Rb химия. Степень окисления рубидия

Рубидий

РУБИ́ДИЙ -я; м. [от лат. rubidus - красноватый] Химический элемент (Rb), мягкий металл серебристо-белого цвета, по своим свойствам сходный с калием и натрием.

◁ Руби́диевый, -ая, -ое.

(лат. Rubidium), химический элемент I группы периодической системы; относится к щелочным металлам. Название от лат. rubidus - тёмно-красный (открыт по линиям в красной части спектра). Серебристо-белый металл пастообразной консистенции. Плотность 1,532 г/см 3 , t пл 39,32°C, t кип 687°C. На воздухе мгновенно воспламеняется, с водой реагирует со взрывом. В природе рассеян, сопутствует калию и литию и добывается из их минералов. Применяется ограниченно (катоды для фотоэлементов, добавка в газоразрядные трубки, катализатор в органическом синтезе).

РУБИ́ДИЙ (лат. rubidium, от лат. rubidus - красный), Rb (читается «рубидий»), химический элемент с атомным номером 37, атомная масса 85,4678. Природный рубидий состоит из смеси стабильного нуклида 85 Rb (72,15% по массе) и слабо - -радиоактивного 87 Rb (период полураспада Т 1/2 = 4,8·10 10 лет). Расположен в группе IA (щелочные металлы), в 5-м периоде. Электронная конфигурация внешнего слоя 5s 1 , Степень окисления +1 (валентность I).
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 (см. ПОЛИНГ Лайнус) 0,8.
История открытия
Немецкие исследователи Р. В. Бунзен (см. БУНЗЕН Роберт Вильгельм) и Г. Р. Кирхгоф выполнили в 1861 спектральные исследования минерала лепидолита (см. ЛЕПИДОЛИТ) 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 (NH 4) 2 PtCl 6 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.
Металлический рубидий обычно готовят восстановлением галогенидов Rb кальцием (см. КАЛЬЦИЙ) или магнием. (см. МАГНИЙ)
Физические и химические свойства
Рубидий - мягкий серебристо-белый металл.
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 Rb 2 O 2 и надпероксид рубидия RbO 2 . При незначительном содержании кислорода в газе, с которым реагирует Rb, возможно образование и оксида Rb 2 O. C водой рубидий реагирует со взрывом:
2Rb + 2H 2 O = 2RbOH + H 2
При нагревании под повышенным давлением Rb реагирует с H с образованием гидрида RbH. Rb непосредственно реагирует с галогенами, S с образованием сульфида Rb 2 S. С азотом рубидий в обычных условиях не реагирует, а нитрид рубидия Rb 3 N образуется при пропускании электрического разряда между электродами из рубидия, помещенными в жидкий азот. При нагревании рубидий реагирует с красным фосфором, образуя фосфид рубидия Rb 2 P 5 . Также при нагревании рубидий реагирует с графитом, причем в зависимости от условий проведения реакции возникают карбиды составов C 8 Rb и C 24 Rb.
Для рубидия характерно взаимодействие с аммиаком с образованием амида RbNH 2 . При реакции рубидия с ацетиленом возникает ацетиленид Rb 2 C 2 . Металлический рубидий способен восстанавливать кремний из стекла и из SiO 2 .
Со многими металлами рубидий образует интерметаллиды.
Гидроксид рубидия RbOH - сильное хорошо растворимое в воде основание, ведет себя аналогично КОН и NaOH.
Такие соли рубидия, как хлорид RbCl, сульфат Rb 2 SO 4 , нитрат RbNO 3 , карбонат Rb 2 CO 3 хорошо растворимы в воде перхлорат рубидия RbClO 4 и хлорплатинат рубидия Rb 2 PtCl 6 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.

Энциклопедический словарь . 2009 .

Смотреть что такое "рубидий" в других словарях:

Щелочной металл серебристого цвета, аналог калия. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. РУБИДИЙ металл серебристого цвета с желтоватым оттенком. Полный словарь иностранных слов, вошедших в употребление в… … Словарь иностранных слов русского языка

Rb (a. rubidium; н. Rubidium; ф. rubidium; и. rubidio), хим. элемент I группы периодич. системы Менделеева, ат. н. 37, ат. м. 85,4678; относится к щелочным металлам. В природе встречается в виде смеси двух стабильных изотопов: 85Rb… … Геологическая энциклопедия

- (хим.; Rubidium; Rb = 85,44 при 0=16, среднее из определенийБунзена, Пикара и Годефруа) второй металлический элемент, открытый (в1861 г.) Бунзеном и Кирхгоффом помощью спектрального анализа; он получилсвое название за две темно красные (rubidus)… … Энциклопедия Брокгауза и Ефрона

РУБИДИЙ - хим. элемент, символ Rb (лат. Rubidium), ат. н. 37, ат. м. 85,47, относится к щелочным металлам; очень рассеян и не имеет собственных минералов. Как примесь входит в минералы калия, цезия и лития, из которых его извлекают. Рубидий мягкий,… … Большая политехническая энциклопедия

- (Rubidium), Rb, химический элемент I группы периодической системы, атомный номер 37, атомная масса 85,4678; относится к щелочным металлам. Открыт немецкими учеными Р. Бунзеном и Г. Кирхгофом в 1861 … Современная энциклопедия

- (лат. Rubidium) Rb, химический элемент I группы периодической системы Менделеева, атомный номер 37, атомная масса 85,4678. Относится к щелочным металлам. Название от лат. rubidus темно красный (открыт по линиям в красной части спектра).… … Большой Энциклопедический словарь

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

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

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

Рубидий металлический образует кристаллы. Они напоминают кубы. Характерный для металлов 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 . 85-ый атом рубидия стабилен, а вот 87-ой – радиоактивен, хоть и слабо.

После полного распада 87-ой изотоп преобразуется в стабильную разновидность . 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.

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, . 37-ой элемент выполняет роль антиаллергена, оказывает противовоспалительное действие, слегка затормаживает, успокаивая .

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 .

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.

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

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 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.

Рубидий был открыт в 1861 г. Р. Бунзеном и Г. Киргоффом по особым линям в темно-красной области спектра.

Получение:

Рубидий собственных минералов не образует, содержится в апатито-нефелиновых породах, слюдах, карналлите. Получают методами металлотермии (восстановлением хлорида рубидия металлическим кальцием) и термическим разложением соединений, с последующей очисткой от примесей вакуумной перегонкой.
Мировое производство (1979) около 450 кг/год (без СССР).

Физические свойства:

Блестящий, серебристо-белый металл. Плотность рубидия невелика d=1,5 г/см 3 ; t пл =39° , t кип =689° . Очень мягкий, легко режется ножом.

Химические свойства:

Рубидий мгновенно воспламеняется на воздухе, а также в атмосфере фтора и хлора, а взаимодействие с жидким бромом сопровождается сильным взрывом.
Со взрывом реагирует с водой и разбавленными кислотами.

Важнейшие соединения:

Оксид, Rb 2 O - желтый, энергично взаимодействует с водой, образуя гидроксид, химически активный.
Гидроксид, RbOH - бесцветное, очень гигроскопичное вещество, сильное основание.
Пероксиды При сгорании рубидия образуется надперекись RbO 2 . Косвенным путём можно получить также Rb 2 O 2 , который менее устойчив, чем Na 2 O 2 . Rb 2 O 2 и RbO 2 - сильные окислители. Водой, а тем более разбавленными кислотами они легко разлагаются.
2RbO 2 + 2H + = 2Rb + + H 2 O 2 + O 2
Ещё более сильным окислителем является озонид RbO 3:
4RbOH + 4O 3 =4RbO 3 +O 2 +2H 2 O
Соли . Почти все соли рубидия легко растворяются в воде, образуют кристаллогидраты, бесцветны.
Персульфиды (полисульфиды) рубидия получены кипячением сульфидов с избытком серы. Они устойчивы.

Применение:

Вследствие высокой активности рубидия его атомы легко теряют электроны под действием света (фотоэффект), потому рубидий широко применяют для изготовления фотокатодов, используемых в измерительных схемах, устройствах звуковоспроизведения оптических фонограмм, в передающих телевизионных трубках и др.
Рубидий используется для удаления следов воздуха из ваккумных ламп.
Соединения рубидия применяют в медицине и в аналитической химии, как катализатор в органическом синтезе. Соли используются как электролиты в топливных элементах.

(Rubidium; от лат. rubidus - красный, темно-красный), Rb - хим. элемент I группы периодической системы элементов] ат. н.37, ат. м. 85,47. Серебристо-белый металл. В соединениях проявляет степень окисления + 1. Природный Р. состоит из стабильного изотопа 85Rb (72,15%) и радиоактивного изотопа 87Rb (27,85%) с периодом полураспада 5 10 10 лет. Получено более 20 радиоактивных изотопов, из к-рых наибольшее применение находит изотоп 86Rb с периодом полураспада 18,66 дней. Р. открыли (1861) нем. химик Р. В. Бунзен и нем. физик Г. Р. Кирхгоф при изучении спектра гексахлороплатинатов щелочных металлов, осажденных из маточника после разложения одного из образцов лепидолита.

Металлический рубидий впервые получил (1863) Р. В. Бунзен восстановлением гидротартрата рубидия углеродом. Р.- один из редких и весьма рассеянных элементов. Содержание его в земной коре 1,5 10 -2 %. В свободном состоянии в природе не встречается из-за большой хим. активности. Входит в состав 97 минералов, из к-рых источниками получения Р. служат и циннвальдит. Содержится в магматических, щелочных и осадочных породах, в гранитных пегматитах, почве, во мн. солях, в морской воде, живых организмах и растениях, в каменном угле. Кристаллическая решетка Р.- объемноцентрированная кубическая с периодом а - 5,70 А (т-ра 0Р С). Атомный радиус 2,48 А, ионный радиус Rb+ равен 1,49 а. Плотность (т-ра 0° С) 1,5348 г/см3; tпл 38,7°С; tкип 703° С; ср. термический коэфф. линейного расширения в интервале т-р 0-38° С равен 9,0 10 -5 град-1; теплоемкость при т-рах 0 и 25° С равна соответственно 7,05 и 7,43 кал/г-атом град; удельное электрическое сопротивление при т-ре 0°С составляет 11,25 мком см. Металлический Р. парамагнитен. Р.- мягкий, пластичный металл. Твердость по шкале Мооса - 0,3; НВ =0,022; модуль норм, упругости 240 кгс/мм2; давление истечения пр и т-ре 22° С равно 0,08 кгс/мм2; сжимаемость при комнатной т-ре 5,20 · 10 -3 кгс/мм2. Пары Р. окрашены в оранжевый цвет.

Летучие соединения рубидия окрашивают пламя газовой горелки в синевато-красный (фиолетовый) цвет. Рубидий отличается высокой реакционной способностью, превышающей реакционную способность калия, натрия и лития. На воздухе металл мгновенно окисляется с воспламенением, образуя перекись Rb202 и надперекись Rb02. С кислородом в зависимости от условий окисления дает окись Rb20, перекись Rb202, надперекись Rb02, озонид Rb03 и гидроокись RbOH. При взаимодействии с водородом образуется гидрид RbH - белое кристаллическое вещество, отличающееся большой хим. активностью. Р. непосредственно соединяется (с воспламенением) с галогенами, образуя RbF, RbCl, RbBr и Rbl - бесцветные кристаллы, хорошо растворимые в воде и мн. органических растворителях. В жидком азоте при электр. разряде между электродами, изготовленными из Р, получают нитрид Rb3N - зеленый или синий очень гигроскопичный малоустойчивый порошок. Обменной реакцией между азидом бария и сульфатом Р., взаимодействием амида Р. с закисью азота получают азид RbN3. Известны соединения рубидия с серой, селеном и теллуром - халькоъениды. Сульфид Rb2S 4H20 - белый мелкокристаллический порошок, расплывающийся на воздухе; безводный Rb2S - темно-красный кристаллический порошок. Белый кристаллический порошок селенида Rb2Se и светло-желтый порошок ида Rb2Te разлагаются на воздухе. С углеродом Р. образует ацетилид Rb2C2, соединения C8Rb, C24Rb и др.; с фосфором - Rb2P5, RbPHa, с кремнием - силицид RbSi. При замене водорода неорганической к-ты на Р. получают соответствующую соль - сульфат, карбонат, нитрат и др. Со мн. металлами, включая щелочные, Р. образует .

В реакциях с неорганическими соединениями ведет себя как восстановитель. В пром-сти металлический рубидий получают в основном вакуумно-термическим восстановлением, действуя на соли Р., напр. на галоидные соединения, магнием или кальцием при высоких т-рах в вакууме. Для произ-ва Р.прибегают также к электрохимическому способу. При электролизе, напр., расплава хлорида RbCl иа жидком свинцовом катоде получают свинцоворубидиевый сплав, из к-рого металл выделяют дистилляцией в вакууме. Небольшое количество очень чистого металла получают нагреванием азида Р. до т-ры 390- 395° С в вакууме. Пары Р. используют в лазерах, в чувствительных магнитометрах, необходимых при космических исследованиях, геофизических поисках нефти и т. п. Лампы низкого давления с парами Р. используют как источники резонансного излучения. Металлический Р. применяют в гидридных топливных элементах, он входит в состав металлических теплоносителей для ядерных реакторов, используется для изготовления высокоэффективных фотоэлектронных умножителей, находит применение в вакуумных радиолампах - в качестве геттера и для создания положительных ионов на нитях накала. Кроме того, рубидий используют в ядерных гироскопах, с помощью к-рых определяют изменение углового положения или угловую скорость в сверхстабильных стандартах частот; он входит в состав смазочных материалов, используемых в реактивной и космической технике; окись RbaO используют в сложных фотокатодах, она входит в состав электродных стекол, рН-метров; смесь хлоридов Р. и меди применяют при изготовлении термисторов для повышенных т-р (до 290° С).

Характеристика элемента

В 1861 г. при исследовании соли минеральных источников спектральным анализом Роберт Бунзеи обнаружил новый элемент. Его наличие доказывалось темно-красными линиями в спектре, которых не давали другие элементы. По цвету этих линий элемент и был назван рубидием (rubidus - темно — красный). В 1863 г. Р. Бунзен получил этот металл и в чистом виде восстановлением тартрата рубидия (виннокислой соли) сажей.

Особенностью элемента является легкая возбудимость его атомов. Электронная эмиссия у него появляется под действием красных лучей видимого спектра. Это связано с небольшой разницей в энергиях атомных 4 d и 5 s -орбиталей. Из всех щелочных элементов, имеющих стабильные , рубидию (как и цезию) принадлежит один из самых больших атомных радиусов и маленький потенциал ионизации. Такие параметры определяют характер элемента: высокую электроположительность, чрезвычайную химическую активность, низкую температуру плавления (39° С) и малую устойчивость к внешним воздействиям.

Свойства простого вещества и соединений

Внешне компактный рубидий - блестящий серебристо-белый металл. При обычной-температуре своим состоянием напоминает пасту. Он легок, так как его плотность всего 1,5 г/см ³ , плохо проводит электрический ток, его пары имеют зеленовато-синий цвет. В соединениях является исключительно катионом со степенью окисления +1. Связь практически на 100% ионная, так как атом рубидия отличается высокой поляризуемостью и отсутствием поляризующего действия на большинство атомов и ионов. Высокая активность его приводит к тому, что на воздухе он мгновенно загорается, а со льдом бурно реагирует даже при температуре ниже — 100 °С. Результатом окисления этого металла является пероксид Rb 2 O 2 и супероксид Rb 2 O 4 . Оксид Rb 2 O образуется при соблюдении специальных условий. Гидроксид RbOH — бесцветные кристаллы с t пл = 301°С. Из растворов выделяется в виде кристаллогидратов RbOH · H 2 O и RbOH · 2H 2 O .

С галогенами, серой , фосфором , оксидом углерода (IV) и четыреххлористым углеродом металл реагирует со взрывом. В тихом электрическом заряде с азотом образует нитрид Rb 3 N . Выше 300 °С металл способен разрушать , восстанавливая из SiO 2 :

2Rb + SiO 2 = Rb 2 O 2 + Si

При нагревании расплавленного рубидия в атмосфере водорода образуется малоустойчивый гидрид RbH , окисляющийся с воспламенением под действием влаги воздуха.

Получение и использование рубидия

Рубидий распространён в природе довольно широко: содержание его в земной каре составляет 3,1 · 10 ˉ ² % . Однако собственных минералов не образует и встречается вместе с другими щелочными металлами (всегда сопутствует калию) . Извлекается попутно при переработке минерального сырья в частности лепидолита и карналлита, с целью извлечения соединений калия и магния. Рубидиевые препараты иногда применялись в медицине как снотворные и болеутоляющие средства и при лечении некоторых форм эпилепсии. В аналитической химии соединения рубидия используются как специфические реактивы на

С первого взгляда рубидий не производит особого впечатления. Правда, его демонстрируют не на черном бархате, а в запаянной и предварительно вакуумированной стеклянной ампуле. Своим внешним видом – блестящей серебристо-белой поверхностью этот щелочной металл напоминает большинство других металлов. Однако при более близком знакомстве выявляется ряд присущих ему необычайных, подчас уникальных особенностей.

Так, стоит лишь несколько минут подержать в руках ампулу с рубидием, как он превращается в полужидкую массу – ведь температура плавления рубидия всего 39°C.

Атомная масса рубидия средняя между атомными массами меди и серебра, но его свойства резко отличны от свойств металлов-«соседей». Впрочем, этого следовало ожидать, если учесть местоположение рубидия в периодической системе. Прежде всего он легок (плотность 1,5 г/см 3) и плохо проводит электрический ток. Но самое примечательное – это его исключительная химическая активность. В вакууме рубидий хранят не зря – на воздухе он моментально воспламеняется. При этом образуются соединения с высоким содержанием кислорода – перекиси и надперекиси рубидия. Не менее жадно (с воспламенением) соединяется он с хлором и другими галогенами, а с серой и фосфором – даже со взрывом.

Вообще рубидий вступает в реакцию почти со всеми элементами; в литературе описаны его соединения с водородом и азотом (гидриды и нитриды), с бором и кремнием (бориды и силициды), с золотом, кадмием и ртутью (ауриды, кадмиды, меркуриды) и многие другие.

При обычной температуре рубидий разлагает воду столь бурно, что выделяющийся водород тут же воспламеняется. При 300°C его пары разрушают стекло, вытесняя из него кремний.

Известно, что многие металлы обладают фотоэлектрическими свойствами. Свет, попадающий на катоды, изготовленные из этих металлов, возбуждает в цепи электрический ток. Но если в случае платины, например, для этого требуются лучи с очень малой длиной волны, то у рубидия, напротив, фотоэффект наступает под действием наиболее длинных волн видимого спектра – красных. Это значит, что для возбуждения тока в рубидиевом фотоэлементе требуются меньшие затраты энергии. В этом отношении рубидий уступает только цезию, который чувствителен не только к световым, но и к невидимым инфракрасным лучам.

Исключительно высокая активность рубидия проявляется и в том, что один из его изотопов – 87 Rb (а на его долю приходится 27,85% природных запасов рубидия) – радиоактивен: он самопроизвольно испускает электроны (бета-лучи) и превращается в изотоп стронция с периодом полураспада в 50...60 млрд лет.

Около 1% стронция образовалось на Земле именно этим путем, и если определить соотношение изотопов стронция и рубидия с атомной массой 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 скалы американского континента возникли 2100 млн лет тому назад.

Как видите, у этого внешне непритязательного серебристого-белого металла есть немало интересных свойств.

Почему его назвали рубидием? Rubidus – по-латыни «красный». Казалось бы, это имя скорее подходит меди, чем очень обыкновенному по окраске рубидию. Но не будем спешить с выводами.

Это название было дано элементу №37 его первооткрывателями Кирхгофом и Бунзеном. Сто с лишним лет назад, изучая с помощью спектроскопа различные минералы, они заметили, что один из образцов лепидолита, присланный из Розены (Саксония), дает особые линии в темно-красной области спектра. Эти линии не встречались в спектрах ни одного известного вещества. Вскоре аналогичные темно-красные линии были обнаружены в спектре осадка, полученного после испарения целебных вод из минеральных источников Шварцвальда. Естественно было предположить, что эти линии принадлежат какому-то новому, до того неизвестному элементу. Так в 1861 г. был открыт рубидий. Но содержание его в опробованных образцах было ничтожным, и, чтобы извлечь мало-мальски ощутимые количества, Бунзену пришлось выпаривать свыше 40 м 3 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) ученый подверг осадок многократной фракционированной кристаллизации и получил из наименее растворимой фракции хлориды рубидия и цезия. Бунзен перевел их затем в карбонаты и тартраты (соли винной кислоты), что позволило еще лучше очистить рубидий и освободить его от основной массы цезия. Огромный труд и незаурядная изобретательность принесли свои плоды: Бунзену удалось разрешить весьма сложный вопрос и получить не только отдельные соли рубидия, но и сам элемент.

Металлический рубидий был впервые получен при восстановлении сажей кислого тартрата. В настоящее время наилучший способ извлечения рубидия – восстановление его хлорида металлическим кальцием. Реакцию ведут в железной пробирке, помещенной в трубчатый кварцевый прибор. В вакууме при 700...800°C рубидий отдает кальцию свой хлор, а сам возгоняется. Его пары собираются в специальном отростке прибора; там они охлаждаются, после чего весь отросток с заключенным в нем рубидием отпаивают. После повторной перегонки в вакууме при 365°C можно получить металлический рубидий высокой степени чистоты.

Сколько рубидия на земном шаре и где он встречается? На последний вопрос ответить легче: практически везде; а вот на первый ответы довольно противоречивы. Разные исследователи называют разные цифры. Сейчас принято считать, что содержание рубидия в земной коре составляет 1,5·10 –2 %. Это больше, чем у таких известнейших металлов, как медь, цинк, олово, свинец. Но выделить рубидий значительно сложнее, чем олово или свинец, и дело не только в большой химической активности элемента №37. Беда в том, что рубидий не образует скоплений, у него нет собственных минералов. Он крайне рассеян и встречается вместе с другими щелочными металлами, всегда сопутствуя калию.

Рубидий обнаружен в очень многих горных породах и минералах, но его концентрация там крайне низка. Только лепидолиты содержат несколько больше Rb 2 О, иногда 0,2%, а изредка и до 1...3%. Соли рубидия растворены в воде морей, океанов и озер. Концентрация их и здесь очень невелика, в среднем порядка 100 мкг/л. Значит, в мировом океане рубидия в сотни раз меньше, чем в земной коре. Впрочем, 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.

Рубидий найден в морских водорослях, в чае, кофе, в сахарном тростнике и табаке: в золе табачных листьев оказалось до 0,004% рубидия (а калия в них в 1000 раз больше).

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 · MgCl 2 · 6H 2 O. Рубидий дает соль аналогичного состава RbCl · MgCl 2 · 6H 2 O, 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 представляет большого труда. Сейчас разработаны и описаны в литературе вполне рациональные и экономичные методы извлечения рубидия из карналлита, попутно с другими элементами.

Мощные залежи карналлита, несомненно, – один из наиболее перспективных источников рубидиевого сырья. Хотя концентрация рубидия здесь и невелика, но общие запасы солей таковы, что количество рубидия измеряется миллионами тонн.

Где применяется рубидий? Куда он идет и какую пользу приносит? Увы, читатель! Послужной список рубидия невелик. Мировое производство этого металла ничтожно (несколько десятков килограммов в год), а стоимость непомерно велика: 2,5 доллара за 1 г. Объясняется это главным образом ничтожными запасами рубидия в основных капиталистических странах. И все-таки совершенно «безработным» элементом его не назовешь.

Рубидиевые препараты иногда применяются в медицине как снотворные и болеутоляющие средства, а также при лечении некоторых форм эпилепсии. Отдельные его соединения используются в аналитической химии как специфические реактивы на марганец, цирконий, золото, палладий и серебро. Сам металл изредка употребляют для изготовления фотоэлементов, но по чувствительности и диапазону действия рубидиевые фотокатоды уступают некоторым другим, в частности цезиевым.

Между тем исследования, проведенные учеными различных стран, показали, что рубидий и его соединения обладают многими практически ценными качествами. Среди них первостепенное значение имеет каталитическая активность.

Еще в 1921 г. немецкие химики Фишер и Тропш нашли, что карбонат рубидия – превосходный компонент катализатора для получения синтетической нефти – синтола. Синтолом была названа смесь спиртов, альдегидов и кетонов, образующаяся из водяного газа (смеси водорода с окисью углерода) при 410°C и давления 140...150 атм в присутствии специального катализатора. После добавления бензола эту смесь можно было использовать в качестве моторного топлива. Катализатором служила железная стружка, пропитанная гидроокисью калия. Но если калий заменить рубидием, то эффективность процесса значительно повышается. Во-первых, выход маслянистых продуктов и высших спиртов становится вдвое больше; во-вторых, рубидиевый катализатор (в отличие от калиевого) не покрывается сажей и поэтому сохраняет свою первоначальную активность значительно дольше.

Позднее были запатентованы специальные катализаторы с рубидием для синтеза метанола и высших спиртов, а также стирола и бутадиена. Исходными продуктами служили: в первом случае – водяной газ, во втором – этилбензол и бутиленовая фракция нефти.

Стирол и бутадиен – исходные вещества для получения синтетического каучука и поэтому их производство занимает видное место в химической промышленности высокоразвитых стран. Обычно катализаторами здесь служат окислы железа с примесью окислов других металлов, главным образом меди, цинка, хрома, марганца или магния, пропитанные солями калия.

Но если вместо калия ввести в состав катализатора до 5% карбоната рубидия, то скорость реакции удваивается. Кроме того, значительно повышается так называемое селективное действие катализатора и его устойчивость, т.е. процесс идет в желаемом направлении, без образования побочных продуктов, а катализатор служит дольше и не требует частой смены.

В последние годы предложены катализаторы, содержащие в том или ином виде рубидий, для гидрогенизации, дегидрогенизации, полимеризации и некоторых других реакций органического синтеза. Так, например, металлический рубидий облегчает процесс получения циклогексана из бензола. В этом случае процесс идет при значительно более низких температурах и давлениях, чем при активации его натрием или калием, и ему почти не мешают «смертельные» для обычных катализаторов яды – вещества, содержащие серу.

Карбонат рубидия оказывает положительное действие на процесс полимеризации аминокислот; с его помощью получены синтетические полипептиды с молекулярной массой до 40000, причем реакция протекает без инерции, моментально.

Очень интересное исследование было проведено в США в связи с работами по изысканию новых видов авиационного топлива. Было найдено, что тартрат рубидия может быть катализатором при окислении сажи окислами азота, значительно снижая температуру этой реакции по сравнению с солями калия.

По некоторым данным, рубидий ускоряет изотопный обмен ряда элементов. В частности, его способность непосредственно соединяться как с водородом, так и с дейтерием может быть использована для получения тяжелого водорода, так как дейтерид рубидия обладает большей летучестью, чем обычный гидрид. Не исключено, что гидрид и особенно борогидриды рубидия смогут быть применены в качестве высококалорийных добавок к твердым топливам.

Известно, что соединения рубидия с сурьмой, висмутом, теллуром, пригодные для изготовления фотокатодов, обладают полупроводниковыми свойствами, а его однозамещенные фосфаты и арсенаты могут быть получены в виде пьезоэлектрических кристаллов.

Наконец у эвтектических* 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.

* Эвтектикой называется наиболее легкоплавкий состав из двух (или нескольких) веществ, взятых в определенном соотношении.

Таков далеко не полный перечень тех возможностей, которыми располагает рубидий...

На Северном Урале среди дремучих лесов расположен старинный русский город Соликамск. За годы Советской власти на высоком берегу Камы, вблизи старого Соликамска, вырос новый, сияющий огнями город. Здесь находится одна из первых шахт Соликамского калийного комбината. Спускаясь в эту шахту, попадаешь на довольно широкую площадку, чем-то напоминающую станцию метро. Здесь так же светло, и уютно, а стены «облицованы» блестящим, как мрамор, калийно-натриевым минералом сильвинитом. Сильвинит окрашен в различные цвета: то он снежно-белый (чистейший сильвин – хлорид калия), то переливается всеми оттенками от светло-розового до почти красного и от светло-голубого до темно-синего. Он пронизан прозрачными и бесцветными кристаллами хлорида натрия. Но среди них иногда попадаются крупные блестящие и совершенно черные кубики.

Откуда взялась поваренная соль черного цвета?

Полагают, что это – почерк рубидия, что хлорид натрия почернел под действием радиоактивных излучений 87 Rb. Так рубидий напоминает о себе, дает знать о своем существовании.

Не только спектрографисты

Первооткрыватели рубидия и цезия немецкие ученые Р. Бунзен и Г. Кирхгоф прославились не только как создатели спектрального анализа. Каждому из них принадлежит немало и интересных работ и открытий.

Кирхгоф

Густав Роберт Кирхгоф – физик с мировым именем. Он установил закономерности течения электрического тока в разветвленных цепях, ввел в физику понятие абсолютно черного тела, сформулировал основной закон теплового излучения.

В 1861 г. Кирхгоф установил, что Солнце состоит из раскаленной жидкой массы, окруженной атмосферой паров, и высказал правильные предположения о химическом составе этих паров. Всю жизнь Кирхгоф был убежденным материалистом. Спектральный анализ, основы которого заложены Кирхгофом и Бунзеном, стал важнейшим физико-химическим методом научных исследований. Он широко применяется и в наше время.

Бунзен

Роберт Вильгельм Бунзен – выдающийся немецкий химик XIX в. Первой крупной работой Буизена было исследование органических соединений мышьяка. В 1841 г. он изобрел угольно-цинковый гальванический элемент, электродвижущая сила которого достигала 1,7 в. По тем временам это был самый мощный гальванический элемент. Используя батарею таких элементов, Бунзен получил электролизом из расплавов солей магний, кальций, литий, стронций, барий.

Много внимания уделял ученый определению физических констант важнейших веществ. Он разработал точные методы газового анализа, изобрел и усовершенствовал многие лабораторные приборы и оборудование. Разовыми горелками и колбами Бунзена для фильтрования до сих пор пользуются в лабораториях всего мира.

Бунзен был самоотверженно предан науке. Работая с мышьяком, он тяжело отравился, во время одного из взрывов в лаборатории потерял глаз.

Заслуги ученого были признаны всем миром. В 1862 г. Российская Академия наук избрала его иностранным членом-корреспондентом.