Рубидий

Рубидий это химический элемент, простое вещество, входит в подгруппу щелочных металлов в которую входят литий Li, натрий Na, калий K, рубидий Rb, цезий Cs, франций Fr.

В природе в чистом виде не встречается связи высокой активности (на воздухе легко окисляется иногда с воспламенением).

Получают в основнов из минералов в состав которых входит, например  лепидолит и циннвальдит и карналлита.

Что такое рубидий

(Rubidium; от лат. rubidus — красный, темно-красный), Rb — химический элемент 1-й группы пятого периода периодической системы химических элементов (устаревшая классификация: главной подгруппы первой группы IА)

Атомный номер 37, атомная масса 85,47. Серебристо-белый щелочной металл.

В соединениях проявляет степень окисления + 1. Природный рубидий состоит из стабильного изотопа 85Rb (72,15%) и радиоактивного изотопа 87Rb (27,85%) с периодом полураспада 5 • 10¹⁰ лет.

Получено более 20 радиоактивных изотопов, из к-рых наибольшее применение находит изотоп 86Rb с периодом полураспада 18,66 дней.

История

Рубидий 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. Рубидий — 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 химической активности.

Входит в состав 97 минералов, из которых источниками получения служат лепидолит и циннвальдит.

Содержится в магматических, щелочных и осадочных породах, в гранитных пегматитах, почве, во многих солях, в морской воде, живых организмах и растениях, в каменном угле.

Интересный факт рубидия: способность вырабатывать электрический ток под воздействием солнечного излучения.

Физические свойства

Кристаллическая решетка   рубидия — 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; t_пл 38,7°С; t_кип 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.

Электронная конфигурация рубидия: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰4s² 4p⁶ 5s¹

Металлический рубидий парамагнитен, мягкий, пластичный щелочной 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 окрашены в оранжевый цвет.

Интересный факт: в медицине изотоп рубидия с помощью специального оборудования помогает увидеть «узкие места» в кровеносных сосудах.

Химические свойства

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 Rb₂О₂ и надперекись RbО₂.

Rb + O₂ → RbO₂

С кислородом в зависимости от условий окисления дает окись Rb₂О,  перекись Rb₂О₂, надперекись RbО₂, озонид RbО₃ и гидроокись RbOH.

При взаимодействии с водородом образуется гидрид RbH — белое кристаллическое вещество, отличающееся большой химической активностью.

Rb + Н₂ → 2RbH

Рубидий непосредственно соединяется (с воспламенением) с галогенами, образуя галогениды RbF, RbCl, RbBr и Rbl — бесцветные кристаллы, хорошо растворимые в воде и мн. органических растворителях.

Rb + 2F → RbF₂

2Rb + Cl₂ → 2RbCl

2Rb + Br₂ → 2RbBr

2Rb + I₂ → 2RbI

В жидком азоте при электрическом разряде между электродами, изготовленными из  щелочного металла, получают нитрид Rb₃N — зеленый  или синий  очень гигроскопичный малоустойчивый порошок.

3Rb + N → Rb₃N

Обменной реакцией между азидом бария и сульфатом рубидия, взаимодействием амида с закисью азота получают азид RbN₃.

Ba(N₃)₂ + Rb₂SO₄ → RbN₃ + Ba(SO₄)₂

Известны соединения рубидия с  серой, селеном и теллуром — халькогениды.

Сульфид Rb₂S • 4H₂О — белый  мелкокристаллический порошок, расплывающийся на воздухе; безводный Rb₂S — темно-красный кристаллический порошок.

Белый кристаллический порошок селенида Rb₂Se и светло-желтый порошок  теллур ида   Rb₂Te  разлагаются на воздухе.

С углеродом образует ацетилид (карбид рубидия) Rb₂C_2:

Rb + C → Rb₂C₂

соединения C₈Rb, C₂₄Rb и др.

фосфором — фосфиды Rb₂P₅,

2Rb + 5P → Rb₂P₅

с кремнием — силицид RbSi:

Rb + Si → RbSi

При замене водорода неорганической кислоты на Rb получают соответствующую соль — сульфат, карбонат, нитрат и др.

8Rb + 5H₂SO₄ → 4Rb₂SO₄ + H₂S + 4H₂O

2Rb + H₂CO₃ → Rb₂CO₃ + H₂

2 Rb + 2HNO₃ → 2RbNO₃ + H₂

Со многими металлами, включая щелочные, образует сплавы.

В реакциях с неорганическими соединениями ведет себя как восстановитель.

Получение

Рубидий распространён в природе довольно широко: содержание его в земной каре составляет 3,1 · 10ˉ² %.

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.

В промышленности металлический рубидий получают в основном  вакуумно-термическим восстановлением, действуя на соли в состав которых он входит.

Например на галоидные соединения, магнием или кальцием при высоких т-рах в вакууме. Для производства прибегают также к электрохимическому способу.

При электролизе, например, расплава хлорида RbCl на жидком свинцовом катоде получают свинцово-рубидиевый сплав, из к-рого металл  выделяют дистилляцией в вакууме.

Небольшое    количество очень чистого металла получают нагреванием азида рубидия до т-ры 390— 395° С в вакууме.

Применение

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 марганец , цирконий, золото, палладий, серебро.

В виде металлов его применяют для изготовления рубидиевых фотокатодов.

Пары рубидия используют в лазерах, в чувствительных магнитометрах,   необходимых   при космических исследованиях, геофизических поисках нефти и т. п.

Лампы низкого давления с парами используют как источники резонансного   излучения.

Металлический   рубидий 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 которых 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 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 4d и 5s-орбиталей.

Из всех щелочных элементов, имеющих стабильные изотопы, рубидию (как и цезию) принадлежит один из самых больших атомных радиусов и маленький потенциал ионизации.

Такие параметры определяют характер элемента:

1. Высокую электроположительность.
2. Чрезвычайную химическую активность.
3. Низкую температуру плавления (39° С).
4. 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/см³, 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 Rb₂O₂ и супероксид Rb₂O₄. Оксид Rb₂O образуется при соблюдении специальных условий.

Гидроксид рубидия RbOH — бесцветные кристаллы с t_пл = 301°С. Из растворов выделяется в виде кристаллогидратов RbOH · H₂O и RbOH · 2H₂O .

С галогенами, серой, фосфором, оксидом углерода (IV) и четыреххлористым углеродом металл реагирует со взрывом.

В тихом электрическом заряде с азотом образует нитрид Rb₃N.

Выше 300 °С металл способен разрушать стекло , восстанавливая кремний из SiO₂:

2Rb + SiO₂ = Rb₂O₂ + Si

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

Быстрые ответы?