Физические свойства рубидия кратко

Обновлено: 02.07.2024

В рубидий Это металлический элемент, который принадлежит к группе 1 периодической таблицы: элемент щелочных металлов, представленный химическим символом Rb. Его название похоже на рубин, потому что, когда он был обнаружен, его спектр излучения показал характерные линии темно-красного цвета.

Это один из самых реактивных существующих металлов. Это первый из щелочных металлов, который, хотя и не очень плотный, тонет в воде. Он также реагирует с ним более взрывоопасно по сравнению с литием, натрием и калием. Были эксперименты, в которых пузыри лопаются там, где они хранятся (нижнее изображение), чтобы упасть и взорваться в ванной.

Рубидий отличается тем, что он более дорогой металл, чем само золото; не столько из-за его редкости, сколько из-за его широкого минералогического распространения в земной коре и трудностей, возникающих при его выделении от соединений калия и цезия.

Он демонстрирует явную тенденцию ассоциироваться с калием в своих минералах, обнаруженных в виде примесей. Не только в геохимических вопросах он образует дуэт с калием, но и в области биохимии.

Из-за его высокой стоимости его применение не слишком основано на синтезе катализаторов или материалов, а в качестве компонента для различных устройств с теоретической физической базой. Одно из них - атомные часы, солнечные батареи и магнитометры. Вот почему рубидий иногда считают недооцененным или малоизученным металлом.

История

Рубидий был открыт в 1861 году немецкими химиками Робертом Бунзеном и Густавом Кирхгофом с помощью спектроскопии. Для этого они использовали горелку Бунзена и спектроскоп, изобретенные двумя годами ранее, а также аналитические методы осаждения. Их объектом исследования стал минерал лепидолит, образец которого был собран в Саксонии, Германия.

Они начали со 150 кг лепидолитового минерала, который они обработали платинохлористоводородной кислотой, H2PtCl6, для осаждения гексахлороплатината калия, К2PtCl6. Однако, когда они изучили его спектр, сжигая его в горелке Бунзена, они поняли, что он показывает линии излучения, которые не совпадали ни с одним другим элементом в то время.

Идентифицировав и выделив соль нового элемента рубидия, немецким химикам оставалось только восстановить ее до металлического состояния. Достичь этого они пытались двумя способами: применяя электролиз хлорида рубидия или нагревая соль, которую легче восстановить, например, ее тартрат. Так родился металлический рубидий.

Физические и химические свойства

вид

Мягкий серебристо-серый металл. Он такой гладкий, что похож на масло. Обычно он расфасован в стеклянные ампулы, внутри которых преобладает инертная атмосфера, защищающая его от реакции с воздухом.

Атомный номер (Z)

Молярная масса

Температура плавления

Точка кипения

Плотность

При комнатной температуре: 1,532 г / см 3

При температуре плавления: 1,46 г / см 3

Плотность рубидия выше, чем у воды, поэтому он будет тонуть, бурно реагируя с ним.

Теплота плавления

Теплота испарения

Электроотрицательность

0,82 по шкале Полинга

Электронная близость

Энергии ионизации

-Первый: 403 кДж / моль (Rb + газообразный)

-Второй: 2632,1 кДж / моль (Rb 2+ газообразный)

-Третий: 3859,4 кДж / моль (Rb 3+ газообразный)

Атомное радио

248 часов (эмпирический)

Теплопроводность

Удельное электрическое сопротивление

128 нОм в 20 ° C

Твердость по Моосу

0,3. Поэтому даже тальк тверже металлического рубидия.

Реактивность

Рубидий - один из самых реактивных щелочных металлов после цезия и франция. Как только он попадает на воздух, он начинает гореть, а при ударе стреляет легкими искрами. При нагревании он также излучает фиолетовое пламя (верхнее изображение), что является положительным тестом для ионов Rb. + .

Реагирует с кислородом с образованием смеси пероксидов (Rb2ИЛИ2) и супероксиды (RbO2). Хотя он не реагирует с кислотами и основаниями, он бурно реагирует с водой, образуя гидроксид рубидия и газообразный водород:

Реагирует с водородом с образованием соответствующего гидрида:

А также галогенами и серой взрывоопасно:

Хотя рубидий не считается токсичным элементом, он потенциально опасен и создает опасность возгорания при контакте с водой и кислородом.

Структура и электронная конфигурация

Атомы рубидия расположены таким образом, чтобы образовать кристалл с объемно-центрированной кубической структурой (bcc, от его аббревиатуры на английском языке body-center cubic). Такая структура характерна для щелочных металлов, которые легки и имеют свойство плавать в воде; кроме рубидиевого пуха (цезий и франций).

Все 5s-орбитали с их одноэлектронными перекрытиями во всех измерениях металлических кристаллов рубидия. Однако эти взаимодействия слабые, потому что по мере того, как человек спускается через группу щелочного металла, орбитали становятся более диффузными и, следовательно, металлическая связь ослабевает.

Вот почему температура плавления рубидия составляет 39ºC. Кроме того, его слабая металлическая связь объясняет мягкость его твердого тела; так мягко, что похоже на серебряное масло.

Недостаточно библиографических сведений о поведении его кристаллов под высоким давлением; если есть более плотные фазы с уникальными свойствами, например натрий.

Числа окисления

Его электронная конфигурация сразу указывает на то, что рубидий сильно стремится потерять свой единственный электрон, чтобы стать изоэлектронным благородному газу криптону. Когда это происходит, образуется одновалентный катион Rb. + . Затем говорят, что в своих соединениях он имеет степень окисления +1, когда предполагается существование этого катиона.

Из-за тенденции рубидия к окислению предположение о существовании ионов Rb + в своих соединениях это правильно, что, в свою очередь, указывает на ионный характер этих соединений.

Почти во всех соединениях рубидия он имеет степень окисления +1. Примеры из них следующие:

-Хлорид рубидия, RbCl (Rb + Cl – )

-Гидроксид рубидия, RbOH (Rb + ой – )

-Моноксид рубидия, Rb2O (Rb2 + ИЛИ 2- )

-Пероксид рубидия, RbO2 (Rb + ИЛИ2 – )

Кластеры

Существуют соединения, в которых каждый атом Rb имеет степень окисления с дробными значениями. Например, в рублях6O (Rb6 2+ ИЛИ 2- ) и Rb9ИЛИ2 (Rb9 4+ ИЛИ2 2- ) положительный заряд распределяется между набором атомов (кластеров) Rb. Таким образом, в Rb6Или теоретическая степень окисления будет +1/3; в то время как в РБ9ИЛИ2, + 0,444 (4/9).

Посредством элюкубации можно сказать, что часть исходных кристаллов металлического рубидия осталась неизменной, пока они были отделены от исходного кристалла. В процессе они теряют электроны; необходимые для привлечения O 2- , и результирующий положительный заряд распределяется между всеми атомами указанного кластера (набора или совокупностей атомов Rb).

Таким образом, в этих кластерах рубидия нельзя формально предположить существование Rb. + . РБ6O и Rb9ИЛИ2 Они классифицируются как субоксиды рубидия, в которых выполняется эта очевидная аномалия наличия избытка атомов металла по отношению к оксидным анионам.

Где найти и получить

земная кора

Рубидий - 23-й элемент земной коры по распространенности, сравнимый по содержанию с такими металлами, как цинк, свинец, цезий и медь. Дело в том, что его ионы широко распространены, поэтому он не преобладает ни в одном минерале в качестве основного металлического элемента, а его руды также редки.

По этой причине рубидий является очень дорогим металлом, даже более дорогим, чем само золото, поскольку процесс его получения из руд сложен из-за сложности его эксплуатации.

Среди минералов земной коры, содержащих его в концентрации менее 1%, мы имеем:

Геохимическая ассоциация

Все эти минералы имеют одну или две общие черты: это силикаты калия, цезия или лития или минеральные соли этих металлов.

Это означает, что рубидий имеет сильную тенденцию связываться с калием и цезием; Он может даже заменять калий во время кристаллизации минералов или горных пород, как это происходит в отложениях пегматитов при кристаллизации магмы. Таким образом, рубидий является побочным продуктом разработки и переработки этих пород и их минералов.

Рубидий также можно найти в обычных породах, таких как гранит, глина и базальт, и даже в каменноугольных отложениях. Из всех природных источников лепидолит представляет собой основную руду, из которой он добывается в промышленных масштабах.

В карналите же рубидий можно найти в виде примеси RbCl с содержанием 0,035%. А в более высоких концентрациях встречаются месторождения полуцита и рубиклина, в которых может быть до 17% рубидия.

Его геохимическая ассоциация с калием обусловлена ​​сходством их ионных радиусов; рубль + больше K + Но разница в размерах не является препятствием для того, чтобы первое могло заменить второе в своих минеральных кристаллах.

Фракционная кристаллизация

Независимо от того, начинаете ли вы с лепидолита или полуцита, или с любого из упомянутых выше минералов, проблема остается той же в большей или меньшей степени: отделить рубидий от калия и цезия; то есть применять методы разделения смесей, которые позволяют иметь соединения или соли рубидия, с одной стороны, и соли калия и цезия, с другой.

Это сложно, поскольку эти ионы (K + , Руб. + и Cs + ) имеют большое химическое сходство; Они реагируют одинаково с образованием одинаковых солей, которые практически не отличаются друг от друга благодаря своей плотности и растворимости. Вот почему используется фракционная кристаллизация, чтобы они могли кристаллизоваться медленно и контролируемым образом.

Например, этот метод используется для отделения смеси карбонатов и квасцов от этих металлов. Процессы перекристаллизации необходимо повторять несколько раз, чтобы гарантировать кристаллы более высокой чистоты и без соосажденных ионов; соль рубидия, которая кристаллизуется с ионами K + или Cs + на его поверхности или внутри.

Более современные методы, такие как использование ионообменной смолы или краун-эфиров в качестве комплексообразователей, также позволяют изолировать ионы Rb. + .

Электролиз или восстановление

После отделения и очистки соли рубидия следующим и последним шагом является восстановление катионов Rb. + к твердому металлу. Для этого соль расплавляется и подвергается электролизу, так что рубидий осаждается на катоде; или используется сильный восстанавливающий агент, такой как кальций и натрий, способные быстро терять электроны и, таким образом, восстанавливать рубидий.

Изотопы

Рубидий встречается на Земле в виде двух природных изотопов: 85 Rb и 87 Руб. Первый имеет распространенность 72,17%, а второй - 27,83%.

В 87 Rb отвечает за радиоактивность этого металла; однако его излучение безвредно и даже полезно для анализа датировки. Его период полураспада (т1/2) составляет 4,9 · 10 10 лет, временной промежуток которых превышает возраст Вселенной. Когда он распадается, он становится стабильным изотопом 87 Мистер.

Благодаря этому этот изотоп был использован для определения возраста земных минералов и горных пород, присутствующих с момента зарождения Земли.

Помимо изотопов 85 Rb и 87 Rb, есть другие синтетические и радиоактивные с переменным и гораздо меньшим временем жизни; Например, его 82 Rb (т1/2= 76 секунд), 83 Rb (т1/2= 86,2 дня), 84 Rb (т1/2= 32,9 дня) и 86 Rb (т1/2= 18,7 дней). Из всех них 82 Rb наиболее часто используется в медицинских исследованиях.

Риски

Металл

Рубидий - такой реактивный металл, что его необходимо хранить в стеклянных ампулах в инертной атмосфере, чтобы он не вступал в реакцию с кислородом воздуха. Если блистер треснет, металл можно положить в керосин или минеральное масло, чтобы защитить его; однако в конечном итоге он окисляется растворенным в них кислородом, что приводит к образованию пероксидов рубидия.

Если же, наоборот, решено поставить его на дерево, например, он загорится фиолетовым пламенем. Если будет много влажности, он загорится, просто попав на воздух. Когда большой кусок рубидия брошен в объем воды, он сильно взрывается, даже воспламеняя образовавшийся водород.

Следовательно, рубидий - это металл, с которым не всем следует обращаться, поскольку практически все его реакции являются взрывоопасными.

Ион

В отличие от металлического рубидия, его ионы Rb + они не представляют очевидного риска для живых существ. Они, растворенные в воде, взаимодействуют с клетками так же, как ионы K. + .

Следовательно, рубидий и калий имеют схожее биохимическое поведение; однако рубидий не является важным элементом, в отличие от калия. Таким образом, заметные количества Rb + они могут накапливаться внутри клеток, эритроцитов и внутренних органов, не оказывая отрицательного воздействия на организм любого животного.

Фактически, взрослый мужчина с массой 80 кг, по оценкам, содержит около 37 мг рубидия; и, кроме того, увеличение этой концентрации от 50 до 100 раз не приводит к нежелательным симптомам.

Однако избыток ионов Rb + может привести к вытеснению ионов K + ; и, следовательно, человек будет страдать от очень сильных мышечных спазмов до самой смерти.

Естественно, растворимые соли или соединения рубидия могут вызвать это немедленно, поэтому ни один из них не должен попадать внутрь. Кроме того, он может вызвать ожоги при простом контакте, а среди наиболее токсичных можно назвать фторид (RbF), гидроксид (RbOH) и цианид (RbCN) рубидия.

Приложения

Газовый коллектор

Рубидий использовался для улавливания или удаления следов газов, которые могут находиться в запаянных трубках. Именно из-за высокой склонности к улавливанию в них кислорода и влаги они удаляют их на своей поверхности в виде пероксидов.

Пиротехника

Когда соли рубидия горят, они излучают характерное красновато-фиолетовое пламя. Некоторые фейерверки содержат эти соли в своем составе, поэтому они взрываются этими цветами.

Дополнение

Хлорид рубидия был прописан для борьбы с депрессией, поскольку исследования выявили дефицит этого элемента у людей с этим заболеванием. Он также использовался как успокаивающее средство и для лечения эпилепсии.

Конденсат Бозе-Эйнштейна

Таким образом, рубидий был главным героем этого триумфа в области физики, и именно Эрик Корнелл, Карл Виман и Вольфганг Кеттерле получили Нобелевскую премию в 2001 году благодаря этой работе.

Диагностика опухоли

Синтетический радиоизотоп 82 Rb распадается, испуская позитроны, которые накапливаются в богатых калием тканях; например, те, что расположены в головном мозге или сердце. Поэтому он используется для анализа функциональности сердца и наличия возможных опухолей в головном мозге с помощью позитронно-эмиссионной томографии.

Составная часть

Ионы рубидия нашли свое место в различных типах материалов или смесей. Например, его сплавы были сделаны с золотом, цезием, ртутью, натрием и калием. Его добавляют в стекло и керамику, вероятно, для повышения их температуры плавления.

В солнечных элементах перовскиты были добавлены как важный компонент. Аналогичным образом было изучено его возможное использование в качестве термоэлектрического генератора, теплопередающего материала в космосе, топлива в ионных двигательных установках, электролитической среды для щелочных батарей и в атомных магнитометрах.

Атомные часы

Из рубидия и цезия были созданы знаменитые высокоточные атомные часы, которые используются, например, в спутниках GPS, с помощью которых владельцы своих смартфонов могут узнать свое местоположение во время движения по дороге.

Радиус нейтрального атома рубидия 0, 248 нм, радиус иона Rb + 0, 166 нм (координационное число 6). Энергии последовательной ионизации атома Rb 4, 177, 27, 5, 40, 0, 52, 6 и 71 эВ. Сродство к электрону 0, 49 эВ. Работа выхода электрона 2, 16 эВ. Электроотрицательность по Полингу 0, 8.

История открытия

Немецкие исследователи Р. В. Бунзен и Г. Р. Кирхгоф выполнили в 1861 спектральные исследования минерала лепидолита и осадка, образующегося после выпаривания минеральных вод из источников Шварцвальда. Спектры содержали темно-красную линию, принадлежащую новому элементу.

После выпаривания минеральных вод из полученного остатка с помощью хлорплатината аммония (NH4)2PtCl6 была осаждена смесь хлорплатинатов калия, рубидия и цезия. Затем, хлорплатинаты были переведены в карбонаты и в соли винной кислоты — тартраты. Путем многократной дробной перекристаллизации кислых тартратов Бунзену удалось очистить рубидий от калия и цезия и получить первый препарат соли рубидия. В 1863 Бунзен за счет восстановления кислого тартрата рубидия с помощью сажи приготовил первый образец металлического рубидия.

Нахождение в природе

Содержание рубидия в земной коре 1, 5·10 -2 % по массе. Не образует собственных минералов, как правило, сопутствует K или Li. Находится в минеральных источниках, озерной, морской и подземной водах.

Получение

Рубидий в основном получают при переработке или лепидолита на соединения Li, или карналлита, служащего сырьем при производстве Mg. Остаток, образующийся после отделения основных количеств Li, K и Mg и содержащий соли K, Rb и Cs, разделяют на фракции методами дробной кристаллизации, сорбции, экстракции и ионного обмена.

Физические и химические свойства

При обычной температуре имеет пастообразную консистенцию, температура плавления +39, 32°C. Температура кипения рубидия 687, 2°C. Кристаллическая решетка металла кубическая объемно центрированная, параметр ячейки а = 0, 570 нм. Рубидий — легкий металл, его плотность 1, 532 кг/дм 3 .

Реакционная способность рубидия очень высока. Его стандартный электродный потенциал -2, 925 В. На воздухе и в атмосфере кислорода металлический рубидий воспламеняется, образуя смесь пероксида рубидия Rb2O2 и надпероксид рубидия RbO2. При незначительном содержании кислорода в газе, с которым реагирует Rb, возможно образование и оксида Rb2O. C водой рубидий реагирует со взрывом:

При нагревании под повышенным давлением Rb реагирует с H с образованием гидрида RbH. Rb непосредственно реагирует с галогенами, S с образованием сульфида Rb2S. С азотом рубидий в обычных условиях не реагирует, а нитрид рубидия Rb3N образуется при пропускании электрического разряда между электродами из рубидия, помещенными в жидкий азот. При нагревании рубидий реагирует с красным фосфором, образуя фосфид рубидия Rb2P5. Также при нагревании рубидий реагирует с графитом, причем в зависимости от условий проведения реакции возникают карбиды составов C8Rb и C24Rb.

Для рубидия характерно взаимодействие с аммиаком с образованием амида RbNH2. При реакции рубидия с ацетиленом возникает ацетиленид Rb2C2. Металлический рубидий способен восстанавливать кремний из стекла и из SiO2.

Гидроксид рубидия RbOH — сильное хорошо растворимое в воде основание, ведет себя аналогично КОН и NaOH.

Такие соли рубидия, как хлорид RbCl, сульфат Rb2SO4, нитрат RbNO3, карбонат Rb2CO3 хорошо растворимы в воде перхлорат рубидия RbClO4 и хлорплатинат рубидия Rb2PtCl6 плохо растворимы в воде

Применение

Металлический рубидий входит в состав смазочных композиций, используемых в реактивной и космической технике. Используется как компонент материала катодов фотоэлементов и фотоэлектрических умножителей. Пары рубидия используются в разрядных трубках, в лампах низкого давления. Некоторые соединения рубидия используют при изготовлении специальных стекол.

Особенности обращения

Хранят в ампулах из стекла пирекс в атмосфере аргона или в стальных герметичных сосудах под слоем обезвоженного вазелинового масла или парафина.

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 — 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.

Содержание

  • 1 История
    • 1.1 Обнаружение радиоактивности рубидия
    • 3.1 Мировые ресурсы рубидия
    • 3.2 Месторождения
    • 3.3 В космосе
    • 6.1 Соединения рубидия
    • 8.1 Рубидий в качестве микроэлемента
    • 8.2 Метаболизм рубидия
    • 8.3 Основные проявления дефицита рубидия в организме
    • 8.4 Избыток рубидия

    Рубидий

    История

    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 87 Rb.

    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.

    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.

    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

    В природе существуют два изотопа рубидия: стабильный 85 Rb (содержание в натуральной смеси: 72,2 %) и бета-радиоактивный 87 Rb (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 87 Rb 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.

    Eu, Sm, Li, Cs, Rb, K, Ra, Ba, Sr, Ca, Na, Ac, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Gd, Tb, Mg, Y, Dy, Am, Ho, Er, Tm, Lu, Sc, Pu,
    Th, Np, U, Hf, Be, Al, Ti, Zr, Yb, Mn, V, Nb, Pa, Cr, Zn, Ga, Fe, Cd, In, Tl, Co, Ni, Te, Mo, Sn, Pb, H2,
    W, Sb, Bi, Ge, Re, Cu, Tc, Te, Rh, Po, Hg, Ag, Pd, Os, Ir, Pt, Au

    Литий
    Li
    Атомный номер: 3
    Атомная масса: 6,941
    Темп. плавления: 453,85 К
    Темп. кипения: 1615 К
    Плотность: 0,534 г/см³
    Электроотрицательность: 0,98

    Натрий
    Na
    Атомный номер: 11
    Атомная масса: 22,98976928
    Темп. плавления: 371,15 К
    Темп. кипения: 1156 К
    Плотность: 0,97 г/см³
    Электроотрицательность: 0,96

    Калий
    K
    Атомный номер: 19
    Атомная масса: 39,0983
    Темп. плавления: 336,58 К
    Темп. кипения: 1032 К
    Плотность: 0,86 г/см³
    Электроотрицательность: 0,82

    Рубидий
    Rb
    Атомный номер: 37
    Атомная масса: 85,4678
    Темп. плавления: 312,79 К
    Темп. кипения: 961 К
    Плотность: 1,53 г/см³
    Электроотрицательность: 0,82

    Цезий
    Cs
    Атомный номер: 55
    Атомная масса: 132,9054519
    Темп. плавления: 301,59 К
    Темп. кипения: 944 К
    Плотность: 1,93 г/см³
    Электроотрицательность: 0,79

    Франций
    Fr
    Атомный номер: 87
    Атомная масса: (223)
    Темп. плавления: ~300 К
    Темп. кипения: ~950 К
    Плотность: 1,87 г/см³
    Электроотрицательность: 0,7

    Азид рубидия (RbN3) Амид рубидия (RbNH2) Ацетат рубидия (RbCH3COO) Бихромат рубидия (Rb2Cr2O7) Бромат рубидия (RbBrO3) Бромид рубидия (RbBr) Гексафторогерманат рубидия (Rb2[GeF6]) Гексахлороплатинат (IV) рубидия (Rb2[PtCl6]) Гидрид рубидия (RbH) Гидроксид рубидия (RbOH) Гидроортофосфат рубидия (Rb2HPO4) Гидрофторид рубидия (RbHF2) Дигидроортофосфат рубидия (RbH2PO4) Дисульфид рубидия (Rb2S2) Иодат рубидия (RbIO3) Иодид рубидия (RbI) Карбонат рубидия (Rb2CO3) Метаборат рубидия (RbBO2) Метапериодат рубидия (RbIO4) Метафосфат рубидия (RbPO3) Надпероксид рубидия (RbO2) Нитрат рубидия (RbNO3) Нитрид рубидия (Rb3N) Нитрит рубидия (RbNO2) Озонид рубидия (RbO3) Оксалат рубидия (Rb2C2O4) Оксид рубидия (Rb2O) Ортофосфат рубидия (Rb3PO4) Перманганат рубидия (RbMnO4) Пероксид рубидия (Rb2O2) Перхлорат рубидия (RbClO4) Сульфат рубидия-лития (RbLiSO4) Сульфат алюминия-рубидия (RbAl(SO4)2) Сульфат рубидия (Rb2SO4) Сульфид рубидия (Rb2S) Тетрагидридоборат (III) рубидия (Rb[BH4]) Тригидрооксалат рубидия (RbH3(C2O4)2) Фторид рубидия (RbF) Хлорат рубидия (RbClO3) Хлорид рубидия (RbCl) Хромат рубидия (Rb2CrO4)

    Рубидий — это щелочной металл. Белый, мягкий, весьма легкоплавкий. Чрезвычайно реакционноспособный. Сильнейший восстановитель.

    Относительная молекулярная масса Mr = 85,468; относительная плотность для твердого состояния d(т) = 1,532; относительная плотность для жидкого состояния d(ж) = 1, 472; tпл = 39,3º C; tкип = 696º C.

    1. Рубидий получают в промышленности путем разложения гидрида рубидия при температуре выше 200º С, при этом образуются рубидий и водород :

    2RbH = 2Rb + H2

    2. В результате электролиза жидкого гидроксида рубидия образуются рубидий, кислород и вода :

    4RbOH → 4Rb + O2↑ + 2H2O

    3. В результате разложения оксида рубидия при 400 — 550º С получается пероксид рубидия и рубидий:

    4. Жидкий хлорид рубидия подвергают электролизу, в результате чего на выходе образуется рубидий и хлор:

    2RbCl = 2Rb +Cl2↑

    Качественная реакция на рубидий — окрашивание пламени солями рубидия в фиолетовый цвет .


    1. Рубидий — сильный восстановитель . Поэтому он реагирует почти со всеми неметаллами :

    1.1. Рубидий легко реагирует с водородом при 300–350º C и повышенным давлением с образованием гидрида рубидия:

    2Rb + H2 = 2RbH

    1.2. Рубидий сгорает в кислороде (воздухе) с образованием надпероксида рубидия:

    а если сгоранием происходит в холодной среде, то образуется оксид рубидия:

    1.3. Рубидий активно реагирует при комнатной температуре с фтором, хлором, бромом и йодом . При этом образуются фторид рубидия, хлорид рубидия, бромид рубидия, йодид рубидия :

    2Rb + F2 = 2RbF

    2Rb + Cl2 = 2RbCl

    2Rb + Br2 = 2RbBr

    2Rb + I2 = 2RbI

    1.4. С серой рубидий реагирует при температуре 100–130º C с образованием сульфида рубидия:

    2Rb + S = Rb2S

    2. Рубидий активно взаимодействует со сложными веществами:

    2.1. Рубидий реагирует с водой . Взаимодействие рубидия с водой приводит к образованию гидроксида рубидия и газа водорода:

    2Rb 0 + 2 H2 O = 2 Rb + OH + H2 0

    2.2. Рубидий взаимодействует с кислотами . При этом образуются соль и водород.

    2.2.1. Рубидий реагирует с разбавленной соляной кислотой, при этом образуются хлорид рубидия и водород :

    2Rb + 2HCl = 2RbCl + H2 ↑

    2.2.2. При взаимодействии с разбавленной и холодной с ерной кислотой образуется сульфат рубидия, оксид серы (IV), осадок сера и вода:

    2.2.3. Реагируя с разбавленной и холодной азотной кислотой рубидий образует нитрат рубидия, газ оксид азота (II), газ оксид азота (I), газ азот и воду:

    2.2.4. В результате реакции насыщенной сероводородной кислоты и рубидия в бензоле образуется осадок гидросульфид рубидия и газ водород:

    2Rb + 2H2S = 2RbHS↓ + H2↑

    2.3. Рубидий может взаимодействовать с основаниями:

    2.3.1. Рубидий взаимодействует с гидроксидом рубидия при температуре 400º С, при этом образуется оксид рубидия и водород:

    2Rb + 2RbOH = 2Rb2O + H2

    2.4. Рубидий вступает в реакцию с газом аммиаком при 40-60º С. В результате данной реакции образуется амид рубидия и водород:

    2.5. Рубидий может вступать в реакцию с оксидами :

    2.5.1. В результате взаимодействия рубидия и оксида кремния при температуре выше 300º С образуется силикат рубидия и кремний:

    Читайте также: