Химические элементы

Калий составляет примерно 2,5 % массы земной коры. Как и натрий, встречается в составе различных минералов, например, ортоклаза K2O×Al2O3×6SiO2, также большое количество калия растворено в морской воде.

Рубидий. Усыпляющий и обезболивающий

В отличие от лития, натрия и калия, которые хранят в железных тарах под слоем керосина, рубидий хранится в стеклянных запаянных ампулах, внутри которых инертная атмосфера или же вакуум. Связано это с тем, что рубидий более активный.

Рубидия в земной коре значительно больше чем лития, однако в разы меньше чем калия или натрия. Так Rb составляет 1,5×10-2 % массы земной коры. Кроме того, рубидий, в отличие от предыдущих рассмотренных нами металлов, относится к рассеянным. Нет, рубидий не страдает человеческими заболеваниями. Это означает, что рубидий практически не встречается в виде самостоятельных минералов или концентрированных залежей, а является всего лишь примесью в различных минералах других более распространенных элементов (рубидий – спутник калиевых минералов).

Рубидий и его соединения нашли применение как в медицине и оптических приборах, так и в катализе. Например, ацетат рубидия CH3COORb используется для изготовления метанола (CH3OH) и высших спиртов – органических соединений, которые содержат от 6 до 22 атомов углерода и одну гидроксильную группу – OH.

В организме человека рубидий находится в виде катионов Rb+, которые выполняют роль антиоксидантов, уничтожая свободные радикалы. В химии свободными радикалами называют те соединения, которые имеют неспаренные электроны. Кроме того, этот щелочной металл борется с окислителями – соединениями, склонными отбирать электроны у других. Типичными окислителями в быту являются марганцовка и перекись водорода (H2O2). Врачи же прописывают пациентам препараты, содержащие рубидий, в качестве снотворных и болеутоляющих.

Также различные соли рубидия, например, RbF выполняют роль электролитов в топливных элементах. Электролитами химики называют те соединения, которые способны в воде распадаться (по-научному диссоциировать) на положительные и отрицательные частицы (ионы). Раствор электролитов проводит электрический ток, то есть в нем происходит движение заряженных частиц к положительному и отрицательному полюсам в зависимости от заряда частиц. Пары рубидия используют в сверхточных атомных часах.

Надо сказать, стоит этот металл очень дорого – примерно 400 тыс. рублей за килограмм.

Франций. Элемент, который никто не видел

Франций интересен по нескольким причинам: его никто и никогда не видел, и скорее всего не увидит; это самый тяжелый и самый активный щелочной металл; его можно считать самым неустойчивым из первых ста элементов таблицы Менделеева. Самый долгоживущий изотоп франция 223Fr имеет период полураспада[2] 22 минуты. Эти свойства, сочетающиеся в одном элементе, создали трудности в открытии этого элемента и изучении его свойств.

Открыла франций ученица Марии Склодовской-Кюри – француженка Маргарита Перей 9 января 1939 года. Но путь открытия был не прост. Существование данного элемента предсказал еще сам Д. И. Менделеев. Основываясь на свойствах других щелочных металлов, он предсказал свойства франция, например, что этот элемент будет сильнее, чем цезий, реагировать с водой и при комнатной температуре будет жидким. В то время он дал францию название экацезий.

Так как франций очень реакционноактивный, то на земле он может встречаться в виде каких-то соединений, а не в чистом виде. Причем растворимость солей франция выше, чем у солей других щелочных металлов, так как при переходе от лития к цезию растворимость солей возрастает.

На основе этих предположений ученые делали многочисленные попытки найти данный элемент. Где в мире встречаются соли щелочных металлов? Правильно – в морях, они соленые. Моря полны солей щелочных металлов. А в каком море больше всего этих солей? Правильно – в мертвом море. Поэтому, ученые, занятые поисками франция, совершали экспедиции на мертвое море. Ведь если его и можно было где-то найти в природе, то именно там. Однако исследования не давали положительного результата и ученые не могли найти новый элемент.

Так бы этот элемент остался неизвестным, если бы ученые не открыли явление радиоактивности, о котором мы поговорим позже.

Маргарита Перей занималась изучением цепочки распада актиния. В какой-то момент своих исследований она получила раствор, который должен был содержать соли щелочных металлов и не быть не радиоактивным. Проведя мысленный анализ полученных данных и сравнение со всеми известными радиоактивными изотопами других элементов, она пришла к выводу, что обнаружила какой-то радиоактивный изотоп щелочного металла. А так как исходным был актиний – тяжелый элемент, то полученный изотоп принадлежал тяжелому щелочному металлу. И это был явно не цезий. Открытый элемент сначала был назван «Актиний-К», а затем переименован в честь своей родины во франций.

Открыть открыли, теперь необходимо изучить физические и химические свойства. Как это сделать, ведь в чистом виде элемент не был получен? Основные исследования свойств франция проводились на бумаге. На основе закона о радиоактивном равновесии было посчитано, что на всей земле всего 500 граммов 223Fr.

Надеяться на то, что франций получит широкое применение, не стоит. Но все же, польза от него есть. Проводились опыты на крысах по изучению поведения франция в организме. Было установлено, что он избирательно накапливается в опухолях, причем и на ранних стадиях заболевания. Эти результаты очень интересны в онкологической практике, как метод раннего диагностирования образования опухолей.

Щелочноземельные металлы

Разобравшись с группой щелочных металлов, можно приступить к рассмотрению соседней с ними группы. В нее входят такие элементы как: бериллий, магний, кальций, стронций, барий, радий. По химическим свойствам они похожи на своих соседей, однако проявляют валентность II. Их способность отдавать электроны (по-научному быть восстановителями) меньше, чем у щелочных «собратьев». Причины различий и сходств, происхождение названия, интересные факты об этих элементах и многое другое вы сможете найти ниже.

Начнем с происхождения названия. Если в случае щелочных металлов все было ясно, то тут мы имеем второй корень, указывающий на принадлежность к земле. Почему? Дело в том, что во времена алхимиков термин «земля» обозначал оксид какого-либо элемента. Например, оксид кальция CaO был бы кальциевой землей. При реакции оксидов щелочноземельных металлов с водой, образуется щелочь, отсюда и название.

Металлы, входящие в эту группу, достаточно сильно отличаются внешне. Так, бериллий и магний блестят на воздухе, в то время как кальций, стронций и барий не блестят. На то есть веская причина – химическая активность, которая у последних перечисленных металлов этой группы выше. Интересно, что по физическим свойствам щелочноземельные металлы сильно отличаются от щелочных: твердость бария сравнима с этим показателем у свинца, бериллий обладает твердостью стали (сплава железа и углерода).

Особого внимания заслуживает электронная оболочка. Все описываемые элементы обладают заполненной s-орбиталью, то есть на ней располагаются 2 электрона. Химики обозначают это в общем виде, как ns2. Буквой n обозначается энергетический уровень или же по-простому период. Вместо n для каждого конкретного металла группы будет стоять число, соответствующее периоду, в котором стоит элемент. Если не знаете, что такое период, то просто посчитайте номер строчки, в которой находится этот элемент. Это и есть n. На самом деле эти понятия не равнозначны, но в этом случае для упрощения такое допущение возможно. Буква s, как вы уже догадались, обозначает орбиталь. Число вверху говорит нам о количестве электронов на этой орбитали.

2

Период полураспада – промежуток времени, в течение которого распадается половина ядер радиоактивного изотопа.