Рубидий и его характеристики

Рубидий – металл, имя которого напоминает название драгоценного камня рубин. Минерал красный. Это оправдывает его имя, переводимое как «алый».

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!

Оценим за полчаса!

Рубидий же серебристо-серый. В чем подвох? В истории обнаружения металла. Его выделили из минерала лепидолита.

Рубидий и его характеристики

Разложив камень по составным, химики «потеряли» 2,5% массы. Сначала, списали на испарившуюся при реакциях воду.

Потом, решили провести спектральный анализ. Обнаружилась линия темно-красного цвета.

Известные науки элементы такой не обладали. Так, в 1863-ем году и был открыт металл рубидий. Что человечеству удалось узнать о нем за полтора минувших столетия, расскажем далее.

Химические и физические свойства рубидия

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!
Читайте также:  Степень окисления кобальта (co), формула и примеры

Оценим за полчаса!

Рубидий металлический образует кристаллы. Они напоминают кубы. Характерный для металлов блеск просматривается лишь на срезе агрегатов.

Разрезать их не проблема,  — материал мягкий, словно сыр. Это особенность большинства щелочных металлов, к коим относится и рубидий. Формула его характеризуется одним электроном на внешнем уровне.

Всего их 5. Неудивительно, что элемент является мощным восстановителем, активен в химическом плане. Отдаленный от ядра электрон легко замещается.

Так образуются все виды солей, к примеру, хлорид рубидия. Как и остальные соединения, он легко растворим в воде.

В природе выявлено два изотопа 37-го элемента таблицы Менделеева. 85-ый атом рубидия стабилен, а вот 87-ой – радиоактивен, хоть и слабо.

После полного распада 87-ой изотоп преобразуется в стабильную разновидность стронция. В искусственных условиях элемент рубидий дал 20 изотопов.

Все радиоактивные. Номера изотопов равны их атомной массе. Если она меньше 85-ти, испускаются лучи бета+. 

Такой рубидий, зачастую,  распадается за несколько минут, а порой, и секунд. Наиболее устойчив 81-ый изотоп.

Его полураспад составляет 4 часа. После, выделяется криптон. Это газ, тоже радиоактивный.

Рубидий и его характеристики

Если металл входит в соединения с другими, то всегда одновалентен, то есть образует лишь одну химическую связь с другим атомом.

Степень окисления при этом равна +1. Оксид рубидия образуется лишь в условиях нехватки кислорода.

Если же его достаточно, идет бурная реакция, итогом которой становится пероксид и надпероксид 37-го элемента.

В кислородной среде щелочной металл рубидий загорается. В этом и заключается буйство реакции.

Еще опаснее сочетание с водой. Происходит взрыв. Осторожничать приходится и с карбидом рубидия.

Химический элемент в веществе способен самовоспламениться в углекислой среде. В воде соединение, как и чистый металл, взрывается.

Рубидий, при этом, сгорает. Остается лишь углерод. Он выделяется в виде угля. Так что, это один из способов добычи топлива.

Применение рубидия

Первое применение элементу нашла природа. Она заложила 1 миллиграмм металла в организм каждого человека.

Рубидий есть в костях, легких, головном мозге, женских яичниках, крови. 37-ой элемент выполняет роль антиаллергена, оказывает противовоспалительное действие, слегка затормаживает, успокаивая нервы.

В крови рубидий, цвет спектральной черты которого сливается с тоном эритроцитов, борется со свободными радикалами.

Металл снижает и действие окислителей. Благодаря этому, клетки крови живут дольше и лучше функционируют. Повышается иммунитет, уровень гемоглобина.

Медики прописывают препараты рубидия в качестве болеутоляющих и снотворных.

Кроме этого, 37-ой элемент получают эпилептики. Врачи рассчитывают на тормозящее нервные импульсы действие препарата.

Рубидий выводится из организма вместе с мочой. Поэтому, требуется восполнение. Суточная норма потребления элемента – 1-2 миллиграмма.

Получить их можно, употребляя бобовые, злаки, орехи, белые грибы, почти все фрукты и ягоды, особенно, черную смородину.

Вне организма рубидий присутствует в телевизионных трубках, устройствах, воспроизводящих оптические фонограммы и в фотокатодах.

Причина – фотоэффект. На него 37-ой элемент способен благодаря быстрой потере электронов под действием света.

Аналогично поведение цезия. Рубидий соперничает с ним за место на рынке фотоэлементов.

Фторид рубидия, как и прочие соли элемента, закладывают в топливные элементы. Соединения 37-го металла служит в них электролитом.

Электролитом является, так же, гидроксид рубидия. Он рекомендован для низкотемпературных химически источников тока.

Убыстрить его течение 37-ой элемент способен в качестве добавки к раствору гидроксида калия.

В роли катализатора выступает уже карбонат рубидия. Его закупают для производства синтетической нефти. Ее называют синтолом.

Специальные катализаторы с рубидием запатентованы для синтеза высших спиртов, стирола и бутадеина.

Рубидий и его характеристики

Нитрат рубидия признан средством для калибровки калориметров. Это приборы, замеряющие количество теплоты.

Техника засекает и ее выделение, и поглощение при различных химических, физических, биологических процессах.

Не обходится без рубидия и атомная промышленность. 37-ой элемент числится в составе металлических теплоносителей.

Они заключены в ядерных реакторах. Есть рубидий и в вакуумных радиолампах. Металл формирует положительные ионы на их нитях накаливания.

В космической отрасли металлический рубидий входит в состав смесей для смазки. Обнаружить 37-ой элемент можно даже в термометрах.

Речь не о ртутных образцах, а о моделях для измерения повышенных температур до 400-от градусов Цельсия. В таких термометрах находится смесь хлоридов меди и рубидия.

Электронная отрасль использует пары щелочного металла. С ними, в частности, связано изготовление высокочувствительных магнитометров. Ими пользуются при космических исследованиях и геофизических изыскания.

Добыча рубидия

Рубидий – рассеянный элемент. Это усложняет разработку солидных запасов. По распространенности в земной коре металл занимает 20-е место.

Однако, у него нет собственных минералов и руд, то есть пород, в которых рубидий является основой.

В том же лепидолите, из которого элемент когда-то выделили, он присутствует лишь в качестве примеси.

Искать рубидий приходится попутно с другими щелочными металлами. Можно использовать и морскую воду. В ней растворены соли 37-го элемента. Но, пока, этот ресурс не разрабатывается.

Промышленное получение рубидия – это выделение из электролита, оставшегося после производства магния. Его добывают из карналлита.

Остается осадок из ферроцианидов, железа и никеля. Рубидий скрыт в первых. Ферроцианиды прокаливают, получая карбонат 37-го металла. Он загрязнен цезием и калием. Остается провести очистку.

Рубидий и его характеристики

Немало рубидия извлекают на производстве лития. После его выделения, 37-ой элемент осаждают из маточных растворов.

Итог операции – алюморубидиевые квасцы. После их многократной перекристаллизации удается разделить  составляющие.

Поскольку с 50-ых годов прошлого века производство лития резко увеличилось, увеличилось и предложение на рубидий.

Он перестал быть дорогостоящим дефицитом. Узнаем, во сколько оценивают металл современники.

Цена рубидия

В России рубидий производят на Заводе редких металлов. Предприятие находится в Новосибирской области, реализует упаковки по 30 граммов и 1-му килограмму.

За последний объем придется выложить около 400 000 рублей. Частные продавцы предлагают рубидий, разделенный по граммам.

За один просят, как правило, 5-6 долларов США. Вот и посчитайте. При этом, раньше цены на 37-ой элемент были еще выше.

Но, рекордсменом рубидий, все же, не являлся. Передовик – калифорний. Это самый редкий и самый дорогой металл.

Стоимость грамма превышает 6 000 000 долларов. В сравнении с этим ценником, запросы поставщиков за рубидий кажутся незначительными.

Кстати, кроме Новосибирского завода 37-ым элементом торгует и Сервермед из Мурманской области.

Источник: https://tvoi-uvelirr.ru/rubidij-metall-svojstva-rubidiya-primenenie-rubidiya/

РУБИДИЙ

Содержание статьи

  • Соединения рубидия с кислородом.
  • Применение изотопов рубидия.

РУБИДИЙ – (Rubidium) Rb, химический элемент 1-й (Ia) группы Периодической системы. Щелочной элемент. Атомный номер 37, относительная атомная масса 85,4678.

В природе встречается в виде смеси стабильного изотопа 85Rb (72,15%) и радиоактивного изотопа 87Rb (27,86%) с периодом полураспада 4,8.1010 лет.

Искусственно получено еще 26 радиоактивных изотопов рубидия с массовыми числами от 75 до 102 и периодами полураспада от 37 мс (рубидий-102) до 86 дней (рубидий-83).

Степень окисления +1.

Рубидий был открыт в 1861 немецкими учеными Робертом Бунзеном и Густавом Кирхгоффом и стал одним из первых элементов, открытых методом спектроскопии, который был изобретен Бунзеном и Кирхгоффом в 1859. Название элемента отражает цвет наиболее яркой линии в его спектре (от латинского rubidus – глубокий красный).

Изучая с помощью спектроскопа различные минералы, Бунзен и Кирхгофф заметили, что один из образцов лепидолита, присланный из Розены (Саксония), дает линии в красной области спектра. (Лепидолит – минерал калия и лития, который имеет примерный состав K2Li3Al4Si7O21(OH,F)3.

) Эти линии не встречались в спектрах ни одного из известных веществ. Вскоре аналогичные темно-красные линии были обнаружены в спектре осадка, полученного после испарения воды из образцов, взятых из минеральных источников Шварцвальда.

Однако содержание нового элемента в опробованных образцах было ничтожным, и чтобы извлечь мало-мальски ощутимые количества, Бунзену пришлось выпаривать свыше 40 м3 минеральных вод. Из упаренного раствора он осадил смесь хлороплатинатов калия, рубидия и цезия.

Для отделения рубидия от его ближайших родственников (и особенно от большого избытка калия) Бунзен подверг осадок многократной фракционированной кристаллизации и получил хлориды рубидия и цезия из наименее растворимой фракции и затем перевел их в карбонаты и тартраты (соли винной кислоты), что позволило еще лучше очистить рубидий и освободить его от основной массы цезия. Бунзену удалось получить не только отдельные соли рубидия, но и сам металл. Металлический рубидий был впервые получен при восстановлении сажей кислой соли – гидротартрата рубидия.

Спустя четверть века русский химик Николай Николаевич Бекетов предложил другой способ получения металлического рубидия – восстановлением его из гидроксида алюминиевым порошком. Он проводил этот процесс в железном цилиндре с газоотводной трубкой, которая соединялась со стеклянным резервуаром-холодильником.

Цилиндр подогревался на газовой горелке, и в нем начиналась бурная реакция, сопровождавшаяся выделением водорода и возгонкой рубидия в холодильник.

Как писал сам Бекетов, «рубидий гонится постепенно, стекая, как ртуть, и сохраняя даже свой металлический блеск вследствие того, что снаряд во время операции наполнен водородом».

Распространение рубидия в природе и его промышленное извлечение. Содержание рубидия в земной коре составляет 7,8·10–3%. Это примерно столько же, как для никеля, меди и цинка. По распространенности в земной коре рубидий находится примерно на 20-м месте, однако в природе он находится в рассеянном состоянии, рубидий – типичный рассеянный элемент.

Собственные минералы рубидия неизвестны. Рубидий встречается вместе с другими щелочными элементами, он всегда сопутствует калию. Обнаружен в очень многих горных породах и минералах, найденных, в частности, в Северной Америке, Южной Африке и России, но его концентрация там крайне низка.

Только лепидолиты содержат несколько больше рубидия, иногда 0,2%, а изредка и до 1–3% (в пересчете на Rb2О).

Соли рубидия растворены в воде морей, океанов и озер. Концентрация их и здесь очень невелика, в среднем порядка 100 мкг/л. В отдельных случаях содержание рубидия в воде выше: в Одесских лиманах оно оказалось равным 670 мкг/л, а в Каспийском море – 5700 мкг/л. Повышенное содержание рубидия обнаружено и в некоторых минеральных источниках Бразилии.

Из морской воды рубидий перешел в калийные соляные отложения, главным образом, в карналлиты. В страссфуртских и соликамских карналлитах содержание рубидия колеблется в пределах от 0,037 до 0,15%. Минерал карналлит – сложное химическое соединение, образованное хлоридами калия и магния с водой; его формула KCl·MgCl2·6H2O.

Рубидий дает соль аналогичного состава RbCl·MgCl2·6H2O, причем обе соли – калиевая и рубидиевая – имеют одинаковое строение и образуют непрерывный ряд твердых растворов, кристаллизуясь совместно. Карналлит хорошо растворим в воде, потому вскрытие минерала не составляет большого труда.

Читайте также:  Строение атома железа (fe), схема и примеры

Сейчас разработаны и описаны в литературе рациональные и экономичные методы извлечения рубидия из карналлита, попутно с другими элементами.

Тем не менее, большую часть добываемого рубидия получают как побочный продукт при производстве лития из лепидолита.

После выделения лития в виде карбоната или гидроксида рубидий осаждают из маточных растворов в виде смеси алюморубидиевых, алюмокалиевых и алюмоцезиевых квасцов MAl(SO4)2·12H2O (M = Rb, K, Cs). Смесь разделяют многократной перекристаллизацией.

Рубидий выделяют и из отработанного электролита, получающегося при получении магния из карналлита. Из него рубидий выделяют сорбцией на осадках ферроцианидов железа или никеля. Затем ферроцианиды прокаливают и получают карбонат рубидия с примесями калия и цезия.

При получении цезия из поллуцита рубидий извлекают из маточных растворов после осаждения Cs3[Sb2Cl9]. Можно извлекать рубидий и из технологических растворов, образующихся при получении глинозема из нефелина.

Для извлечения рубидия используют методы экстракции и ионообменной хроматографии. Соединения рубидия высокой чистоты получают с использованием полигалогенидов.

Значительную часть производимого рубидия выделяют в ходе получения лития, поэтому появление большого интереса к литию для использования его в термоядерных процессах в 1950-х привело к уведичению добычи лития, а, следовательно, и рубидия и поэтому соединения рубидия стали более доступными.

Рубидий – один из немногих химических элементов, ресурсы и возможности добычи которого больше, чем нынешние потребности в нем. Официальная статистика по производству и использованию рубидия и его соединений отсутствует. Считают, что годовое производство рубидия составляет около 5 т.

Рынок рубидия очень мал. Активная торговля металлом не ведется, и рыночной цены на него нет. Цены, установленные компаниями, торгующими рубидием и его соединениями, различаются в десятки раз.

Характеристика простого вещества, промышленное получение и применение металлического рубидия. Рубидий – мягкий серебристо-белый металл. При обычной температуре он имеет почти пастообразную консистенцию. Плавится рубидий при 39,32° С, кипит при 687,2° С. Пары рубидия окрашены в зеленовато-синий цвет.

  • Рубидий обладает высокой реакционной способностью. На воздухе он мгновенно окисляется и воспламеняется, образуя надпероксид RbO2 (с примесью пероксида Rb2O2):
  • Rb + O2 = RbO2 , 2Rb + O2 = Rb2O2
  • С водой рубидий реагирует со взрывом c образованием гидроксида RbOH и выделением водорода: 2Rb + 2H2O = 2RbOH + H2.

Рубидий непосредственно соединяется с большинством неметаллов. Однако с азотом он в обычных условиях не взаимодействует. Нитрид рубидия Rb3N образуется при пропускании в жидком азоте электрического разряда между электродами, изготовленными из рубидия.

  1. Рубидий восстанавливает оксиды до простых веществ. Он реагирует со всеми кислотами с образованием соответствующих солей, а со спиртами дает алкоголяты:
  2. 2Rb + 2C2H5OH = 2C2H5ORb + H2
  3. Рубидий растворяется в жидком аммиаке, при этом получаются синие растворы, содержащие сольватированные электроны и обладающие электронной проводимостью.

Со многими металлами рубидий образует сплавы и интерметаллические соединения. Соединение RbAu, в котором связь между металлами имеет частично ионный характер, является полупроводником.

  • Металлический рубидий получают, в основном, восстановлением соединений рубидия (обычно галогенидов), кальцием или магнием:
  • 2RbCl + 2Ca = 2Rb + CaCl2
  • Rb2CO3 + 3Mg = 2Rb + 3MgO + C

Реакцию галогенида рубидия с магнием или кальцием проводят при 600–800° С и 0,1 Па. Продукт очищают от примесей ректификацией и вакуумной дистилляцией.

Можно получить рубидий электрохимическим способом из расплава галогенида рубидия на жидком свинцовом катоде. Из образовавшегося свинцово-рубидиевого сплава рубидий выделяют дистилляцией в вакууме.

В небольших количествах рубидий получают восстановлением хромата рубидия Rb2CrO4 порошком циркония или кремния, а рубидий высокой чистоты – путем медленного термического разложения азида рубидия RbN3 в вакууме при 390–395° С.

Металлический рубидий – компонент материала катодов для фотоэлементов и фотоэлектрических умножителей, хотя по чувствительности и диапазону действия рубидиевые фотокатоды уступают некоторым другим, в частности цезиевым. Он входит в состав смазочных композиций, используемых в реактивной и космической технике. Пары рубидия используют в разрядных электрических трубках.

Металлический рубидий является компонентом катализаторов (его наносят на активную окись алюминия, силикагель, металлургический шлак) доокисления органических примесей в ходе производства фталевого ангидрида, а также процесса получения циклогексана из бензола. В его присутствии реакция идет при более низких температурах и давлениях, чем при активации катализаторов натрием или калием, и ему почти не мешают «смертельные» для обычных катализаторов яды – вещества, содержащие серу.

Рубидий опасен в обращении. Хранят его в ампулах из специального стекла в атмосфере аргона или в стальных герметичных сосудах под слоем обезвоженного минерального масла.

Соединения рубидия. Рубидий образует соединения со всеми обычными анионами. Почти все соли рубидия хорошо растворимы в воде. Как и у калия мало растворимы соли Rb2SiF6, Rb2PtCl6.

Соединения рубидия с кислородом.

Рубидий образует многочисленные кислородные соединения, в том числе, оксид Rb2O, пероксид Rb2O2, надпероксид RbO2, озонид RbO3. Все они окрашены, например, Rb2O – ярко-желтый, а RbO2 – темно-коричневый. Надпероксид рубидия образуется при сжигании рубидия на воздухе.

Пероксид рубидия получают окислением рубидия, растворенного в безводном аммиаке, безводным пероксидом водорода, а оксид рубидия – нагреванием смеси металлического рубидия и его пероксида.

Оксид, пероксид и надпероксид термически устойчивы, они плавятся при температуре около 500° С.

Методом рентгеноструктурного анализа было показано, что соединение состава Rb4O6, полученное в твердом состоянии реакцией Rb2O2 с RbO2 в соотношении 1:2, имеет состав [Rb4(O22–)(O2–)2]. При этом двухатомные анионы кислорода разных типов (пероксид и надпероксид) в кубической элементарной ячейке неразличимы даже при –60° С. Это соединение плавится при 461° С.

Озонид рубидия RbО3 образуется при действии озона на безводный порошок RbОН при низкой температуре:

4RbOH + 4O3 = 4RbO3 + 2H2O + O2

Частичное окисление рубидия при низких температурах дает соединение состава Rb6O, которое разлагается выше –7,3° С с образованием блестящих кристаллов медного цвета, имеющих состав Rb9O2. Под действием воды соединение Rb9O2 воспламеняется. При 40,2° С оно плавится с разложением и образованием Rb2O и Rb в соотношении 2:5.

  1. Карбонат рубидия Rb2CO3 плавится при 873° С, хорошо растворим в воде: при 20° С в 100г воды растворяется 450г карбоната рубидия.
  2. В 1921 немецкие химики Франц Фишер (Fischer Franz) (1877–1947) и Ганс Тропш (Tropsch Hans) (1889–1935) нашли, что карбонат рубидия – превосходный компонент катализатора для получения синтетической нефти – синтола (смесь спиртов, альдегидов и кетонов, образующаяся из водяного газа при 410° C и давления 140–150 атм в присутствии специального катализатора).
  3. Карбонат рубидия оказывает положительное действие на процесс полимеризации аминокислот, с его помощью получены синтетические полипептиды с молекулярной массой до 40 000, причем реакция протекает очень быстро.
  4. Гидрид рубидия RbH получают взаимодействием простых веществ при нагревании под давлением 5–10 МПа в присутствии катализатора:
  5. 2Rb + H2 = 2RbH
  6. Это соединение плавится при 585° С; разлагается под действием воды.
  7. Галогениды рубидия RbF, RbCl, RbBr, RbI получают при взаимодействии гидроксида или карбоната рубидия с соответствующими галогеноводородными кислотами, при реакции сульфата рубидия с растворимыми галогенидами бария, а также при пропускании сульфата или нитрата рубидия через ионообменную смолу.

Галогениды рубидия хорошо растворимы в воде, хуже – в органических растворителях. Они растворяются в водных растворах галогеноводородных кислот, образуя в растворе гидрогалогениды, устойчивость которых падает от гидродифторида RbHF2 к гидродииодиду RbHI2.

Фторид рубидия входит в состав специальных стекол и композиций для аккумулирования тепла. Он является оптическим материалом, прозрачным в диапазоне 9–16 мкм. Хлорид рубидия служит электролитом в топливных элементах. Его добавляют в специальные чугунные отливки для улучшения их механических свойств, он является компонентом материала катодов электроннолучевых трубок.

У смесей хлоридов рубидия с хлоридами меди, серебра или лития электрическое сопротивление падает с повышением температуры столь резко, что они могут стать весьма удобными термисторами в различных электрических установках, работающих при температуре 150–290° C.

Иодид рубидия используется как компонент люминесцентных материалов для флуоресцирующих экранов, твердых электролитов в химических источниках тока. Соединение RbAg4I5 имеет самую высокую электропроводность из всех известных ионных кристаллов. Его можно использовать в тонкопленочных батареях.

Комплексные соединения. Для рубидия не характерно образование ковалентных связей. Наиболее устойчивыми являются его комплексы с полидентатными лигандами, например с краун-эфирами, где он обычно проявляет координационное число 6.

Другая группа очень эффективных лигандов, которые в последнее время используются для координации катионов щелочных элементов, – макроциклические полидентатные лиганды, которые французский химик-органик Жан Мари Лен назвал криптандами (рис. 1).

Рубидий и его характеристики

Рубидий образует комплекс [Rb(crypt)]CNS.H2O, в котором криптанд N{(CH2CH2O)2CH2CH2}3N (crypt) заключает катион в координационной полиэдр, имеющий форму двухшапочной тригональной призмы (рис. 2).

Рубидий и его характеристики

Озонид рубидия образует устойчивые растворы в органических растворителях (таких как CH2Cl2, тетрагидрофуран или СН3CN), если катион координирован краун-эфирами или криптандами.

Медленное выпаривание аммиачных растворов таких комплексов приводит к образованию красных кристаллов. Рентгеноструктурный анализ соединения состава [Rb(18-crown-6)(O3)(NH3)] показал, что координационное число атома рубидия равно 9.

Он образует шесть связей с краун-эфиром, две – с ионом O3– и одну – с молекулой аммиака.

Применение изотопов рубидия.

Рубидий-87 самопроизвольно испускает электроны (b-излучение) и превращается в изотоп стронция.

Около 1% стронция образовалось на Земле именно этим путем, и если определить соотношение изотопов стронция и рубидия с массовым числом 87 в какой-либо горной породе, то можно с большой точностью вычислить ее возраст.

Такой метод пригоден применительно к наиболее древним породам и минералам. С его помощью установлено, например, что самые старые скальные породы американского континента возникли 2100 млн лет тому назад.

Радионуклид рубидия-82 с периодом полураспада 76 с используется в диагностике. С его помощью, в частности, оценивают состояние миокарда. Изотоп вводится в кровеносную систему пациента, и кровоток анализируется методом позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ).

Елена Савинкина

Источник: https://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/himiya/RUBIDI.html

Рубидий

Рубидий Свойства атома Химические свойства Термодинамические свойства простого вещества Кристаллическая решётка простого вещества
Атомный номер 37
Внешний вид простого вещества Рубидий и его характеристики Образец рубидия Мягкий, серебристо-белый металл
Атомная масса (молярная масса) 85,4678 а. е. м. (г/моль)
Радиус атома 248 пм
Энергия ионизации (первый электрон) 402,8 (4,17) кДж/моль (эВ)
Электронная конфигурация [Kr] 5s1
Ковалентный радиус 216 пм
Радиус иона (+1e)147 пм
Электроотрицательность (по Полингу) 0,82
Электродный потенциал 0
Степени окисления 1
Плотность 1,532 г/см³
Молярная теплоёмкость 31,1 Дж/(K·моль)
Теплопроводность 58,2 Вт/(м·K)
Температура плавления 312,2 K
Теплота плавления 2,20 кДж/моль
Температура кипения 961 K
Теплота испарения 75,8 кДж/моль
Молярный объём 55,9 см³/моль
Структура решётки кубическая объёмноцентрированая
Параметры решётки 5,710 Å
Отношение c/a
Температура Дебая 56 K
Rb 37
85,4678
[Kr]5s1
Рубидий

Рубидий — элемент главной подгруппы первой группы, пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 37. Обозначается символом Rb (лат. Rubidium). Простое вещество рубидий (CAS-номер: 7440-17-7) — мягкий щелочной металл серебристо-белого цвета.

История

В 1861 году немецкие учёные Роберт Вильгельм Бунзен и Густав Роберт Кирхгоф, изучая с помощью спектрального анализа природные алюмосиликаты, обнаружили в них новый элемент, впоследствии названный рубидием по цвету наиболее сильных линий спектра.

Происхождение названия

Название дано по цвету наиболее характерных красных линий спектра (от лат. rubidus — красный, тёмно-красный).

Получение

Большую часть добываемого рубидия получают как побочный продукт при производстве лития из лепидолита. После выделения лития в виде карбоната или гидроксида рубидий осаждают из маточных растворов в виде смеси алюморубидиевых, алюмокалиевых и алюмоцезиевых квасцов RbAl(SO4)2·12H2O, KAl(SO4)2·12H2O, CsAl(SO4)2·12H2O. Смесь разделяют многократной перекристаллизацией.

Рубидий также выделяют и из отработанного электролита, получающегося при получении магния из карналлита. Из него рубидий выделяют сорбцией на осадках ферроцианидов железа или никеля.

Затем ферроцианиды прокаливают и получают карбонат рубидия с примесями калия и цезия. При получении цезия из поллуцита рубидий извлекают из маточных растворов после осаждения Cs3[Sb2Cl9].

Можно извлекать рубидий и из технологических растворов, образующихся при получении глинозёма из нефелина.

Для извлечения рубидия используют методы экстракции и ионообменной хроматографии. Соединения рубидия высокой чистоты получают с использованием полигалогенидов.

Значительную часть производимого рубидия выделяют в ходе получения лития, поэтому появление большого интереса к литию для использования его в термоядерных процессах в 1950-х привело к уведичению добычи лития, а, следовательно, и рубидия. Именно поэтому соединения рубидия стали более доступными.

Мировые ресурсы рубидия

Содержание рубидия в земной коре составляет 7,8·10−3%. Это примерно равно содержанию никеля, меди и цинка. По распространенности в земной коре рубидий находится примерно на 20-м месте, однако в природе он находится в рассеянном состоянии, рубидий — типичный рассеянный элемент. Собственные минералы рубидия неизвестны.

Рубидий встречается вместе с другими щелочными элементами, он всегда сопутствует калию. Обнаружен в очень многих горных породах и минералах, найденных, в частности, в Северной Америке, Южной Африке и России, но его концентрация там крайне низка.

Только лепидолиты содержат несколько больше рубидия, иногда 0,2 %, а изредка и до 1—3 % (в пересчете на Rb2О).

Соли рубидия растворены в воде морей, океанов и озер. Концентрация их и здесь очень невелика, в среднем порядка 100 мкг/л. В отдельных случаях содержание рубидия в воде выше: в Одесских лиманах оно оказалось равным 670 мкг/л, а в Каспийском море — 5700 мкг/л. Повышенное содержание рубидия обнаружено и в некоторых минеральных источниках Бразилии.

Из морской воды рубидий перешел в калийные соляные отложения, главным образом, в карналлиты. В страссфуртских и соликамских карналлитах содержание рубидия колеблется в пределах от 0,037 до 0,15 %. Минерал карналлит — сложное химическое соединение, образованное хлоридами калия и магния с водой; его формула KCl·MgCl2·6H2O.

Рубидий дает соль аналогичного состава RbCl·MgCl2·6H2O, причём обе соли — калиевая и рубидиевая — имеют одинаковое строение и образуют непрерывный ряд твёрдых растворов, кристаллизуясь совместно. Карналлит хорошо растворим в воде, потому вскрытие минерала не составляет большого труда.

Сейчас разработаны и описаны в литературе рациональные и экономичные методы извлечения рубидия из карналлита, попутно с другими элементами.

Физические свойства

Рубидий образует серебристо-белые мягкие кристаллы, имеющие на свежем срезе металлический блеск. Твёрдость по Бринеллю 0,2 МН/м² (0,02 кгс/мм²). Кристаллическая решетка Рубидия кубическая объёмно-центрированная, а=5,71 Å (при комнатной температуре). Атомный радиус 2,48 Å, радиус иона Rb+ 1,49 Å.

Плотность 1,525 г/см³ (0 °C), tпл 38,9 °C, tкип 703 °C.

Удельная теплоемкость 335,2 Дж/(кг·К) [0,08 кал/(г·°С)], термический коэффициент линейного расширения 9,0·10−5 град−1 (0-38 °C), модуль упругости 2,4 ГН/м² (240 кгс/мм²), удельное объёмное электрическое сопротивление 11,29·10−6 ом·см (20 °C); рубидий парамагнитен.

Химические свойства

Щелочной металл, крайне неустойчив на воздухе (реагирует с воздухом в присутствии следов воды с воспламенением). Образует все виды солей — большей частью легкорастворимые (хлораты и перхлораты малорастворимы).

Читайте также:  Аксиома параллельных прямых в геометрии

Соединения рубидия

Гидроксид рубидия RbOH — весьма агрессивное вещество к стеклу и другим конструкционным и контейнерным материалам, а расплавленный RbOH разрушает большинство металлов (даже золото и платину).

Применение

Хотя в ряде областей применения рубидий уступает цезию, этот редкий щелочной металл играет важную роль в современных технологиях. Можно отметить следующие основные области применения рубидия: катализ, электронная промышленность, специальная оптика, атомная промышленность, медицина.

Рубидий используется не только в чистом виде, но и в виде ряда сплавов и химических соединений. Рубидий имеет хорошую сырьевую базу, более благоприятную, чем для цезия. Область применения рубидия в связи с ростом его доступности расширяется.

Изотоп рубидий-86 широко используется в гамма-дефектоскопии, измерительной технике, а также при стерилизации лекарств и пищевых продуктов.

Рубидий и его сплавы с цезием — это весьма перспективный теплоноситель и рабочая среда для высокотемпературных турбоагрегатов (в этой связи рубидий и цезий в последние годы приобрели важное значение, и чрезвычайная дороговизна металлов уходит на второй план по отношению к возможностям резко увеличить КПД турбоагрегатов, а значит и снизить расходы топлива и загрязнение окружающей среды). Применяемые наиболее широко в качестве теплоносителей системы на основе рубидия — это тройные сплавы:натрий-калий-рубидий, и натрий-рубидий-цезий.

В катализе рубидий используется как в органическом, так и неорганическом синтезе. Каталитическая активность рубидия используется в основном для переработки нефти на ряд важных продуктов.

Ацетат рубидия, например, используется для синтеза метанола и целого ряда высших спиртов из водяного газа, что актуально в связи с подземной газификацией угля и в производстве искусственного жидкого топлива для автомобилей и реактивного топлива.

Ряд сплавов рубидия с теллуром обладают более высокой чувствительностью в ультрафиолетовой области спектра, чем соединения цезия, и в связи с этим он способен в этом случае составить конкуренцию цезию как материал для фотопреобразователей.

В составе специальных смазочных композиций (сплавов), рубидий применяется как высокоэффективная смазка в вакууме (ракетная и космическая техника).

Гидроксид рубидия применяется для приготовления электролита для низкотемпературных химических источников тока, а также в качестве добавки к раствору гидроксида калия для улучшения его работоспособности при низких температурах и повышения электропроводности электролита. В гидридных топливных элементах находит применение металлический рубидий.

  • Хлорид рубидия в сплаве с хлоридом меди находит применение для измерения высоких температур (до 400 °C).
  • Пары рубидия используются как рабочее тело в лазерах, в частности, в рубидиевых атомных часах.
  • Хлорид рубидия применяется в топливных элементах в качестве электролита, то же можно сказать и о гидроксиде рубидия, который очень эффективен как электролит в топливных элементах, использующих прямое окисление угля.

Биологическая роль

Изотопы

В природе существуют два изотопа рубидия: стабильный 85Rb и бета-радиоактивный 87Rb (его период полураспада равен 4,923×1010 лет, это один из изотопов-геохронометров). Искусственным путём получены 30 радиоактивных изотопов рубидия (в диапазоне массовых чисел от 71 до 102), не считая 16 возбуждённых изомерных состояний.

Источник: http://himsnab-spb.ru/article/ps/rb

Рубидий

37 Рубидий
[Kr]5s1

Рубидий — элемент главной подгруппы первой группы, пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 37. Обозначается символом Rb (лат. Rubidium). Простое вещество рубидий — мягкий легкоплавкий щелочной металл серебристо-белого цвета.

Металлический рубидий имеет сходство с металлическим калием и металлическим цезием по внешнему виду, мягкости и проводимости.

Рубидий нельзя хранить на открытом воздухе, так как будет происходить сильно экзотермическая реакция, иногда даже приводящая к воспламенению металла.

Рубидий является первым щелочным металлом в группе, плотность которого выше, чем у воды, поэтому он тонет, в отличие от металлов над ним в группе.

В 1861 году немецкие учёные Роберт Вильгельм Бунзен и Густав Роберт Кирхгоф, изучая с помощью спектрального анализа природные алюмосиликаты, обнаружили в них новый элемент, впоследствии названный рубидием по цвету наиболее сильных линий спектра. Название, которое происходит от латинского слова rubidus, что означает «насыщенно красный».

Рубидий имел минимальную промышленную ценность до 1920-х годов. С тех пор наиболее важным применением рубидия являются исследования и разработки, главным образом в области химии и электроники.

В 1995 году рубидий-87 был использован для получения конденсата Бозе-Эйнштейна, за который первооткрыватели Эрик Аллин Корнелл, Карл Виман и Вольфганг Кеттерле получили в 2001 году Нобелевскую премию по физике.

Обнаружение радиоактивности рубидия

Природная радиоактивность рубидия была открыта Кемпбеллом и Вудом в 1906 году с помощью ионизационного метода и подтверждена В. Стронгом в 1909 году с помощью фотоэмульсии. В 1930 году Л. В.

 Мысовский и Р. А. Эйхельбергер с помощью камеры Вильсона показали, что эта радиоактивность сопровождается испусканием бета-частиц.

Позже было показано, что она обусловлена бета-распадом природного изотопа 87Rb.

Происхождение названия

Название дано по цвету наиболее характерных красных линий спектра (от лат. rubidus — красный, тёмно-красный).

Нахождение в природе

Мировые ресурсы рубидия

Содержание рубидия в земной коре составляет 7,8⋅10−3 %, что примерно равно суммарному содержанию никеля, меди и цинка. По распространённости в земной коре рубидий находится примерно на 23-м месте, примерно также распространённым как цинк, и более распространенным, чем медь. Однако, в природе он находится в рассеянном состоянии, рубидий — типичный рассеянный элемент.

Собственные минералы рубидия неизвестны. Рубидий встречается вместе с другими щелочными элементами, он всегда сопутствует калию. Обнаружен в очень многих горных породах и минералах, найденных, в частности, в Северной Америке, Южной Африке и России, но его концентрация там крайне низка.

Только лепидолиты содержат несколько больше рубидия, иногда 0,3 %, а изредка и до 3,5 % (в пересчете на Rb2O).

Соли рубидия растворены в воде морей, океанов и озёр. Концентрация их и здесь очень невелика, в среднем порядка 125 мкг/л, что меньше чем значение для калия — 408 мкг/л.

В отдельных случаях содержание рубидия в воде выше: в Одесских лиманах оно оказалось равным 670 мкг/л, а в Каспийском море — 5700 мкг/л.

Повышенное содержание рубидия обнаружено и в некоторых минеральных источниках Бразилии.

Из морской воды рубидий перешёл в калийные соляные отложения, главным образом, в карналлиты. В страссфуртских и соликамских карналлитах содержание рубидия колеблется в пределах от 0,037 до 0,15 %. Минерал карналлит — сложное химическое соединение, образованное хлоридами калия и магния с водой; его формула — KCl·MgCl2·6H2O.

Рубидий даёт соль аналогичного состава RbCl·MgCl2·6H2O, причём обе соли — калиевая и рубидиевая — имеют одинаковое строение и образуют непрерывный ряд твёрдых растворов, кристаллизуясь совместно. Карналлит хорошо растворим в воде, потому вскрытие минерала не составляет большого труда.

Сейчас разработаны и описаны в литературе рациональные и экономичные методы извлечения рубидия из карналлита, попутно с другими элементами.

Месторождения

Минералы, содержащие рубидий (лепидолит, циннвальдит, поллуцит, амазонит), находятся на территории Германии, Чехии, Словакии, Намибии, Зимбабве, Туркмении и других странах.

В космосе

Аномально высокое содержание рубидия наблюдается в объектах Торна — Житков (состоящих из красного гиганта или сверхгиганта, внутри которого находится нейтронная звезда).

Получение

Большую часть добываемого рубидия получают как побочный продукт при производстве лития из лепидолита. После выделения лития в виде карбоната или гидроксида рубидий осаждают из маточных растворов в виде смеси алюморубидиевых, алюмокалиевых и алюмоцезиевых квасцов RbAl(SO4)2·12H2O, KAl(SO4)2·12H2O, CsAl(SO4)2·12H2O. Смесь разделяют многократной перекристаллизацией.

Рубидий также выделяют и из отработанного электролита, получающегося при получении магния из карналлита. Из него рубидий выделяют сорбцией на осадках ферроцианидов железа или никеля.

Затем ферроцианиды прокаливают и получают карбонат рубидия с примесями калия и цезия. При получении цезия из поллуцита рубидий извлекают из маточных растворов после осаждения Cs3[Sb2Cl9].

Можно извлекать рубидий и из технологических растворов, образующихся при получении глинозёма из нефелина.

Для извлечения рубидия используют методы экстракции и ионообменной хроматографии. Соединения рубидия высокой чистоты получают с использованием полигалогенидов.

Значительную часть производимого рубидия выделяют в ходе получения лития, поэтому появление большого интереса к литию для использования его в термоядерных процессах в 1950-х и в аккумуляторах в 2000-x привело к увеличению добычи лития, а, следовательно, и рубидия. Именно поэтому соединения рубидия стали более доступными.

Физические свойства

Рубидий образует серебристо-белые мягкие кристаллы, имеющие на свежем срезе металлический блеск. Твёрдость по Бринеллю 0,2 МН/м² (0,02 кгс/мм²).

  • Кристаллическая решётка рубидия кубическая объёмно-центрированная, а = 5,71 Å (при комнатной температуре).
  • Атомный радиус 2,48 Å, радиус иона Rb+ 1,49 Å.
  • Плотность 1,525 г/см³ (0 °C), температура плавления 38,9 °C, температура кипения 703 °C.
  • Удельная теплоемкость 335,2 Дж/(кг·К) [0,08 кал/(г·°С)], термический коэффициент линейного расширения 9,0⋅10−5 K−1 (при 0—38 °C), модуль упругости 2,4 ГН/м² (240 кгс/мм²), удельное объёмное электрическое сопротивление 11,29⋅10−6 ом·см (при 20 °C); рубидий парамагнитен.

Химические свойства

Щелочной металл, крайне неустойчив на воздухе (реагирует с воздухом в присутствии следов воды с воспламенением). Образует все виды солей — большей частью легкорастворимые.

Соединения рубидия

Гидроксид рубидия RbOH — весьма агрессивное вещество к стеклу и другим конструкционным и контейнерным материалам, а расплавленный RbOH разрушает большинство металлов.

Применение

Хотя в ряде областей применения рубидий уступает цезию, этот редкий щелочной металл играет важную роль в современных технологиях. Можно отметить следующие основные области применения рубидия: катализ, электронная промышленность, специальная оптика, атомная промышленность, медицина (его соединения обладают нормотимическими свойствами).

Рубидий используется не только в чистом виде, но и в виде ряда сплавов и химических соединений. Он образует амальгамы с ртутью и сплавы с золотом, железом, цезием, натрием и калием, но не литием (хотя рубидий и литий находятся в одной группе). Рубидий имеет хорошую сырьевую базу, более благоприятную, чем для цезия. Область применения рубидия в связи с ростом его доступности расширяется.

Изотоп рубидий-86 широко используется в гамма-дефектоскопии, измерительной технике, а также при стерилизации лекарств и пищевых продуктов.

Рубидий и его сплавы с цезием — это весьма перспективный теплоноситель и рабочая среда для высокотемпературных турбоагрегатов (в этой связи рубидий и цезий в последние годы приобрели важное значение, и чрезвычайная дороговизна металлов уходит на второй план по отношению к возможностям резко увеличить КПД турбоагрегатов, а значит, и снизить расходы топлива и загрязнение окружающей среды). Применяемые наиболее широко в качестве теплоносителей системы на основе рубидия — это тройные сплавы: натрий-калий-рубидий, и натрий-рубидий-цезий.

В катализе рубидий используется как в органическом, так и неорганическом синтезе. Каталитическая активность рубидия используется в основном для переработки нефти на ряд важных продуктов.

Ацетат рубидия, например, используется для синтеза метанола и целого ряда высших спиртов из водяного газа, что актуально в связи с подземной газификацией угля и в производстве искусственного жидкого топлива для автомобилей и реактивного топлива.

Ряд сплавов рубидия с теллуром обладают более высокой чувствительностью в ультрафиолетовой области спектра, чем соединения цезия, и в связи с этим он способен в этом случае составить конкуренцию цезию как материал для фотопреобразователей.

В составе специальных смазочных композиций (сплавов) рубидий применяется как высокоэффективная смазка в вакууме (ракетная и космическая техника).

Гидроксид рубидия применяется для приготовления электролита для низкотемпературных химических источников тока, а также в качестве добавки к раствору гидроксида калия для улучшения его работоспособности при низких температурах и повышения электропроводности электролита. В гидридных топливных элементах находит применение металлический рубидий.

  1. Хлорид рубидия в сплаве с хлоридом меди находит применение для измерения высоких температур (до 400 °C).
  2. Пары рубидия используются как рабочее тело в лазерах, в частности, в рубидиевых атомных часах.
  3. Хлорид рубидия применяется в топливных элементах в качестве электролита, то же можно сказать и о гидроксиде рубидия, который очень эффективен как электролит в топливных элементах, использующих прямое окисление угля.
  4. Соединения рубидия иногда используются в фейерверках, чтобы придать им фиолетовый цвет.

Биологическая роль

Рубидий относится к элементам с недостаточно изученной биологической ролью. Обычно рубидий рассматривают совместно с цезием, поэтому их роль в организме человека изучается параллельно.

Рубидий в качестве микроэлемента

Рубидий постоянно присутствует в тканях растений и животных. В земных растениях содержится всего около 0,000064% рубидия, а в морских — ещё меньше.

Однако рубидий способен накапливаться в растениях, а также в мышцах и мягких тканях актиний, ракообразных, червей, рыб и иглокожих, причём величина коэффициента накопления составляет от 8 до 26.

Наибольший коэффициент накопления (2600) искусственного радиоактивного изотопа 86Rb обнаружен у ряски Lemna polyrrhiza, а среди пресноводных беспозвоночных — Galba palustris. Физиологическая роль рубидия заключается в его способности ингибировать простагландины PGE1 и PGE2, PGE2-альфа и в наличии антигистаминных свойств.

Метаболизм рубидия

Обмен рубидия в организме человека ещё не до конца изучен. Ежедневно в организм человека с пищей поступает до 1,5-4,0 мг рубидия. Через 60-90 минут при пероральном поступлении рубидия в организм, его можно обнаружить в крови. Средний уровень рубидия в крови составляет 2,3-2,7 мг/л.

Основные проявления дефицита рубидия в организме

Недостаточность рубидия изучена плохо. Его содержание ниже 250 мкг/л в корме у подопытных животных может привести к сокращению продолжительности жизни, снижению аппетита, задержан роста и развития, преждевременным родам, выкидышам.

Избыток рубидия

Избыток этого микроэлемента более вреден для организма, он может вызвать опасные осложнения по той простой причине, что рубидий относится к той же категории ядовитых веществ, что и мышьяк As и серная кислота H2SO4. Основные проявления избытка рубидия в организме — протеинурия, локальное раздражение кожи и слизистых оболочек, головные боли, нарушение сна, учащённое сердцебиение.

Меры предосторожности

Элементарный рубидий относится к потенциально токсичным химическим веществам. Опасен в обращении. Его, как правило, хранят в ампулах из стекла пирекс в атмосфере аргона или в стальных герметичных сосудах под слоем обезвоженного масла (вазелинового, парафинового). Утилизируют рубидий обработкой остатков металла пентанолом.

Изотопы

Основная статья: Изотопы рубидия

В природе существуют два изотопа рубидия: стабильный 85Rb (содержание в натуральной смеси: 72,2 %) и бета-радиоактивный 87Rb (27,8 %). Период полураспада последнего равен 49,23 млрд лет (в 3 раза больше возраста Земли). Продукт распада — стабильный изотоп стронций-87.

Постепенное накопление радиогенного стронция в минералах, содержащих рубидий, позволяет определять возраст этих минералов, измеряя содержание в них рубидия и стронция (см. Рубидий-стронциевый метод в геохронометрии).

Благодаря радиоактивности 87Rb природный рубидий обладает удельной активностью около 670 кБк/кг.

Искусственным путём получены 30 радиоактивных изотопов рубидия (в диапазоне массовых чисел от 71 до 102), не считая 16 возбуждённых изомерных состояний.

Источник: https://chem.ru/rubidij.html

Ссылка на основную публикацию