Feo основный. Железо и его соединения

Элемент рубидий представляет собой щелочной металл белого цвета с металлическим блеском (см. фото). Легко поддается плавке, этот процесс происходит при температуре всего 39°С. По всем своим характеристикам, элемент схож с калием и натрием. Название Rubidium – лат. темно-красный было ему присвоено не за природную окраску. Немецкие ученые Бунзен и Кирхгоф исследовали новое вещество в спектрографе, и заметили красные линии.

Рубидий очень активный элемент, но его характерной особенностью является то, что большинство реакций проходит со взрывом, и горение сопровождается ярким фиолетовым пламенем. Подобным образом происходит взаимодействие со всеми известными элементами, вне зависимости от их природы (металл-неметалл). Хранят его в сосудах с сухим керосином или в вакууме. Кроме того, что он активный, рубидий еще и является радиоактивным элементом, постепенно превращающимся в стронций.

Это вещество, по своей природе, очень уникально. Под воздействием света оно становится источником электрического тока. Такое явление названо фотоэффектом, и позволяет использовать элемент для изготовления фотоэлементов, применяющихся в кинематографе, телевидении, в дистанционном управлении автоматикой. Рубидий оценен очень высоко, и поэтому употребление достаточно мало (несколько десятков килограмм в год).

Также его применяют в изготовлении измерительных приборов, в качестве составляющих смазок для ракетной и космической техники, работающей в условиях вакуума, в рентгеновском оборудовании. Именно благодаря содержанию рубидия и стронция в породах геологам удается определить их возраст.

В природе рубидий достаточно распространен, но лишь в виде примесей. Его соли часто встречаются в минеральных источниках и в вулканических породах.

Действие рубидия и его биологическая роль

Действие макроэлемента на биологический организм связано с его концентрацией в определенных органах: костные ткани, легкие, головной мозг, яичники. Усвоение его из пищи происходит в желудочно-кишечном тракте, и выводится он с природными выделениями.

Ученые еще недостаточно изучили воздействие элемента на человека, но без сомнений, он играет немалую роль в организме и оказывает такое влияние:

• может в некоторой мере заменять калий и выполнять его роль в активации ферментов;
• оказывает антигистаминное воздействие (борется с воздействием аллергенов);
• ослабляет воспалительные процессы в клетках и организме в целом;
• восстанавливает баланс центральной нервной системы, оказывает успокаивающее воздействие.

Сегодня ученые изучают влияние элемента на стимуляцию кровообращения и употребление этих свойств для лечения гипотонии. Еще известный врач С. Боткин в 1898 году заметил, что хлорид рубидия способен повысить давление в артериях и связал это с процессом сужения сосудов и активацией сердечно-сосудистой системы.

Также замечено, что микродозы элемента способны вызывать сопротивляемость эритроцитов вредному воздействию, и увеличивают массу гемоглобина в них. Это в свою очередь приводит к повышению иммунитета.

Чаще всего изучение рубидия идет в комплексе с цезием. Соли этих элементов помогают перенести гипоксию – недостаток кислорода.

Надеемся, что этот элемент откроет медицинскому и ученому миру еще немало своих уникальных способностей.

Суточная норма

Суточная норма макроэлемента для взрослого человека составляет приблизительно 1-2 мг. Он довольно быстро усваивается организмом – уже через 1-1,5 часа можно найти его содержание в крови. Всего в тканях и органах человека содержится около 1 грамма рубидия.

Дефицит химического элемента в организме

Недостаток макроэлемента и его воздействие на организм человека практически не исследован. Опыты проводились только на животных и их реакция была такова:

• снижение аппетита, и даже полный отказ от еды;
• задержка роста, медленное развитие, укороченная продолжительность жизни;
• преждевременные роды, выкидыши;
• отклонения в развитии плода и снижение рождаемости.

Избыток рубидия

Переизбыток макроэлемента может вызывать опасные осложнения по той причине, что рубидий относится к той же категории ядовитых и токсичных элементов, что и мышьяк и серная кислота. Передозировки способны привести к нанесению большого вреда здоровью и даже к летальному исходу.

Причиной таких больших доз может послужить работа на предприятиях, где используются соединения вещества, которые проникают в организм с парами и пылью. Теоретически одной из причин может быть чрезмерное употребление элемента из пищи и воды.

Незначительное повышение уровня макроэлемента может привести к мигреням, бессоннице, заболеваниям и воспалениям легких и органов дыхания, частому сердцебиению (аритмии), кожным аллергическим заболеваниям и повышению уровня белков в моче. Если же отравление вызвано накоплением критических масс элемента, то последствия аналогичны тем, что вызываются дефицитом элемента: замедление роста и развития, сокращение срока жизни.

Опять уникальность? Положительный момент состоит в том, что для появления этих симптомов необходимо получать более 1000 мг ежедневно, а это уже очень сложно.

Лечение отравления проводится веществами, которые при реакции с токсинами образуют соединения, легко растворяющиеся в воде и выводящиеся почками. В основном это комплексообразователь на основе калия или натрия. Также применяют препараты, которые способы снимать характерные симптомы.

Каковы источники элемента?

Список продуктов, содержащих рубидий, в основном, состоит из растительной пищи. Вот самые основные из них: баклажаны, имбирь, картофель, свекла, томаты, чеснок, лук, грибы (шампиньоны и белый гриб), многие фрукты и сухофрукты, орехи (миндаль, грецкий и кедровый, фундук, фисташки), семена подсолнечника, злаки, бобовые. Самое большое количество наш организм получает с чаем и кофе (около 40% от всего количества) и минеральной водой в зависимости от происхождения.

Этот элемент способен накапливаться в живых тканях, особенно в морских организмов. Поэтому употребление морепродуктов поможет получить необходимое количество рубидия.

Показания к назначению

Показания к назначению макроэлемента исходят из природы воздействия на организм человека. Основное его медикаментозное назначение – это лечение расстройств нервной системы. Еще 100 лет назад его активно применяли для избавления от эпилепсии. Сегодня его применяют в качестве нейротропного препарата для укрепления нервной системы.

Также он может быть необходимым при лечении аллергических заболеваний, при слабости мышц, анемии.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Рубидий расположен в пятом периоде I группе главной (А) подгруппе Периодической таблицы. Обозначение – Rb. Рубидий в виде простого вещества представляет собой металл серебристо-белого цвета с объемно-центрированной кристаллической решеткой.

Плотность - 1,5 г/см 3 . Температура плавления 39,5 o С, кипения - 750 o С. Мягкий, легко режется ножом. На воздухе самовоспламеняется.

Степень окисления рубидия в соединениях

Рубидий - элемент IA группы Периодической системы Д.И. Менделеева. Он входит в группу щелочных металлов, которые в своих соединениях проявляют постоянную и положительную единственно возможную степень окисления равную (+1) , например Rb +1 Cl -1 , Rb +1 H -1 , Rb +1 2 O -2 , Rb +1 O -2 H +1 , Rb +1 N +5 O -2 3 и др.

Рубидий также существует в виде простого вещества - металла, а степень окисления металлов в элементарном состоянии равна нулю , так как распределение электронной плотности в них равномерно.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Рубидий - тридцать седьмой элемент Периодической таблицы. Обозначение - Rb от латинского «rubidium». Расположен в пятом периоде, IA группе. Относится к металлам. Заряд ядра равен 37.

В виде простого вещества представляет собой белый (рис. 1), мягкий, весьма низкоплавкий (температура плавления равна 39,3°С) металл. Пар рубидия окрашен в зеленовато-синий цвет. Растворяется в жидком аммиаке с образованием темно-синего раствора. Чрезвычайно реакционноспособный; сильнейший восстановитель. Энергично реагирует с кислородом воздуха и водой (идет воспламенение металла и выделяющегося водорода), разбавленными кислотами,неметаллами, аммиаком, сероводородом. Не реагирует с азотом. Хорошо сохраняется лишь под слоем парафинового или вазелинового масла. С ртутью образует амальгаму. Окрашивает пламя газовой горелки в фиолетовый цвет.

Рис. 1. Рубидий. Внешний вид.

Атомная и молекулярная масса рубидия

Относительной молекулярная масса вещества (M r) - это число, показывающее, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента (A r) — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.

Поскольку в свободном состоянии рубидий существует в виде одноатомных молекул Rb, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 85,4678.

Изотопы рубидия

Известно, что в природе рубидий может находиться в виде двух стабильных изотопов 85 Rb (72,2%) и 87 Rb (27,8%). Их массовые числа равны 85 и 87 соответственно. Ядро атома изотопа рубидия 85 Rb содержит тридцать семь протонов и сорок восемь нейтронов, а изотопа 85 Rb - столько же протонов и пятьдесят нейтронов.

Существуют искусственные нестабильные изотопы рубидия с массовыми числами от 71-го до 102-х, а также шестнадцать изомерных состояния ядер, среди которых наиболее долгоживущим является изотоп 86 Rb с периодом полураспада равным 18,642 суток.

Ионы рубидия

На внешнем энергетическом уровне атома рубидия имеется один электрон, который является валентным:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 5s 1 .

В результате химического взаимодействия рубидий отдает свой валентный электрон, т.е. является его донором, и превращается в положительно заряженный ион:

Rb 0 -1e → Rb + .

Молекула и атом рубидия

В свободном состоянии рубидий существует в виде одноатомных молекул Rb. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу рубидия:

Примеры решения задач

ПРИМЕР 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. Роберт Бунзен и Густав Кирхгоф добыли 150 кг лепидолита и получили несколько грамм солей рубидия для анализов, таким образом, они обнаружили новый элемент. Название элемента отражает цвет наиболее яркой линии в его спектре.

Мировые ресурсы рубидия

Содержание рубидия в земной коре составляет 7,8·10−3%, что примерно равно суммарному 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 озёр. 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 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.

Получение рубидия

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. 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 увеличению добычи лития, а, следовательно, и рубидия. Именно поэтому соединения рубидия стали более доступными.

Применение рубидия

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. 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[источник не указан 560 дней], 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.

РУБИДИЙ, Rb (а. rubidium; н. Rubidium; ф. rubidium; и. rubidio), — химический элемент I группы периодической системы Менделеева , атомный номер 37, атомная масса 85,4678; относится к щелочным металлам. В природе встречается в виде смеси двух стабильных изотопов: 85 Rb (72,15%) и 87 Rb (27,85%), последний радиоактивен и, испуская b-частицу, превращается в стабильный изотоп 87 Sr. Известно также 19 искусственных изотопов рубидия.

Открыт немецкими учёными Р. Бунзеном и Г. Кирхгофом в 1861 при спектральном исследовании осадка, выпаренного из минеральных вод Шварцвальда. Название элементу учёные дали по цвету наиболее характерных красных линий его спектра (от лат. rubidus — красный). Металлический рубидий впервые получен Р. Бунзеном в 1863.

Свойства рубидия

Рубидий — мягкий серебристо-белый металл; кристаллическая решётка кубическая, объёмноцентрированная: а = 0,57 нм. Плотность 1525 кг/м 3 ; t плавления 39,47°С; t кипения 685°С; теплопроводность l 22,2 Вт/(м.К); теплоёмкость Ср0 31,09 Дж/(моль.К). Удельное электрическое сопротивление 11,6.10 -6 Ом.см, температурный коэффициент линейного расширения 90.10 -6 К -1 .

Степень окисления +1. Мгновенно воспламеняется на воздухе, с кислородом рубидий соединяется бурно, давая пероксид рубидия (Rb 2 О 2) и надпероксид рубидия (RbО 2). С водой рубидий реагирует со взрывом , при этом выделяется водород и образуется раствор гидроксида рубидия (RbOH), который по своим свойствам похож на гидроксиды щелочных металлов. Рубидий реагирует со всеми неорганическими кислотами. Почти все соединения рубидия хорошо растворяются в воде.

Рубидий в природе

Рубидий в рассеянном состоянии довольно широко распространён в природе, однако, несмотря на относительно высокое содержание в земной коре (1,5 .10 -2 %, т.е. больше, чем меди , цинка и других элементов), рубидий не образует собственных минералов . В качестве изоморфной примеси рубидий входит в минералы других щелочных металлов и прежде всего калия . По сравнению с калием рубидий концентрируется в минералах более поздних стадий дифференциации. К числу богатых рубидием минералов относятся минералы-концентраторы: поллуцит , лепидолит , циннвальдит , амазонит , биотит . Среднее содержание рубидия в горных породах увеличивается в ряду от основных к кислым от 0,1.10 -4 до 1,7.10 -4 г/т. Относительно высокая концентрация рубидия наблюдается в минералах низкотемпературных пегматитовых жил (до 1-3% рубидий). Основные промышленные запасы рубидия сконцентрированы в