Рубідій в природі. Для чого необхідний хімічний елемент рубідій в організмі людини (характеристика з фото)? Основні хімічні властивості
рубідій
рубідій-я; м.[Від лат. rubidus - червонуватий] Хімічний елемент (Rb), м'який метал сріблясто-білого кольору, за своїми властивостями подібний з калієм і натрієм.
◁ Рубідієвий, -а, -е.
рубідій(Лат. Rubidium), хімічний елемент I групи періодичної системи; відноситься до лужних металів. Назва від лат. rubidus - темно-червоний (відкритий по лініях в червоній частині спектра). Сріблясто-білий метал пастоподібної консистенції. Щільність 1,532 г / см 3, tпл 39,32 ° C, tкип 687 ° C. На повітрі миттєво запалюється, з водою реагує з вибухом. У природі неуважний, супроводжує калію і літію і видобувається з їх мінералів. Застосовується обмежено (катоди для фотоелементів, добавка в газорозрядні трубки, каталізатор в органічному синтезі).
рубідійРубідій (лат. Rubidium, від лат. Rubidus - червоний), Rb (читається «рубідій»), хімічний елемент з атомним номером 37, атомна маса 85,4678. Природний рубідій складається з суміші стабільного нукліда 85 Rb (72,15% по масі) і слабо - -радіоактивне 87 Rb (період напіврозпаду Т 1/2 = 4,8 × 10 10 років). Розташований в групі IA (лужні метали), в 5-му періоді. Електронна конфігурація зовнішнього шару 5 s 1, Ступінь окислювання +1 (валентність I).
Радіус нейтрального атома рубідію 0,248 нм, радіус іона Rb + 0,166 нм (координаційне число 6). Енергії послідовної іонізації атома Rb 4,177, 27,5, 40,0, 52,6 і 71 еВ. Спорідненість до електрону 0,49 еВ. Робота виходу електрона 2,16 еВ. Електронегативність за Полінгом (см.Полінг Лайнус) 0,8.
Історія відкриття
Німецькі дослідники Р. В. Бунзен (см.Бунзен Роберт Вільгельм)і Г. Р. Кірхгоф виконали в 1861 спектральні дослідження мінералу лепідоліту (см.лепідоліт)і осаду, що утворюється після випарювання мінеральних вод з джерел Шварцвальда. Спектри містили темно-червону лінію, яка належить новому елементу.
Після випарювання мінеральних вод з отриманого залишку за допомогою хлорплатіната амонію (NH 4) 2 PtCl 6 була обложена суміш хлорплатінатов калію, заліза і цезію. Потім, хлорплатінати були переведені в карбонати і в солі винної кислоти - тартрати. Шляхом багаторазового дробової перекристалізації кислих тартратов Бунзену вдалося очистити рубідій від калію і цезію і отримати перший препарат солі рубідію. У 1863 Бунзен за рахунок відновлення кислого тартрату рубідію за допомогою сажі приготував перший зразок металевого рубідію.
Знаходження в природі
Зміст рубідію в земній корі 1,5 · 10 -2% по масі. Не утворює власних мінералів, як правило, супроводжує K або Li. Знаходиться в мінеральних джерелах, озерної, морської та підземної водах.
отримання
Рубідій в основному отримують при переробці або лепідоліту на з'єднання Li, або карналлита, службовця сировиною при виробництві Mg. Залишок, що утворюється після відділення основних кількостей Li, K і Mg і містить солі K, Rb і Cs, поділяють на фракції методами дробової кристалізації, сорбції, екстракції і іонного обміну.
Металевий рубідій зазвичай готують відновленням галогенідів Rb кальцієм (см.КАЛЬЦІЙ)або магнієм. (см.МАГНИЙ)
Фізичні та хімічні властивості
Рубідій - м'який сріблясто-білий метал.
При звичайній температурі має пастоподібну консистенцію, температура плавлення + 39,32 ° C. Температура кипіння рубідію 687,2 ° C. Кристалічна решітка металу кубічна об'ємно центрована, параметр комірки а= 0,570 нм. Рубідій - легкий метал, його щільність 1,532 кг / дм 3.
Реакційна здатність рубідію дуже висока. Його електродний потенціал -2,925 В. На повітрі і в атмосфері кисню металевий рубідій запалюється, утворюючи суміш пероксиду рубідію Rb 2 O 2 і надпероксід рубідію RbO 2. При незначному вмісті кисню в газі, з яким реагує Rb, можливе утворення і оксиду Rb 2 O. C водою рубідій реагує з вибухом:
2Rb + 2H 2 O = 2RbOH + H 2
При нагріванні під підвищеним тиском Rb реагує з H з утворенням гідриду RbH. Rb безпосередньо реагує з галогенами, S з утворенням сульфіду Rb 2 S. З азотом рубідій в звичайних умовах не реагує, а нітрид рубідію Rb 3 N утворюється при пропущенні електричного розряду між електродами з рубідію, поміщеними в рідкий азот. При нагріванні рубідій реагує з червоним фосфором, утворюючи фосфід рубідію Rb 2 P 5. Також при нагріванні рубідій реагує з графітом, причому в залежності від умов проведення реакції виникають карбіди складів C 8 Rb і C 24 Rb.
Для рубідію характерно взаємодія з аміаком з утворенням аміду RbNH 2. При реакції рубідію з ацетиленом виникає ацетіленід Rb 2 C 2. Металевий рубідій здатний відновлювати кремній зі скла і з SiO 2.
З багатьма металами рубідій утворює інтерметалліді.
Гідроксид рубідію RbOH - сильне добре розчинний у воді підставу, веде себе аналогічно КОН і NaOH.
Такі солі заліза, як хлорид RbCl, сульфат Rb 2 SO 4, нітрат RbNO 3, карбонат Rb 2 CO 3 добре розчинні у воді перхлорат рубідію RbClO 4 і хлорплатінат рубідію Rb 2 PtCl 6 погано розчинні у воді
застосування
Металевий рубідій входить до складу мастильних композицій, використовуваних в реактивної і космічній техніці. Використовується як компонент матеріалу катодів фотоелементів і фотоелектричних помножувачів. Пари рубідію використовуються в розрядних трубках, в лампах низького тиску. Деякі сполуки рубідію використовують при виготовленні спеціальних стекол.
особливості звернення
Зберігають в ампулах зі скла пирекс в атмосфері аргону або в сталевих герметичних судинах під шаром зневодненого вазелінового масла або парафіну.
енциклопедичний словник. 2009 .
Синоніми:Дивитися що таке "рубідій" в інших словниках:
Лужний метал сріблястого кольору, аналог калію. Словник іншомовних слів, які увійшли до складу російської мови. Чудінов А.Н., 1910. рубідій метал сріблястого кольору з жовтуватим відтінком. Повний словник іншомовних слів, які увійшли у вжиток в ... ... Словник іншомовних слів російської мови
Rb (a. Rubidium; н. Rubidium; ф. Rubidium; і. Rubidio), хім. елемент I групи періодичної. системи Менделєєва, ат. н. 37, ат. м. 85,4678; відноситься до лужних металів. У природі зустрічається у вигляді суміші двох стабільних ізотопів: 85Rb ... ... геологічна енциклопедія
- (хім .; Rubidium; Rb = 85,44 при 0 = 16, середнє з определенійБунзена, Пікара і Годефруа) другий металевий елемент, відкритий (в1861 р) Бунзеном і Кірхгофф допомогою спектрального аналізу; він получілсвое назву за дві темно червоні (rubidus) ... ... Енциклопедія Брокгауза і Ефрона
рубідій- хім. елемент, символ Rb (лат. Rubidium), ат. н. 37, ат. м. 85,47, відноситься до лужних металів; дуже неуважний і не має власних мінералів. Як домішка входить в мінерали калію, цезію і літію, з яких його витягають. Рубідій м'який, ... ... Велика політехнічна енциклопедія
- (Rubidium), Rb, хімічний елемент I групи періодичної системи, атомний номер 37, атомна маса 85,4678; відноситься до лужних металів. Відкрито німецькими вченими Р. Бунзеном і Г. Кірхгофа в 1861 ... сучасна енциклопедія
- (лат. Rubidium) Rb, хімічний елемент I групи періодичної системи Менделєєва, атомний номер 37, атомна маса 85,4678. Відноситься до лужних металів. Назва від лат. rubidus темно червоний (відкритий по лініях в червоній частині спектра). ... ... Великий Енциклопедичний словник
Рубідій - (Rubidium) Rb, хімічний елемент 1-й (Ia) групи Періодичної системи. Лужний елемент. Атомний номер 37, відносна атомна маса 85,4678. У природі зустрічається у вигляді суміші стабільного ізотопу 85 Rb (72,15%) і радіоактивного ізотопу 87 Rb (27,86%) з періодом напіврозпаду 4,8. 10 10 років. Штучно отримано ще 26 радіоактивних ізотопів рубідію з масовими числами від 75 до 102 і періодами напіврозпаду від 37 мс (рубідій-102) до 86 днів (рубідій-83).
Атомний номер - 37
Атомна маса - 85,468
Щільність, кг / м³ - 1530
Температура плавлення, ° С - 38,9
Теплоємність, кДж / (кг · ° С) - 0,335
Електронегативність - 0,8
Ковалентний радіус, Å - 2,16
1-й іонізації. потенціал, ев - 4,18
Ступінь окислення +1.
Рубідій був відкритий в 1861 німецькими вченими Робертом Бунзеном і Густавом Кірхгофа і став одним з перших елементів, відкритих методом спектроскопії, який був винайдений Бунзеном і Кірхгофф в 1859. Роберт Бунзен і Густав Кірхгоф добули 150 кг лепідоліту і отримали кілька грам солей рубідію для аналізів, таким чином, вони виявили новий елемент. Назва елемента відображає колір найбільш яскравою лінії в його спектрі.
Поширення рубідію в природі
Рубідій - типовий розсіяний елемент. Незважаючи на порівняно високий вміст в земній корі (кларк) 1,5 · 10 -2% по масі, тобто більше, ніж у Cu, Pb, Zn і багатьох інших металів, Рубідій не утворює власних мінералів і переважно входить як ізоморфна домішка в мінерали калію і цезію (сильвин, карналлит, микроклин, Rb-мусковіт і т. д.). Рубідій, подібно калію, міститься в кислих вивержених породах (гранитоидах) і особливо в пегматитах (до 1-3% рубідій). У ультраосновних і основних породах Рубідій мало (2 · 10 -4 і 4,5 · 10 -3% відповідно). Води морів і океанів містять від 1,0 · 10 -5 до 2,1 · 10 -5% рубідій. Солі рубідій входять до складу вод багатьох мінеральних джерел.
Найбільш багаті рубідій так званих мінерали-концентратори: лепідоліт, ціннвал'діт, поллуціт.
Фізичні властивості рубідій. Рубідій утворює сріблясто-білі м'які кристали, що мають на свіжому зрізі металевий блиск. Твердість по Брінеллю 0,2 Мн / м 2 (0,02 кгс / мм 2). Кристалічна решітка рубідій кубічна об'ємно-центрована, а = 5,70Å (0 ° С). Атомний радіус 2,48 Å, радіус іона Rb + 1,49 Å. Щільність 1,525 г / см 3 (0 ° С), t пл 38,9 ° С, t кип 703 ° С. Питома теплоємність 335,2 дж / (кг · К), термічний коефіцієнт лінійного розширення 9,0 · 10 -5 град -1 (0-38 ° С), модуль пружності 2,4 Гн / м 2 (240 кгс / мм 2 ), питомий об'ємний електричний опір 11,29 · 10 -6 ом · см (20 ° С); Рубідій парамагнитен.
Хімічні властивості рубідій. Атом Rb легко віддає єдиний електрон зовнішньої оболонки (її конфігурація 5s 1). Електронегативність Рубідій 0,89, перший потенціал іонізації 4,176 ев. У всіх хімічних сполуках Рубідій одновалентен (ступінь окислення +1). Хімічна активність рубідій дуже висока. З киснем з'єднується бурхливо, даючи пероксид Rb 2 O 2 і надпероксід RbO 2 (при недоліку кисню утворюється оксид Rb 2 O). З водою Рубідій реагує з вибухом, причому виділяється водень і утворюється розчин гідроксиду рубідій, RbOH. За властивостями RbOH сильно нагадує гидрооксид калію КОН. З багатьма неметалами Рубідій з'єднується безпосередньо; бурхливо взаємодіє з більшістю кислот. Майже всі солі рубідій добре розчинні у воді. Мало розчинні перхлорат RbClO 4, хлороплатинат Rb 2 і деякі інші; вони використовуються для аналітичного визначення Rb поряд з методом полум'яної фотометрії, заснованим на властивості пари Rb і його з'єднань забарвлювати полум'я в яскраво-червоний колір.
Отримання рубідій. Солі Rb отримують як побічний продукт у виробництві солей Li, Mg і К. Металевий Рубідій отримують відновленням у вакуумі RbCl при 700-800 ° С кальцієм. Внаслідок високої реакційної здатності Рубідій зберігають в металевих посудинах під шаром парафіну та масла або в запаяних скляних ампулах в інертній атмосфері.
Застосування рубідій. Застосовують Рубідій головним чином у виробництві катодів для фотоелементів; додають також в газорозрядні аргонові і неонові трубки для посилення інтенсивності світіння. Іноді Рубідій вводять в спеціальні сплави (геттери). Солі рубідій використовують як каталізатори в органічних синтезі.
Родовища рубідію в Росії
Для цезію і рубідію пегматити і зараз залишаються єдиним сировинним джерелом, що має промислове значення. Пегматитові родовища олова відомі в Східному Сибіру Росії і розташовані в докембрійських комплексах. Руди зазвичай комплексні, розробляються на олово, тантал, ніобій, скандій, рубідій, частково на вольфрам і вісмут.
У поллуцітових рудах родовище Васін-Мильк, розташованого в Ловозерском районі, містяться великі запаси рубідію і цезію. Найважливішим і найбільшим джерелом рубідію, цезію, стронцію та рідкісних земель є хибинские апатито-нефелінові руди.
Лепідоліт - мінерал групи слюд, що є вторинним джерелом літію. Є одним з основних джерел рідкісних лужних металів, рубідію і цезію.
Держбаланс враховується Верхньокамське родовище калійно-магнієвих солей, в якому рубідій є попутним корисних копалин. У солях рубідій пов'язаний з карналлітовая товщею. Вміст оксиду рубідію в рудах коливається від 0 до 120 г / т, середнє - 90 г / т. Масова частка рубідію в руді і збагаченому карналіті становить відповідно 0,0104% і 0,013%. Балансові запаси оксиду рубідію (Rb2О) ВКМКС враховуються по Палашерскому і Решта Площа ділянок, позабалансові - по Усть-Яйвинская ділянці.
Балансові запаси заліза, що міститься в карналлітовая рудах Березниківського, Бигельско-Троїцького, Солікамського і Ново-Солікамського ділянок, втратили промислове значення і були списані. Причиною списання послужила економічна недоцільність вилучення рубідію. Запаси рубідію не освоюють через наявність більш ефективних сировинних джерел (поллуцітових концентратів), технологія переробки яких більш рентабельна.
Світові запаси рубідію
Зміст рубідію в земній корі становить 7,8 · 10 -3%. Це приблизно дорівнює змісту нікелю, міді і цинку. За поширеністю в земній корі рубідій знаходиться приблизно на 20-му місці, проте в природі він знаходиться в розсіяному стані, рубідій - типовий розсіяний елемент. Власні мінерали рубідію невідомі. Рубідій зустрічається разом з іншими лужними елементами, він завжди супроводжує калію. Виявлено в дуже багатьох гірських породах і мінералах, знайдених, зокрема, в Північній Америці, Південній Африці та Росії, але його концентрація там вкрай низька. Тільки лепідолітом містять дещо більше заліза, іноді 0,2%, а зрідка і до 1-3% (в перерахунку на Rb 2 О).
Солі рубідію розчинені у воді морів, океанів і озер. Концентрація їх і тут дуже невелика, в середньому близько 100 мкг / л. В окремих випадках вміст рубідію в воді вище: в Одеських лиманах воно виявилося рівним 670 мкг / л, а в Каспійському морі - 5700 мкг / л. Підвищений вміст рубідію виявлено і в деяких мінеральних джерелах Бразилії.
З морської води рубідій перейшов в калійні соляні відкладення, головним чином, в карналлита. У страссфуртскіх і Солікамського карналлита зміст рубідію коливається в межах від 0,037 до 0,15%. Мінерал карналлит - складне хімічна сполука, утворене хлоридами калію і магнію з водою; його формула KCl · MgCl 2 · 6H 2 O. Рубідій дає сіль аналогічного складу RbCl · MgCl 2 · 6H 2 O, причому обидві солі - калієва і рубідієвого - мають однакову будову і утворюють безперервний ряд твердих розчинів, кристаллизуясь спільно. Карналіт добре розчинний у воді, тому розтин мінералу не складає великих труднощів. Зараз розроблені і описані в літературі раціональні і економічні методи вилучення рубідію з карналіту, попутно з іншими елементами.
отримання рубідію
Далеко не всі ізотопи можна отримувати в атомних реакторах з ядерних реакцій за участю нейтронів. Багато радіонукліди синтезують на прискорювачах протонів і важких іонів, наприклад, на циклотронах. На циклотронах реалізований комплекс з виробництва радіоактивних ізотопів йоду-123, фтору-18, вуглецю-11, азоту-13, кисню-15, рубідію-81, галію-67, індію-111, талію-201 і радіофармпрепаратів (РФП) на їх основі.
Як відомо, Кольський півострів багатий родовищами рідкісних металів. Зокрема, тут розташовано Вороньетундровское родовище - найбільш перспективний російське родовище цезієвого мінералу поллуцита. Крім того, що видобувається разом з апатитових, сієніт концентрат містить досить високу концентрацію рубідію (близько 0.014 мас.%). Приблизно 40 років тому в зв'язку з намічався використанням рідкісних лужних металів (насамперед цезію) в іонних ракетних двигунах виникла необхідність розробки технології і організації промислового виробництва високочистих рубідію і цезію. З ініціативи академіка І.В.Тананаева необхідні дослідження були поставлені в Інституті хімії та технології рідкісних елементів і мінеральної сировини Кольського філії Академії Наук.
Принципово можливі дві стратегії отримання високочистих металів:
Отримання високочистих сполук з різних видів природної сировини і їх подальша переробка на високочисті метали;
Отримання чорнових металів (сплавів) з їх подальшим поділом на індивідуальні метали і їх доочищенням.
Поллуціт є гідратований алюмосилікат цезію, що містить до 36,77 і 0,72 мас. % Цезію і рубідію відповідно. Цеолітні структура поллуцита визначає наявність в ньому води, яка не може бути видалена повністю навіть при тривалій високотемпературної (800-850о) вакуумної прокалке. Супутніми мінералами, як правило, є інші алюмосилікати (перш за все анальцим), лепідоліт, танталіт, інші мінерали. Поллуцітсодержащіе руди часто утворюють великі рудні тіла, легко збагачуються методом ручного розбирання з отриманням багатьох концентратів. Зміст в них оксиду цезію становить ≥ 26, оксиду рубідію до 1,7 мас. % (Підвищений вміст рубідію пов'язано з присутністю в концентраті лепідоліту). Однак для основної частини Вороньетундровского та інших родовищ Росії характерні дрібно вкраплені руди, для яких розроблені методи механічного та хімічного збагачення. При хімічному збагаченні цезій витягується не у вигляді поллуцита, а у вигляді сольових концентратів. Для переробки поллуцита на хімічні сполуки запропонований ряд технологій, що дозволяють отримувати різні сполуки або концентрати на їх основі (нітрати, сульфати, хлориди, карбонати і ін.). Виробництво концентратів при хімічної переробки сировини значно дешевше, ніж товарних солей.
Рубідій є розсіяним елементом. Його виділяють у вигляді хлоридних, нітратних, сульфатних, карбонатних концентратів при хімічній переробці різних видів мінеральної сировини. Зокрема, розроблені методи отримання карбонатних концентратів рубідію з нефелина, хлоридних концентратів рубідію з карналіту, дослідно-промислове виробництво яких здійснювалося на Волховському алюмінієвому заводі, пікальовських глиноземному комбінаті і Березниківському титаномагнієвому заводі.
Нітрат цезію отримували при переробці поллуцита на Новосибірському заводі хімічних реактивів, нітратні і карбонатні концентрати рубідію і цезію - попутно при переробці сподумена на Красноярському хіміко-металургійному заводі.
Термодинамічний аналіз можливих реакцій показав, що процеси характеризуються малими величинами зміни енергії Гіббса, і, як наслідок, в них не може бути отримано пряме високе вилучення цільових компонентів. Однак воно було досягнуто за рахунок зміщення рівноваги, якого досягали шляхом безперервної відгону із зони реакції легше киплячого цільового компонента (рубідію, цезію). При відновленні концентратів з відносно низьким вмістом рубідію або цезію концентрацію цільового компонента в чорнових сплавах вдавалося значно підвищити вже на стадії відновлення. Так, при відновленні натрієм поташних концентратів, що містили близько (мас.) 10.7% заліза, були отриманий рубідій- калієвий сплав містив близько 50% заліза, а при відновленні калієм - понад 60%.
Термодинамічні розрахунки показали, що відновлення карбонатів рубідію і цезію натрієм може протікати паралельно за двома реакцій:
(Rb, Cs) 2CO3 + 2Na → 2 (Rb, Cs) + Na2CO3 і
(Rb, Cs) 2CO3 + 6Na → 2 (Rb, Cs) + 3Na2O + С
Дана технологія отримання високочистих гідроксидів рубідію і цезію взаємодією металів з високочистої водою (протиевой або дейтерированного), дозволила організувати виробництво багатьох особливо чистих з'єднань, в першу чергу фосфатів і галогенідів. Дослідження дозволили створити промислове виробництво високочистих рубідію і цезію з сировини Кольського півострова.
застосування рубідію
Хоча в ряді областей застосування рубідій поступається цезію, цей рідкісний лужної метал грає важливу роль в сучасних технологіях. Можна відзначити наступні основні області застосування рубідію: каталіз, електронна промисловість, спеціальна оптика, атомна промисловість, медицина.
Рубідій використовується не тільки в чистому вигляді, але і у вигляді ряду сплавів і хімічних сполук. Рубідій має хорошу сировинну базу, більш сприятливу, ніж для цезію. Область застосування рубідію в зв'язку з ростом його доступності розширюється.
Ізотоп рубідій-86 широко використовується в гамма-дефектоскопії, вимірювальної техніки, а також при стерилізації ліків і харчових продуктів. Рубідій і його сплави з цезієм - це дуже перспективний теплоносій і робоче середовище для високотемпературних турбоагрегатів (в зв'язку з цим рубідій і цезій в останні роки набули важливого значення, і надзвичайна дорожнеча металів йде на другий план по відношенню до можливостей різко збільшити ККД турбоагрегатів, а значить і знизити витрати палива і забруднення навколишнього середовища). Застосовувані найбільш широко в якості теплоносіїв системи на основі рубідію - це потрійні сплави: натрій-калій-рубідій, і натрій-рубідій-цезій.
В каталізі рубідій використовується як в органічному, так і неорганічний синтезі. Каталітична активність рубідію використовується в основному для переробки нафти на ряд важливих продуктів. Ацетат рубідію, наприклад, використовується для синтезу метанолу і цілого ряду вищих спиртів з водяного газу, що актуально в зв'язку з підземною газифікацією вугілля та у виробництві штучного рідкого палива для автомобілів і реактивного палива. Ряд сплавів рубідію з телуром володіють більш високою чутливістю в ультрафіолетовій області спектра, ніж сполуки цезію, і в зв'язку з цим він здатний в цьому випадку скласти конкуренцію цезію як матеріал для фотоперетворювачів. У складі спеціальних мастильних композицій (сплавів), рубідій застосовується як високоефективна мастило в вакуумі (ракетна і космічна техніка).
Гідроксид рубідію застосовується для приготування електроліту для низькотемпературних хімічних джерел струму, а також в якості добавки до розчину гідроксиду калію для поліпшення його працездатності при низьких температурах і підвищення електропровідності електроліту. У гідридних паливних елементах знаходить застосування металевий рубідій.
Хлорид рубідію в сплаві з хлоридом міді знаходить застосування для вимірювання високих температур (до 400 ° C).
Пари рубідію використовуються як робоче тіло в лазерах, зокрема, в рубідієвих атомних годинниках.
Хлорид рубідію застосовується в паливних елементах в якості електроліту, то ж можна сказати і про гидроксиде рубідію, який дуже ефективний як електроліт в паливних елементах, що використовують пряме окислення вугілля.
Рубідій застосовують в фотоелементах (у нього дуже мала робота виходу електрона). Rb 2 CO 3 використовується в якості каталізатор.
рубідійбув відкритий в 1861 німецькими вченими Робертом Бунзеном і Густавом Кірхгофа і став одним з перших елементів, відкритих методом спектроскопії, який був винайдений Бунзеном і Кірхгофф в 1859. Роберт Бунзен і Густав Кірхгоф добули 150 кг лепідоліту і отримали кілька грам солей рубідію для аналізів, таким чином, вони виявили новий елемент. Назва елемента відображає колір найбільш яскравою лінії в його спектрі.
Світові ресурси рубідію
Зміст рубідію в земній корі становить 7,8 · 10-3%, що приблизно дорівнює сумарному вмісту нікелю, міді і цинку. За поширеністю в земній корі рубідій знаходиться приблизно на 20-му місці, проте в природі він знаходиться в розсіяному стані, рубідій - типовий розсіяний елемент. Власні мінерали рубідію невідомі. Рубідій зустрічається разом з іншими лужними елементами, він завжди супроводжує калію. Виявлено в дуже багатьох гірських породах і мінералах, знайдених, зокрема, в Північній Америці, Південній Африці та Росії, але його концентрація там вкрай низька. Тільки лепідолітом містять дещо більше заліза, іноді 0,2%, а зрідка і до 1-3% (в перерахунку на Rb2О).
Солі рубідію розчинені у воді морів, океанів і озер. Концентрація їх і тут дуже невелика, в середньому близько 100 мкг / л. В окремих випадках вміст рубідію в воді вище: в Одеських лиманах воно виявилося рівним 670 мкг / л, а в Каспійському морі - 5700 мкг / л. Підвищений вміст рубідію виявлено і в деяких мінеральних джерелах Бразилії.
З морської води рубідій перейшов в калійні соляні відкладення, головним чином, в карналлита. У страссфуртскіх і Солікамського карналлита зміст рубідію коливається в межах від 0,037 до 0,15%. Мінерал карналлит - складне хімічна сполука, утворене хлоридами калію і магнію з водою; його формула KCl · MgCl2 · 6H2O. рубідійдає сіль аналогічного складу RbCl · MgCl2 · 6H2O, причому обидві солі - калієва і рубідієвого - мають однакову будову і утворюють безперервний ряд твердих розчинів, кристаллизуясь спільно. Карналіт добре розчинний у воді, тому розтин мінералу не складає великих труднощів. Зараз розроблені і описані в літературі раціональні і економічні методи вилучення рубідію з карналіту, попутно з іншими елементами.
отримання рубідію
Більшу частину видобутого рубідію отримують як побічний продукт при виробництві літію з лепідоліту. Після виділення літію у вигляді карбонату або гідроксиду рубідій осаджують з маточних розчинів у вигляді суміші алюморубідіевих, алюмокалієвих і алюмоцезіевих квасцов RbAl (SO4) 2 · 12H2O, KAl (SO4) 2 · 12H2O, CsAl (SO4) 2 · 12H2O. Суміш поділяють багаторазової перекристаллизацией.
Рубідій також виділяють і з відпрацьованого електроліту, що виходить при отриманні магнію з карналіту. З нього рубідій виділяють сорбцією на опадах фероціанідів заліза або нікелю. Потім фероціаніди прокаливают і отримують карбонат рубідію з домішками калію і цезію. При отриманні цезію з поллуцита рубідій витягують з маткових розчинів після осадження Cs3. Можна витягати рубідій і з технологічних розчинів, що утворюються при отриманні глинозему з нефелина.
Для вилучення рубідію використовують методи екстракції і іонообмінної хроматографії. З'єднання рубідію високої чистоти отримують з використанням полігалогенідов.
Значну частину своєї продукції рубідію виділяють в ході отримання літію, тому поява великого інтересу до літію для використання його в термоядерних процесах в 1950-х призвело до збільшення видобутку літію, а, отже, і рубідію. Саме тому з'єднання рубідію стали більш доступними.
застосування рубідію
Хоча в ряді областей застосування рубідій поступається цезію, цей рідкісний лужної метал грає важливу роль в сучасних технологіях. Можна відзначити наступні основні області застосування рубідію: каталіз, електронна промисловість, спеціальна оптика, атомна промисловість, медицина (його сполуки мають нормотіміческімі властивостями).
Рубідій використовується не тільки в чистому вигляді, але і у вигляді ряду сплавів і хімічних сполук. Рубідій має хорошу сировинну базу, більш сприятливу, ніж для цезію. Область застосування рубідію в зв'язку з ростом його доступності розширюється.
Ізотоп рубідій-86 широко використовується в гамма-дефектоскопії, вимірювальної техніки, а також при стерилізації ліків і харчових продуктів. Рубідій і його сплави з цезієм - це дуже перспективний теплоносій і робоче середовище для високотемпературних турбоагрегатів (в зв'язку з цим рубідій і цезій в останні роки набули важливого значення, і надзвичайна дорожнеча металів йде на другий план по відношенню до можливостей різко збільшити ККД турбоагрегатів, а значить і знизити витрати палива і забруднення навколишнього середовища). Застосовувані найбільш широко в якості теплоносіїв системи на основі рубідію - це потрійні сплави: натрій-калій-рубідій, і натрій-рубідій-цезій.
В каталізі рубідій використовується як в органічному, так і неорганічний синтезі. Каталітична активність рубідію використовується в основному для переробки нафти на ряд важливих продуктів. Ацетат рубідію, наприклад, використовується для синтезу метанолу і цілого ряду вищих спиртів з водяного газу, що актуально в зв'язку з підземною газифікацією вугілля та у виробництві штучного рідкого палива для автомобілів і реактивного палива. Ряд сплавів рубідію з телуром володіють більш високою чутливістю в ультрафіолетовій області спектра, ніж сполуки цезію, і в зв'язку з цим він здатний в цьому випадку скласти конкуренцію цезію як матеріал для фотоперетворювачів. У складі спеціальних мастильних композицій (сплавів), рубідій застосовується як високоефективна мастило в вакуумі (ракетна і космічна техніка).
Гідроксид рубідію застосовується для приготування електроліту для низькотемпературних хімічних джерел струму [джерело не вказано 560 днів], а також в якості добавки до розчину гідроксиду калію для поліпшення його працездатності при низьких температурах і підвищення електропровідності електроліту. У гідридних паливних елементах знаходить застосування металевий рубідій.
Хлорид рубідію в сплаві з хлоридом міді знаходить застосування для вимірювання високих температур (до 400 ° C).
Пари рубідію використовуються як робоче тіло в лазерах, зокрема, в рубідієвих атомних годинниках.
Хлорид рубідію застосовується в паливних елементах в якості електроліту, то ж можна сказати і про гидроксиде рубідію, який дуже ефективний як електроліт в паливних елементах, що використовують пряме окислення вугілля.
У 1861 році недавно винайдений фізичний метод дослідження речовин - спектральний аналіз - ще раз продемонстрував свою могутність і надійність, як заставу великого майбутнього в науці і техніці. З його допомогою було відкрито вже другий невідомий раніше хімічний елемент - рубідій. Потім, з відкриттям в 1869 році Д. І. Менделєєвим періодичного закону, рубідій разом з іншими елементами зайняв своє місце в таблиці, яка внесла порядок в хімічну науку.
Подальше вивчення рубідію показало, що цей елемент має цілу низку цікавих і цінних властивостей. Ми розглянемо тут найбільш характерні і важливі з них.
Загальна характеристика хімічного елемента
Рубідій має атомний номер 37, тобто в атомах його до складу ядер входить саме таку кількість позитивно заряджених частинок - протонів. Відповідно нейтральний атом володіє 37 електронами.
Символ елемента - Rb. У рубідій класифікується як елемент I групи, період - п'ятий (в короткопериодной варіанті таблиці він відноситься до головної підгрупи I групи і розташований в шостому ряду). Є лужним металом, являє собою м'яке, дуже легкоплавкое кристалічна речовина сріблясто-білого кольору.
Історія виявлення
Честь відкриття хімічного елемента рубідій належить двом німецьким вченим - хіміку Роберту Бунзену і фізику Густаву Кірхгофа, авторам спектроскопічного методу вивчення складу речовини. Після того, як в 1860 році застосування спектрального аналізу привело до відкриття цезію, вчені продовжили дослідження, і вже в наступному році при вивченні спектру мінералу лепідоліту ними були виявлені дві неотождествленность лінії темно-червоного кольору. Саме завдяки характерному відтінку найбільш сильних спектральних ліній, за якими вдалося встановити існування невідомого раніше елемента, він і отримав свою назву: слово rubidus перекладається з латині як «багряний, темно-червоний».
У 1863 році Бунзен вперше виділив з води мінерального джерела металевий рубідій шляхом упарювання великої кількості розчину, поділу солей калію, цезію і рубідію і, нарешті, відновлення металу з використанням сажі. Пізніше Н. Бекетов зумів відновити рубідій з його гідроксиду за допомогою порошку алюмінію.
Фізична характеристика елемента
Рубідій - легкий метал, він має щільність 1,53 г / см 3 (при нульовій температурі). Утворює кристали з кубічної об'ємно-центрованої гратами. Плавиться рубідій всього при 39 ° C, тобто при кімнатній температурі його консистенція вже близька до пастоподібної. Метал кипить при 687 ° C, пари його мають зеленувато-синій відтінок.
Рубідій - парамагнетик. За провідності він більш ніж в 8 разів перевершує ртуть при 0 ° C і майже в стільки ж разів поступається сріблу. Подібно до інших лужних металів, рубідій відрізняє дуже низький поріг фотоефекту. Для збудження фотоструму в ньому досить вже довгохвильових (тобто низькочастотних і несучих меншу енергію) червоних світлових променів. В цьому відношенні по чутливості його перевершує лише цезій.
ізотопи
Рубідій має атомний вага 85,468. У природі зустрічається у вигляді двох ізотопів, що розрізняються кількістю нейтронів в ядрі: рубідій-85 становить найбільшу частку (72,2%), і в значно меншій кількості - 27,8% - рубідій-87. Ядра їх атомів, крім 37 протонів, містять відповідно по 48 і по 50 нейтронів. Легший ізотоп стабільний, а рубідій-87 має величезний по тривалості період напіврозпаду - 49 мільярдів років.
В даний час штучним шляхом отримано кілька десятків радіоактивних ізотопів цього хімічного елемента: від надлегкого рубідію-71 до перевантаженого нейтронами рубідію-102. Періоди напіврозпаду штучних ізотопів варіюють від декількох місяців до 30 наносекунд.
Основні хімічні властивості
Як було зазначено вище, в ряду хімічних елементів рубідій (як натрій, калій, літій, цезій і Францій) відноситься до лужних металів. Особливість електронної конфігурації їх атомів, що визначає хімічні властивості - це наявність лише одного електрона на зовнішньому енергетичному рівні. Цей електрон легко залишає атом, а іон металу при цьому набуває енергетично вигідну електронну конфігурацію стоїть перед ним в таблиці Менделєєва інертного елементу. Для рубідію це - конфігурація криптону.
Таким чином, рубідій, як і інші лужні метали, має яскраво виражені відновні властивості і ступінь окислення +1. Лужні властивості сильніше виявляються зі збільшенням атомної ваги, оскільки при цьому зростає і радіус атома, і, відповідно, послаблюється зв'язок зовнішнього електрона з ядром, що обумовлює підвищення хімічної активності. Тому рубідій активніше літію, натрію і калію, а цезій, в свою чергу, активніше рубідію.
Підсумовуючи все вищесказане про рубідій, розбір елемента можна зробити, як на ілюстрації, представленої нижче.
Сполуки, що утворюються рубідієм
На повітрі цей метал зважаючи на свою виняткову реакційної активності окислюється бурхливо, із запалюванням (полум'я має фіолетово-рожевий колір); в ході реакції утворюються надпероксід і пероксид рубідію, що проявляють властивості сильних окислювачів:
- Rb + O 2 → RbO 2.
- 2Rb + O 2 → Rb 2 O 2.
Оксид утворюється в тому випадку, якщо доступ кисню до реакції обмежений:
- 4Rb + O 2 → 2Rb 2 O.
Ця речовина жовтого кольору, що реагує з водою, кислотами і кислотними оксидами. У першому випадку утворюється одна з найбільш сильних лугів - гідроксид заліза, в інших - солі, наприклад, сульфат рубідію Rb 2 SO 4, більшість яких розчинні.
Ще більш бурхливо, супроводжуючись вибухом (так як миттєво спалахують і рубідій, і звільняється водень), протікає реакція металу з водою, в якій утворюється гідроксид рубідію, надзвичайно агресивне з'єднання:
- 2Rb + 2H 2 O → 2RbOH + H 2.
Рубідій - хімічний елемент, здатний також безпосередньо реагувати з багатьма неметалами - з фосфором, воднем, вуглецем, кремнієм, з галогенами. Галогеніди рубідію - RbF, RbCl, RbBr, RbI - добре розчинні у воді і в деяких органічних розчинниках, наприклад, в етанолі або в мурашиної кислоти. Взаємодія металу з сіркою (розтирання з сірчаним порошком) відбувається вибухово і призводить до утворення сульфіду.
Існують і малорозчинні сполуки заліза, такі як перхлорат RbClO 4, вони знаходять застосування в аналітиці для визначення цього хімічного елемента.
Знаходження в природі
Рубідій - елемент, що не належить до рідкісних. Зустрічається він практично скрізь, входить до складу безлічі мінералів і гірських порід, а також міститься в океані, в підземних і річкових водах. У земній корі вміст рубідію досягає сумарного значення вмісту міді, цинку і нікелю. Однак, на відміну від багатьох набагато більш рідкісних металів, рубідій - надзвичайно розсіяний елемент, його концентрація в породі дуже низька, і він не утворює власних мінералів.
У складі корисних копалин рубідій повсюдно супроводжує калію. Найбільшою концентрацією рубідію відрізняються лепідолітом - мінерали, службовці також джерелом літію і цезію. Так що рубідій в невеликих кількостях завжди присутня там, де виявляються інші лужні метали.
Трохи про застосування рубідію
Коротку характеристику хім. елемента рубідію можна доповнити декількома словами про те, в яких областях використовується цей метал і його сполуки.
Рубідій знаходить застосування у виробництві фотоелементів, в лазерній техніці, входить до складу деяких спеціальних сплавів для ракетної техніки. У хімічній промисловості солі рубідію використовуються завдяки високій каталітичної активності. Один з штучних ізотопів, рубідій-86, застосовується в гамма-дефектоскопії і, крім того, у фармацевтичній промисловості для стерилізації лікарських препаратів.
Ще один ізотоп, рубідій-87, використовують в геохронології, де він служить для визначення віку найдавніших гірських порід завдяки дуже великому періоду напіврозпаду (рубідій-стронцієвий метод).
Якщо кілька десятків років тому вважалося, що рубідій - хімічний елемент, область застосування якого навряд чи буде розширюватися, то в даний час для цього металу з'являються все нові перспективи, наприклад, в каталізі, в високотемпературних турбоагрегатах, в спеціальній оптиці і в інших сферах. Так що в сучасних технологіях рубідій грає і буде продовжувати відігравати важливу роль.
(Rubidium; від лат. Rubidus - червоний, темно-червоний), Rb - хім. елемент I групи періодичної системи елементів] ат. н.37, ат. м. 85,47. Сріблясто-білий метал. У з'єднаннях виявляє ступінь окислення + 1. Природний Р. складається з стабільного ізотопу 85Rb (72,15%) і радіоактивного ізотопу 87Rb (27,85%) з періодом напіврозпаду 5 10 10 років. Отримано понад 20 радіоактивних ізотопів, з яких брало найбільше застосування знаходить ізотоп 86Rb з періодом напіврозпаду 18,66 днів. Р. відкрили (1861) ньому. хімік Р. В. Бунзен і німий. фізик Г. Р. Кірхгоф при вивченні спектру гексахлороплатінатов лужних металів, обложених з маточника після розкладання одного із зразків лепідоліту.
Металевий рубідій вперше отримав (1863) Р. В. Бунзен відновленням гидротартрата рубідію вуглецем. Р.- один з рідкісних і вельми розсіяних елементів. Зміст його в земній корі 1,5 10 -2%. У вільному стані в природі не зустрічається через велику хім. активності. Входить до складу 97 мінералів, з яких брало джерелами отримання Р. служать і цинвальдит. Міститься в магматичних, лужних і осадових породах, в гранітних пегматитах, грунті, у мн. солях, в морській воді, живих організмах і рослинах, в кам'яному вугіллі. Кристалічна решітка Р.- об'емноцентрірованная кубічна з періодом а - 5,70 А (т-ра 0Р С). Атомний радіус 2,48 А, іонний радіус Rb + дорівнює 1,49 а. Щільність (т-ра 0 ° С) 1,5348 г / см3; tпл 38,7 ° С; температуру кипіння 703 ° С; пор. термічний коеф. лінійного розширення в інтервалі т-р 0-38 ° С дорівнює 9,0 10 -5 град-1; теплоємність при т-рах 0 і 25 ° С дорівнює відповідно 7,05 і 7,43 кал / г-атом град; питомий електричний опір при т-ре 0 ° С становить 11,25 мком см. Металевий Р. парамагнитен. Р.- м'який, пластичний метал. Твердість за шкалою Мооса - 0,3; НВ = 0,022; модуль норм, пружності 240 кгс / мм2; тиск витікання ін і т-ре 22 ° С дорівнює 0,08 кгс / мм2; стисливість при кімнатній т-рі 5,20 · 10 -3 кгс / мм2. Пари Р. пофарбовані в оранжевий колір.
Летючі з'єднання рубідію забарвлюють полум'я газового пальника в синювато-червоний (фіолетовий) колір. Рубідій відрізняється високою реакційною здатністю, що перевищує реакційну здатність калію, натрію і літію. На повітрі метал миттєво окислюється із запалюванням, утворюючи перекис Rb202 і надперекись Rb02. З киснем в залежності від умов окислення дає окис Rb20, перекис Rb202, надперекись Rb02, озоніди Rb03 і гідроокис RbOH. При взаємодії з воднем утворюється гідрид RbH - біла кристалічна речовина, що відрізняється великою хім. активністю. Р. безпосередньо з'єднується (із запалюванням) з галогенами, утворюючи RbF, RbCl, RbBr і Rbl - безбарвні кристали, добре розчинні у воді і мн. органічних розчинниках. У рідкому азоті при електро. розряді між електродами, виготовленими з Р, отримують нітрид Rb3N - зелений або синій дуже гігроскопічний малостійкі порошок. Обмінної реакцією між азидом барію і сульфатом Р., взаємодією аміду Р. з закисом азоту отримують азид RbN3. Відомі сполуки рубідію з сіркою, селеном і телуром - халько'еніди. Сульфід Rb2S 4H20 - білий дрібнокристалічний порошок, розпливчастий на повітрі; безводний Rb2S - темно-червоний кристалічний порошок. Білий кристалічний порошок селеніду Rb2Se і світло-жовтий порошок Іда Rb2Te розкладаються на повітрі. З вуглецем Р. утворює ацетілід Rb2C2, з'єднання C8Rb, C24Rb і ін .; з фосфором - Rb2P5, RbPHa, з кремнієм - силицид RbSi. При заміні водню неорганічної к-ти на Р. отримують відповідну сіль - сульфат, карбонат, нітрат та ін. З мн. металами, включаючи лужні, Р. утворює.
У реакціях з неорганічними сполуками поводиться як відновник. У промисловості металевий рубідій отримують в основному вакуумно-термічним відновленням, діючи на солі Р., напр. на галоїдні сполуки, магнієм або кальцієм при високих т-рах в вакуумі. Для произова Р.прібегают також до електрохімічного способу. При електролізі, напр., Розплаву хлориду RbCl иа рідкому свинцевому катоді отримують свінцоворубідіевий сплав, з к-якого метал виділяють дистиляцією в вакуумі. Невелика кількість дуже чистого металу отримують нагріванням азида Р. до т-ри 390- 395 ° С у вакуумі. Пари Р. використовують в лазерах, в чутливих магнітометри, необхідних при космічних дослідженнях, геофізичних пошуках нафти і т. П. Лампи низького тиску з парами Р. використовують як джерела резонансного випромінювання. Металевий Р. застосовують в гідридних паливних елементах, він входить до складу металевих теплоносіїв для ядерних реакторів, використовується для виготовлення високоефективних фотоелектронні помножувачі, знаходить застосування в вакуумних радіолампах - як геттера і для створення позитивних іонів на нитках напруження. Крім того, рубідій використовують в ядерних гіроскопах, за допомогою яких брало визначають зміна кутового положення або кутову швидкість в сверхстабільних стандартах частот; він входить до складу мастильних матеріалів, які використовуються в реактивної і космічній техніці; окис RbaO використовують в складних Фотокатод, вона входить до складу електродних стекол, рН-метрів; суміш хлоридів Р. і міді застосовують при виготовленні термісторів для підвищених т-р (до 290 ° С).
характеристика елемента
У 1861 р при дослідженні солі мінеральних джерел спектральним аналізом Роберт Бунзен виявив новий елемент. Його наявність доводилося темно-червоними лініями в спектрі, яких не давали інші елементи. За кольором цих ліній елемент і був названий рубідій (rubidus - темно - червоний). У 1863 р Р. Бунзен отримав цей метал і в чистому вигляді відновленням тартрату рубідію (виннокислою солі) сажею.
Особливістю елемента є легка збудливість його атомів. Електронна емісія у нього з'являється під дією червоних променів видимого спектру. Це пов'язано з невеликою різницею в енергіях атомних 4dі 5 s -орбіталей. З усіх лужних елементів, що мають стабільні, рубідій (як і цезію) належить один з найбільших атомних радіусів і маленький потенціал іонізації. Такі параметри визначають характер елемента: високу електропозитивний, надзвичайну хімічну активність, низьку температуру плавлення (39 ° С) і малу стійкість до зовнішніх впливів.
Властивості простої речовини і з'єднань
Зовні компактний рубідій - блискучий сріблясто-білий метал. При звичайній-температурі своїм станом нагадує пасту. Він легкий, так як його щільність всього 1,5 г / см³ , Погано проводить електричний струм, його пари мають зеленувато-синій колір. У з'єднаннях є виключно катіоном зі ступенем окислення +1. Зв'язок практично на 100% іонна, так як атом рубідію відрізняється високою поляризуемостью і відсутністю поляризующего дії на більшість атомів і іонів. Висока активність його призводить до того, що на повітрі він миттєво спалахує, а з льодом бурхливо реагує навіть при температурі нижче - 100 ° С. Результатом окислення цього металу є пероксид Rb 2 O 2 і супероксид Rb 2 O 4. Оксид Rb 2 O утворюється при дотриманні спеціальних умов. Гідроксид RbOH - безбарвні кристали зtпл = 301 ° С. З розчинів виділяється у вигляді кристалогідратів RbOH· H 2 O і RbOH · 2H 2 O.
З галогенами, сіркою, фосфором , Оксидом вуглецю (IV) і чотирьоххлористим вуглецем метал реагує з вибухом. У тихому електричному заряді з азотом утворює нітрид Rb 3 N. Вище 300 ° С метал здатний руйнувати, відновлюючи з SiO 2 :
2Rb + SiO 2 = Rb 2 O 2 + Si
При нагріванні розплавленого рубідію в атмосферіводню утворюється малостійкі гідрид RbH, окислюється із запалюванням під дією вологи повітря.
Отримання і використання рубідію
Рубідій поширений в природі досить широко: зміст його в земній каре становить 3,1· 10 ˉ ² %. Однак власних мінералів не утворює і зустрічається разом з іншими лужними металами (завжди супроводжує калію). Витягується попутно при переробці мінеральної сировини зокрема лепідоліту і карналіту, з метою вилучення сполук калію і магнію. Рубідієві препарати іноді застосовувалися в медицині як снодійні і болезаспокійливі засоби і при лікуванні деяких форм епілепсії. В аналітичній хімії з'єднання рубідію використовуються як специфічні реактиви на
