Patrón de metal Parte 3 - Todo lo demás

Después del litio, que se utiliza cada vez más en la economía moderna, y del sodio y el potasio, que se encuentran entre los elementos más importantes en la industria y el mundo vivo, ha llegado el momento del resto de los elementos alcalinos. Ante nosotros está el rubidio, el cesio y el franco.

Los últimos tres elementos son muy similares entre sí, y al mismo tiempo tienen propiedades similares con el potasio y junto con él forman un subgrupo llamado potasio. Dado que es casi seguro que no podrá realizar ningún experimento con rubidio y cesio, debe contentarse con la información de que reaccionan como el potasio y que sus compuestos tienen la misma solubilidad que sus compuestos.

1. Padres de la espectroscopia: Robert Wilhelm Bunsen (1811-99) a la izquierda, Gustav Robert Kirchhoff (1824-87) a la derecha

Primeros avances en espectroscopia

El fenómeno de colorear la llama con compuestos de ciertos elementos era conocido y utilizado en la fabricación de fuegos artificiales mucho antes de que fueran liberados en estado libre. A principios del siglo XIX, los científicos estudiaron las líneas espectrales que aparecen a la luz del Sol y que emiten los compuestos químicos calentados. En 1859, dos físicos alemanes - Robert Bunsen i Gustavo Kirchhoff - construyó un dispositivo para probar la luz emitida (1). El primer espectroscopio tenía un diseño simple: consistía en un prisma que separaba la luz en líneas espectrales y ocular con lente para su observación (2). Inmediatamente se notó la utilidad del espectroscopio para el análisis químico: la sustancia se descompone en átomos a la alta temperatura de la llama, y ​​estos emiten líneas características sólo de ellos mismos.

2. G. Kirchhoff en el espectroscopio

3. Cesio metálico (http://images-of-elements.com)

Bunsen y Kirchhoff comenzaron su investigación y un año después evaporaron 44 toneladas de agua mineral de un manantial en Durkheim. Aparecieron líneas en el espectro del sedimento que no podían atribuirse a ningún elemento conocido en ese momento. Bunsen (también era químico) aisló el cloruro de un nuevo elemento del sedimento y dio el nombre al metal contenido en él. CEZ basado en las fuertes líneas azules en su espectro (latín = azul) (3).

Unos meses después, ya en 1861, los científicos examinaron con más detalle el espectro del depósito de sal y descubrieron la presencia de otro elemento en él. Pudieron aislar su cloruro y determinar su masa atómica. Dado que las líneas rojas eran claramente visibles en el espectro, el nuevo metal de litio se denominó rubí (del latín = rojo oscuro) (4). El descubrimiento de dos elementos a través del análisis espectral convenció a químicos y físicos. En los años siguientes, la espectroscopia se convirtió en una de las principales herramientas de investigación y los descubrimientos llovieron como una cornucopia.

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

Rubio no forma sus propios minerales, y el cesio es solo uno (5). Ambos elementos. La capa superficial de la Tierra contiene 0,029 % de rubidio (lugar 17 en la lista de abundancias elementales) y 0,0007 % de cesio (lugar 39). No son bioelementos, pero algunas plantas almacenan selectivamente rubidio, como el tabaco y la remolacha azucarera. Desde un punto de vista fisicoquímico, ambos metales son “potasio con esteroides”: aún más blandos y fusibles, y aún más reactivos (por ejemplo, se encienden espontáneamente en el aire, e incluso reaccionan con el agua con una explosión).

a través de es el elemento más "metálico" (en el sentido químico, no en el coloquial de la palabra). Como se mencionó anteriormente, las propiedades de sus compuestos también son similares a las de los compuestos de potasio análogos.

5 La polucita es el único mineral de cesio (USGS)

rubidio metalico y el cesio se obtiene reduciendo sus compuestos con magnesio o calcio en vacío. Dado que solo se necesitan para producir ciertos tipos de células fotovoltaicas (la luz incidente emite fácilmente electrones desde sus superficies), la producción anual de rubidio y cesio es del orden de cientos de kilogramos. Sus compuestos tampoco son ampliamente utilizados.

Al igual que con el potasio, uno de los isótopos del rubidio es radiactivo. Rb-87 tiene una vida media de 50 mil millones de años, por lo que la radiación es muy baja. Este isótopo se utiliza para datar rocas. El cesio no tiene isótopos radiactivos naturales, pero CS-137 es uno de los productos de fisión del uranio en los reactores nucleares. Se separa de las barras de combustible gastado porque este isótopo se utilizó como fuente de radiación g, por ejemplo, para destruir tumores cancerosos.

En honor a Francia

6. La descubridora de la lengua francesa - Marguerite Perey (1909-75)

Mendeleev ya había previsto la existencia de un metal de litio más pesado que el cesio y le dio un nombre de trabajo. Los químicos lo han buscado en otros minerales de litio porque, al igual que su pariente, debería estar allí. Varias veces pareció que se descubrió, aunque hipotéticamente, pero nunca se materializó.

A principios de la década de 87, quedó claro que el elemento 1914 era radiactivo. En 227, los físicos austriacos estuvieron cerca de descubrirlo. S. Meyer, W. Hess y F. Panet observaron una débil radiación alfa del actinio-89 (además de las abundantes partículas beta secretadas). Dado que el número atómico del actinio es 87, y la emisión de una partícula alfa se debe a la "reducción" del elemento a dos lugares en la tabla periódica, el isótopo con número atómico 223 y número de masa XNUMX debería haber sido partículas alfa de Sin embargo, una energía similar (el rango de partículas en el aire se mide proporcionalmente a su energía) también envía un isótopo de protactinio, otros científicos han sugerido contaminación de la droga.

Pronto estalló la guerra y todo quedó en el olvido. En la década de 30 se diseñaron aceleradores de partículas y se obtuvieron los primeros elementos artificiales, como el ansiado astatio de número atómico 85. En el caso del elemento 87, el nivel tecnológico de la época no permitía obtener la cantidad necesaria de material para la síntesis. El físico francés tuvo un éxito inesperado marguerite perey, alumno de Maria Sklodowska-Curie (6). Ella, como los austriacos hace un cuarto de siglo, estudió la descomposición del actinio-227. El progreso tecnológico hizo posible obtener un preparado puro, y esta vez nadie tuvo dudas de que finalmente había sido identificado. El explorador lo nombró французский en honor a su patria. El elemento 87 fue el último en ser descubierto en minerales, los siguientes se obtuvieron artificialmente.

francés se forma en la rama lateral de la serie radiactiva, en un proceso de baja eficiencia y, además, de muy corta duración. El isótopo más fuerte descubierto por la Sra. Perey, Fr-223, tiene una vida media de poco más de 20 minutos (lo que significa que solo queda 1/8 de la cantidad original después de una hora). Se ha calculado que todo el globo contiene sólo unos 30 gramos de franco (se establece un equilibrio entre el isótopo en descomposición y el isótopo recién formado).

Aunque no se obtuvo la parte visible de los compuestos francos, se estudiaron sus propiedades y se encontró que pertenece al grupo alcalino. Por ejemplo, cuando se agrega perclorato a una solución que contiene iones franco y potasio, el precipitado será radiactivo, no la solución. Este comportamiento prueba que FrClO₄ ligeramente soluble (precipita con KClO₄), y las propiedades del francio son similares a las del potasio.

Francia, como seria el...

… ¿Si pudiera obtener una muestra visible a simple vista? Eso sí, suave como la cera, y quizás con un matiz dorado (el cesio que está encima es muy suave y de color amarillento). Se derretiría a 20-25 °C y se vaporizaría alrededor de los 650 °C (estimación basada en datos del episodio anterior). Además, sería muy químicamente activo. Por lo tanto, debe almacenarse sin acceso al oxígeno y la humedad y en un recipiente que proteja contra la radiación. Habría que darse prisa con los experimentos, porque en unas horas prácticamente no quedarían franceses.

Litio honorario

¿Recuerdas los pseudohalógenos del ciclo de halógenos del año pasado? Estos son iones que se comportan como aniones como Cl^– o no^–. Estos incluyen, por ejemplo, cianuros CN^– y moles SCN^–, formando sales con una solubilidad similar a la de los aniones del grupo 17.

Los lituanos también tienen un seguidor, que es el ion amonio NH. ₄ ⁺ - producto de la disolución del amoníaco en agua (la solución es alcalina, aunque más débil que en el caso de los hidróxidos de metales alcalinos) y su reacción con los ácidos. El ion reacciona de manera similar con los metales alcalinos más pesados ​​y su relación más cercana es con el potasio, por ejemplo, tiene un tamaño similar al catión potasio y, a menudo, reemplaza al K+ en sus compuestos naturales. Los metales de litio son demasiado reactivos para ser obtenidos por electrólisis de soluciones acuosas de sales e hidróxidos. Usando un electrodo de mercurio, se obtiene una solución de metal en mercurio (amalgama). El ion amonio es tan similar a los metales alcalinos que también forma una amalgama.

En el curso sistemático del análisis de L.materiales de iones de magnesio son los últimos en ser descubiertos. El motivo es la buena solubilidad de sus cloruros, sulfatos y sulfuros, lo que hace que no precipiten bajo la acción de reactivos previamente añadidos para determinar la presencia de metales más pesados ​​en la muestra. Aunque las sales de amonio también son altamente solubles, se detectan al comienzo del análisis, ya que no resisten el calentamiento y la evaporación de las soluciones (se descomponen con bastante facilidad con la liberación de amoníaco). El procedimiento probablemente sea conocido por todos: se agrega a la muestra una solución de una base fuerte (NaOH o KOH), lo que provoca la liberación de amoníaco.

Sam ammiac se detecta por el olfato o aplicando un trozo de papel universal humedecido con agua en el cuello de un tubo de ensayo. gas NH₃ se disuelve en agua y alcaliniza la solución y vuelve azul el papel.

7. Detección de iones de amonio: a la izquierda, la tira reactiva se vuelve azul bajo la acción del amoníaco liberado, a la derecha, un resultado positivo de la prueba de Nessler

Al detectar amoníaco con la ayuda del olfato, debe recordar las reglas para usar la nariz en el laboratorio. Por lo tanto, no se incline sobre el recipiente de reacción, dirija los vapores hacia usted con un movimiento de abanico de su mano y no inhale el aire "con el pecho lleno", sino que deje que el aroma del compuesto llegue por sí solo a su nariz.

La solubilidad de las sales de amonio es similar a la de los compuestos de potasio análogos, por lo que puede resultar tentador preparar perclorato de amonio NH.₄ClO₄ y un compuesto complejo con cobalto (para más detalles, consulte el episodio anterior). Sin embargo, los métodos presentados no son adecuados para detectar cantidades muy pequeñas de amoníaco e iones de amonio en una muestra. En los laboratorios se utiliza para este fin el reactivo de Nessler, que precipita o cambia de color incluso en presencia de trazas de NH₃ (7).

Sin embargo, desaconsejo encarecidamente realizar una prueba adecuada en casa, ya que es necesario utilizar compuestos tóxicos de mercurio.

Espere hasta que esté en un laboratorio profesional bajo la supervisión profesional de un mentor. La química es fascinante, pero, para aquellos que no la conocen o son descuidados, puede ser peligrosa.

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