La guerre éclata bientôt et tout fut oublié. Dans les années 30, des accélérateurs de particules ont été conçus et les premiers éléments artificiels ont été obtenus, comme l'astatium tant attendu avec le numéro atomique 85. Dans le cas de l'élément 87, le niveau de technologie de l'époque ne permettait pas d'obtenir la quantité nécessaire de matériel de synthèse. Le physicien français a réussi de manière inattendue Marguerite Perey, élève de Maria Sklodowska-Curie (6). Elle, comme les Autrichiens il y a un quart de siècle, a étudié la désintégration de l'actinium-227. Les progrès technologiques ont permis d'obtenir une préparation pure, et cette fois personne ne doutait qu'elle soit enfin identifiée. L'explorateur l'a nommé французский en l'honneur de leur patrie. L'élément 87 a été le dernier à être découvert dans les minéraux, les suivants ont été obtenus artificiellement.

Français il se forme dans la branche latérale de la série radioactive, dans un processus peu efficace et, de plus, de très courte durée. L'isotope le plus puissant découvert par Mme Perey, le Fr-223, a une demi-vie d'un peu plus de 20 minutes (ce qui signifie qu'il ne reste qu'1/8 de la quantité initiale après une heure). Il a été calculé que le globe entier ne contient qu'environ 30 grammes de franc (un équilibre s'établit entre l'isotope en décomposition et l'isotope nouvellement formé).

Bien que la partie visible des composés francs n'ait pas été obtenue, ses propriétés ont été étudiées et il a été constaté qu'il appartient au groupe alcalin. Par exemple, lorsque du perchlorate est ajouté à une solution contenant des ions franc et potassium, le précipité sera radioactif, pas la solution. Ce comportement prouve que FrClO₄ légèrement soluble (précipite avec KClO₄), et les propriétés du francium sont similaires à celles du potassium.

France, comment serait-il...

… Si je pouvais en obtenir un échantillon visible à l'œil nu ? Bien sûr, doux comme de la cire, et peut-être avec une teinte dorée (le césium au-dessus est très doux et de couleur jaunâtre). Il fondrait à 20-25°C et se vaporiserait vers 650°C (estimation basée sur les données de l'épisode précédent). De plus, il serait très actif chimiquement. Par conséquent, il doit être stocké sans accès à l'oxygène et à l'humidité et dans un récipient qui protège contre les radiations. Il faudrait se dépêcher d'expérimenter, car dans quelques heures il n'y aurait pratiquement plus de Français.

Lithium honoraire

Vous souvenez-vous des pseudo-halogènes du cycle halogène de l'année dernière ? Ce sont des ions qui se comportent comme des anions tels que Cl^- ou pas^-. Ceux-ci comprennent, par exemple, les cyanures CN^- et grains de beauté SCN^-, formant des sels avec une solubilité similaire à celle des anions du groupe 17.

Les Lituaniens ont également un suiveur, qui est l'ion ammonium NH. ₄ ⁺ - un produit de la dissolution de l'ammoniac dans l'eau (la solution est alcaline, bien que plus faible que dans le cas des hydroxydes de métaux alcalins) et de sa réaction avec les acides. L'ion réagit de la même manière avec les métaux alcalins plus lourds, et sa relation la plus proche est le potassium, par exemple, il est de taille similaire au cation potassium et remplace souvent K+ dans ses composés naturels. Les métaux lithium sont trop réactifs pour être obtenus par électrolyse de solutions aqueuses de sels et d'hydroxydes. À l'aide d'une électrode au mercure, une solution métallique dans du mercure (amalgame) est obtenue. L'ion ammonium est si similaire aux métaux alcalins qu'il forme également un amalgame.

Dans le cours systématique de l'analyse de L.matériaux d'ions de magnésium sont les derniers à être découverts. La raison en est la bonne solubilité de leurs chlorures, sulfates et sulfures, ce qui signifie qu'ils ne précipitent pas sous l'action de réactifs préalablement ajoutés utilisés pour déterminer la présence de métaux plus lourds dans l'échantillon. Bien que les sels d'ammonium soient également très solubles, ils sont détectés au tout début de l'analyse, car ils ne supportent pas le chauffage et l'évaporation des solutions (ils se décomposent assez facilement avec la libération d'ammoniac). La procédure est probablement connue de tous : une solution d'une base forte (NaOH ou KOH) est ajoutée à l'échantillon, ce qui provoque la libération d'ammoniac.

Sam ammoniaque il est détecté par l'odorat ou en appliquant un morceau de papier universel humecté d'eau sur le col d'un tube à essai. Gaz NH₃ se dissout dans l'eau et rend la solution alcaline et rend le papier bleu.

7. Détection des ions ammonium : à gauche, la bandelette de test vire au bleu sous l'action de l'ammoniac libéré, à droite, un résultat positif au test de Nessler

Lors de la détection d'ammoniac à l'aide de l'odorat, vous devez vous rappeler les règles d'utilisation du nez en laboratoire. Par conséquent, ne vous penchez pas au-dessus du récipient de réaction, dirigez les vapeurs vers vous avec un mouvement d'éventail de la main et n'inhalez pas l'air "poitrine pleine", mais laissez l'arôme du composé atteindre votre nez par lui-même.

La solubilité des sels d'ammonium est similaire à celle des composés de potassium analogues, il peut donc être tentant de préparer du perchlorate d'ammonium NH.₄ClO₄ et un composé complexe avec du cobalt (pour plus de détails, voir l'épisode précédent). Cependant, les méthodes présentées ne conviennent pas pour détecter de très petites quantités d'ammoniac et d'ions ammonium dans un échantillon. Dans les laboratoires, le réactif de Nessler est utilisé à cet effet, qui précipite ou change de couleur même en présence de traces de NH₃ (7).

Cependant, je déconseille fortement de faire un test adapté à la maison, car il est nécessaire d'utiliser des composés toxiques du mercure.

Attendez d'être dans un laboratoire professionnel sous la supervision professionnelle d'un mentor. La chimie est fascinante, mais - pour ceux qui ne la connaissent pas ou sont négligents - elle peut être dangereuse.

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