Keemiline element rubiidium: omadused, omadused, ühendid. Miks on inimorganismile vajalik keemiline element rubiidium (omadused koos fotoga)? Miks rubiidiumi nii kutsutakse ja kust see leiti?
Rubiidium– leelismetall, kerge ja pehme, hõbevalge, ehkki selle nimi räägib hoopis teist värvi: ladina keeles tähendab “rubidus” “punast” või isegi “tumepunast” – seda on teadlaste Gustav Robert Kirchhoff ja Robert Wilhelm Bunsen sõnul. nimetas seda 1861. aastal. Esimene teadlane oli suurepärane füüsik ja teine eksperimentaalkeemik; Nad uurisid mineraale Kirgoffi leiutatud spektroskoopi abil ja märkasid ühes kontsentreeritud mineraalide proovis erilisi punaseid jooni ning otsustasid, et tegemist on tundmatu elemendiga. Ja nii see selgus, kuid uue mineraali eraldamine osutus keeruliseks: Bunsen pidi tegema palju tööd - keemik töötas 2 aastat väsimatult - enne rubiidiumi puhastamist ja eraldamist muudest elementidest - kaaliumisooladest, tseesiumist , jne.
Tänapäeval nimetavad keemikud rubiidiumi tüüpiliseks mikroelemendiks, alates aastast maakoor seda on palju, kuid see on peaaegu alati teiste mineraalide segu; seda leidub sageli vulkaanilistes kivimites; Rubiidiumisoolasid leidub sageli mineraalvees erinevatest allikatest, merede ja järvede vees (ka põhjavees) ning mineraalide kontsentraatides - need sisaldavad kümneid kordi rohkem erinevaid keemilisi elemente kui tavalises maagis.
Puhas rubiidium on mitmel viisil ainulaadne element. Seda saab hoida ainult vaakumis, spetsiaalsetes suletud klaasampullides - vabas õhus süttib see koheselt, reageerides koheselt hapnikuga. Rubiidiumi keemiline aktiivsus on üldiselt väga kõrge: see reageerib kiiresti peaaegu kõigi teadaolevate keemiliste elementidega - metallide ja mittemetallidega ning mõnikord isegi plahvatab.
Rubiidiumi ainulaadsust saab hinnata ka sulamistemperatuuri järgi - see sulab juba temperatuuril 39°C, nii et niipea, kui hoiate selle metalliga ampulli mõnda aega käes, muutub see poolvedelaks. teie silme ees - muud metallid ei erine sellest, välja arvatud elavhõbe - kõik teavad, et just selle omaduse tõttu kasutatakse seda edukalt meditsiinilistes termomeetrites.
Loomulikult huvitab meid rohkem rubiidiumi roll elusorganismides, sealhulgas inimkehas, kuid isegi siin võib seda elementi pidada ebatavaliseks - selle rolli selles osas pole selgitatud ja seda käsitletakse tavaliselt koos tseesiumiga. , uurides samal ajal nende mõju organismile .
Rubiidiumi allikad
Taimede ja loomade kudedes on rubiidiumi, kuid seda on väga vähe: näiteks tubaka, selle üheks allikaks peetud taime lehtedes on rubiidiumi 1000 korda vähem kui kaaliumi. Meretaimedes - vetikates on seda veelgi vähem, kuid see võib koguneda eluskoesse: eriti leidub seda mereanemoonides, meriussides, koorikloomades, molluskites, okasnahksetes ja mõnedes kalades. Mõnes maismaataimed Rubiidium koguneb ka – näiteks teatud peedi- ja viinamarjasortidesse.
Vähe uuritud on ka rubiidiumi ainevahetust organismis, kuid seda saame iga päev koos toiduga ja peamiselt musta tee ja kohviga, samuti joogiveega kuni 1,5-4 mg. Inimkeha peaks tavaliselt sisaldama umbes 1 g rubiidiumi.
Rubiidiumi roll organismis
Rubiidium siseneb verre väga kiiresti, 1-1,5 tundi pärast makku sattumist; Rubiidium koguneb ajju ja skeletilihastesse, luudesse, kopsudesse ja pehmetesse kudedesse.
Rubiidiumil on antihistamiinsed omadused ja varasematel aegadel, 19. sajandil, kasutati seda teatud närvisüsteemi haiguste – eelkõige epilepsia – raviks. Muidu on rubiidiumi füsioloogilist rolli samuti vähe uuritud.
Rubiidium kuulub 2. ohuklassi toksiliste elementide hulka – selle klassi ained on määratletud kui inimestele väga ohtlikud: nt. väävelhape ja arseen.
Arstid teavad vähe ka rubiidiumipuuduse sümptomitest ja ka nende põhjustest – osade loomadega tehti katseid. Kui neil puudus toidus rubiidium, mõjutas see nende paljunemisvõimet: embrüod arenesid halvasti, täheldati raseduse katkemisi ja enneaegseid sünnitusi. Samuti pidurdus loomade kasv ja areng üldiselt, nende isu vähenes ja eluiga.
Suurenenud rubiidiumisisalduse korral täheldatakse samu sümptomeid - aeglasem kasv ja areng ning lühenenud eluiga, kuid selleks peate seda võtma palju - umbes 1000 mg päevas. Rubiidiumi radioaktiivset isotoopi peetakse tervisele ohtlikuks, kuid eriteaduste – radiobioloogia, kiirguskeemia jt – seisukohalt võib seda elementi pidada nõrgalt radioaktiivseks või isegi stabiilseks, kuna selle poolestusaeg võrreldes 2010. aasta ajaga võrreldes on nn. inimelu on kujuteldamatult tohutu – see on 4,923 × 1010 aastat. Kui me üritame seda tõlkida meile arusaadavasse keelde, on see umbes 50-60 miljardit aastat – isegi meie planeet pole veel nii kaua eksisteerinud.
Siiski peetakse tervisele ohtlikuks pidevat töötamist teatud tööstusharudes: klaasi-, keemia- ja elektroonikatööstuses ning rubiidiumi võib suures koguses alla neelata ka toidu ja vee kaudu – see oleneb piirkonna geoloogilistest iseärasustest. Rubiidiumi liigse sisaldusega, peavalud ja unehäired, arütmia, krooniline põletikulised haigused hingamisteed, limaskestade ja naha lokaalne ärritus, samuti proteinuuria – suurenenud valgusisaldus uriinis.
Rubiidiumimürgistuse korral määratakse tavaliselt sümptomaatiline ravi, mis hõlmab üksikute sümptomite kõrvaldamist, aga ka ravi kompleksi moodustavate ainetega (tavaliselt naatriumi- ja kaaliumipreparaadid), mis moodustavad toksiliste ja radioaktiivsete ainetega vees lahustuvaid ühendeid, mis seejärel organismist väljutatakse. neerud.
Siiski tasub öelda, et nii kaasaegne meditsiin kui ka bioloogia jätkavad rubiidiumi kasutamise võimaluste uurimist paljude haiguste ravis.
Reeglina uuritakse rubiidiumi paralleelselt tseesiumiga: tänaseks on leitud, et need võivad stimuleerida vereringet ning omavad vasokonstriktorit ja hüpertensiivset toimet. Nendel eesmärkidel kasutas neid 19. sajandil kuulus vene teadlane ja arst S.S. Botkin: ta tõestas, et tseesiumi- ja rubiidiumisoolad tõstavad vererõhku ja säilitavad seda pikka aega.
Need elemendid on aktiivsed ka immuunsüsteemi suhtes: suurendavad organismi vastupanuvõimet haigustele, kuna suurendavad leukotsüütide ja lüsosüümi, antibakteriaalse aine aktiivsust, mis hävitab patogeensete bakterite rakuseinad ja põhjustab seeläbi nende kiiret surma.
Rubiidiumi- ja tseesiumisoolad aitavad organismil ka hüpoksiat – hapnikupuudust kergemini taluda ning tänapäeva meditsiinis kasutatakse rubiidiumi siiani: selle jodiidi-, bromiid- ja kloriidsoolad on rahustava ja valuvaigistava toimega.
Rubiidiumi rakendused
Rubiidiumi kasutatakse erinevates valdkondades, kuid ei saa öelda, et seda kasutatakse aktiivselt: maailmas toodetakse seda vähe - aastas on see kümneid, mitte sadu kg, ja see on üsna kallis. Rubiidiumiühendeid kasutatakse analüütiline keemia, spetsiaalse optika valmistamisel, mõõteriistad, elektroonika- ja tuumatööstuses.
Rubiidium on osa spetsiaalsetest tõhusatest määrdeainetest, mida kasutatakse raketi- ja kosmosetehnoloogias vaakumtingimustes töötamisel.
Elektrotehnikas kasutatakse valgustorusid, mille valmistamisel kasutatakse rubiidiumi; Rubiidiumiühendeid kasutatakse spetsiaalsete klaaside valmistamisel ja röntgenitehnoloogias, samuti termoelektrilistes generaatorites ja ioonmootorites.
Geokronoloogias kasutatakse kivimite ja mineraalide geoloogilise vanuse määramisel nn strontsiumi meetodit, mis võimaldab seda vanust väga täpselt tuvastada - spetsialistid määravad neis kivimites rubiidiumi ja 87Sr sisalduse. Just selle meetodi abil suutsid teadlased määrata Ameerika mandri vanimate kivimite vanuse - need on 2 miljardit 100 miljonit aastat vanad.
Gataulina Galina
naisteajakirja veebisait
Materjali kasutamisel või kordustrükkimisel on vajalik aktiivne link naiste veebiajakirjale
MÄÄRATLUS
Rubiidium asub perioodilise tabeli põhi(A) alagrupi I grupi viiendal perioodil. Nimetus – Rb. Rubiidium lihtaine kujul on hõbevalge metall, mille kehakeskne kristallvõre.
Tihedus - 1,5 g / cm3. Sulamistemperatuur 39,5 o C, keemistemperatuur - 750 o C. Pehme, kerge noaga lõigata. Isesüttib õhu käes.
Rubiidiumi oksüdatsiooniaste ühendites
Rubiidium on D.I perioodilise tabeli rühma IA element. Mendelejev. See kuulub leelismetallide rühma, mille ühendites on konstantne ja positiivne ainult võimalik oksüdatsiooniaste, mis on võrdne (+1) , näiteks 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 jne.
Rubiidium eksisteerib ka lihtsa aine - metalli kujul ja metallide oksüdatsiooniaste elementaarses olekus on võrdne null, kuna elektrontiheduse jaotus neis on ühtlane.
Näited probleemide lahendamisest
NÄIDE 1
| Harjutus | Millises seerias võivad kõik elemendid näidata oksüdatsiooniastet (-1) ja (+5):
|
| Lahendus | Esitatud küsimusele õige vastuse leidmiseks kontrollime iga pakutud võimalust ükshaaval. a) Kõigil neil keemilistel elementidel on ainult üks oksüdatsiooniaste, mis on võrdne perioodilise tabeli D.I rühmanumbriga. Mendelejev, kus nad asuvad, plussmärgiga. Need. Rubiidiumi ja liitiumi oksüdatsiooniaste on (+1) ja kaltsiumil (+2). Vastus on vale. b) Fluoril on ainult üks oksüdatsiooniastme väärtus, mis on võrdne (-1), seega on see vastusevariant vale ja ülejäänud keemilisi elemente pole mõtet kontrollida. c) Kõik need elemendid kuuluvad halogeenide rühma ja neid iseloomustavad oksüdatsiooniastmed (-1), 0, (+1), (+3), (+5) ja (+7), s.o. see on õige vastus. |
| Vastus | 3. võimalus. |
Artikli sisu
RUBIIDIUM(Rubiidium) Rb, perioodilise tabeli 1. (Ia) rühma keemiline element. Leeliseline element. Aatomarv 37, suhteline aatommass 85,4678. Looduses esineb seda stabiilse isotoobi 85 Rb (72,15%) ja radioaktiivse isotoobi 87 Rb (27,86%) seguna poolestusajaga 4,8. 10 10 aastat. Kunstlikult on saadud veel 26 rubiidiumi radioaktiivset isotoopi massiarvuga 75–102 ja poolestusajaga 37 ms (rubiidium-102) kuni 86 päeva (rubiidium-83).
Oksüdatsiooniaste +1.
Rubiidiumi avastasid 1861. aastal saksa teadlased Robert Bunsen ja Gustav Kirchhoff ning see oli üks esimesi elemente, mis avastati spektroskoopia abil, mille leiutasid Bunsen ja Kirchhoff 1859. aastal. Elemendi nimi peegeldab selle spektri heledaima joone värvi ( ladinakeelsest sõnast rubidus sügavpunane) .
Spektroskoobiga erinevaid mineraale uurides märkasid Bunsen ja Kirchhoff, et üks Rosenist (Saksimaa) saadetud lepidoliidiproovidest tekitas spektri punases piirkonnas jooni. (Lepidoliit on kaaliumi ja liitiumi mineraal, mille ligikaudne koostis on K 2 Li 3 Al 4 Si 7 O 21 (OH,F) 3.) Neid jooni ei leitud ühegi teadaoleva aine spektrist. Peagi avastati sarnased tumepunased jooned Schwarzwaldi mineraalveeallikatest võetud proovide vee aurustamise järel saadud setete spektris. Uue elemendi sisaldus testitud proovides oli aga tühine ning enam-vähem märgatavate koguste eraldamiseks pidi Bunsen aurutama üle 40 m3. mineraalveed. Aurustunud lahusest sadestas ta kaalium-, rubiidiumi- ja tseesiumkloroplatinaatide segu. Rubiidiumi eraldamiseks selle lähimatest sugulastest (ja eriti suurest kaaliumiliigist) viis Bunsen sadet korduvale fraktsioneerivale kristallimisele ning sai rubiidium- ja tseesiumkloriidid kõige vähem lahustuvast fraktsioonist ning muundas need seejärel karbonaatideks ja tartraatideks (viinhappe soolad). , mis võimaldas rubiidiumi veelgi paremini puhastada ja vabastada selle tseesiumi põhiosast. Bunsenil õnnestus saada mitte ainult üksikuid rubiidiumisooli, vaid ka metalli ennast. Metalliline rubiidium saadi esmalt rubiidiumvesiniktartraadi happesoola tahmaga redutseerimisel.
Veerand sajandit hiljem pakkus vene keemik Nikolai Nikolajevitš Beketov välja teise meetodi metallrubiidiumi saamiseks - redutseerides selle hüdroksiidist alumiiniumipulbriga. Ta viis selle protsessi läbi gaasi väljalasketoruga raudsilindris, mis oli ühendatud klaasist külmikupaagiga. Ballooni kuumutati gaasipõletil ja selles algas äge reaktsioon, millega kaasnes vesiniku eraldumine ja rubiidiumi sublimatsioon külmikus. Nagu Beketov ise kirjutas, juhitakse rubiidiumi järk-järgult, voolates alla nagu elavhõbe ja säilitades isegi oma metallilise läike, kuna mürsk täidetakse operatsiooni ajal vesinikuga.
Rubiidiumi levik looduses ja selle tööstuslik kaevandamine. Rubiidiumi sisaldus maakoores on 7,8·10 3%. See on ligikaudu sama, mis nikli, vase ja tsingi puhul. Arvukuse poolest maakoores on rubiidium ligikaudu 20. kohal, kuid looduses on ta hajutatud olekus, rubiidium on tüüpiline mikroelement. Rubiidiumi olemuslikud mineraalid pole teada. Rubiidiumi leidub koos teiste leeliseliste elementidega ja see on alati kaaliumiga kaasas. Seda leidub paljudes kivimites ja mineraalides, eriti Põhja-Ameerikas, Lõuna-Aafrikas ja Venemaal, kuid selle kontsentratsioon on seal äärmiselt madal. Ainult lepidoliidid sisaldavad rubiidiumi veidi rohkem, mõnikord 0,2%, mõnikord kuni 13% (Rb 2 O osas).
Rubiidiumisoolad on lahustunud merede, ookeanide ja järvede vees. Nende kontsentratsioon on siin väga madal, keskmiselt umbes 100 µg/l. Mõnel juhul on rubiidiumi sisaldus vees suurem: Odessa suudmealadel osutus see 670 µg/l ja Kaspia meres 5700 µg/l. Suurenenud rubiidiumisisaldust on leitud ka mõnes Brasiilia mineraalveeallikas.
Mereveest läks rubiidium kaaliumsoolade ladestustesse, peamiselt karnalliitidesse. Strassfurti ja Solikamski karnalliitides jääb rubiidiumisisaldus vahemikku 0,037–0,15%. Mineraalkarnaliit on kompleksne keemiline ühend, mille moodustavad kaalium- ja magneesiumkloriidid veega; selle valem on KCl MgCl 2 6H 2 O. Rubiidium annab sarnase koostisega soola RbCl MgCl 2 6H 2 O ning mõlemad kaaliumi- ja rubiidiumisoolad on sama struktuuriga ning moodustavad koos kristalliseerudes pideva tahkete lahuste jada. Karnalliit on vees hästi lahustuv, seega pole mineraali avamine keeruline. Nüüd on välja töötatud ratsionaalsed ja ökonoomsed meetodid rubiidiumi ekstraheerimiseks karnalliitist koos teiste elementidega ning neid on kirjeldatud ka kirjanduses.
Enamik kaevandatud rubiidiumi saadakse aga lepidoliidist liitiumi tootmise kõrvalsaadusena. Pärast liitiumi eraldamist karbonaadi või hüdroksiidi kujul sadestub rubiidium emalahustest alumiiniumrubiidiumi, alumiiniumkaaliumi ja alumiiniumtseesiumi alum MAl(SO 4) 2 12H 2 O (M = Rb, K, Cs). Segu eraldatakse korduva ümberkristallimisega. Rubiidium eraldatakse ka elektrolüüdi jäätmetest, mis saadakse magneesiumi tootmisel karnalliitist. Rubiidium eraldatakse sellest raua või nikli ferrotsüaniidide sademetel sorptsiooni teel. Seejärel ferrotsüaniidid kaltsineeritakse ja saadakse rubiidiumkarbonaat koos kaaliumi ja tseesiumi lisanditega. Pollutsiidist tseesiumi saamisel ekstraheeritakse rubiidium emalahustest pärast Cs 3 sadestamist. Rubiidiumi saab eraldada ka nefeliinist alumiiniumoksiidi tootmisel tekkinud tehnoloogilistest lahustest.
Rubiidiumi ekstraheerimiseks kasutatakse ekstraheerimis- ja ioonivahetuskromatograafia meetodeid. Kõrge puhtusastmega rubiidiumiühendid valmistatakse polühalogeniidide abil.
Suur osa toodetud rubiidiumist saadakse liitiumi tootmisel tagasi, mistõttu 1950. aastatel tekkis suur huvi liitiumi vastu termotuumasünteesiprotsessides kasutamiseks liitiumi ja seega ka rubiidiumi tootmise suurenemiseni ning seetõttu muutusid rubiidiumiühendid kättesaadavamaks. .
Rubiidium on üks väheseid keemilisi elemente, mille ressursid ja tootmisvõimalused on suuremad kui praegune vajadus selle järele. Rubiidiumi ja selle ühendite tootmise ja kasutamise kohta ametlik statistika puudub. Arvatakse, et rubiidiumi aastane toodang on umbes 5 tonni.
Rubiidiumi turg on väga väike. Metalliga aktiivset kauplemist ei toimu ja sellel puudub ka turuhind. Rubiidiumi ja selle ühendeid müüvate ettevõtete kehtestatud hinnad erinevad kümnekordselt.
Lihtaine omadused, metallilise rubiidiumi tööstuslik tootmine ja kasutamine. Rubiidium on pehme hõbevalge metall. Normaaltemperatuuril on selle konsistents peaaegu pastataoline. Rubiidium sulab temperatuuril 39,32 ° C, keeb temperatuuril 687,2 ° C. Rubiidiumi aur on värvunud rohekassiniseks.
Rubiidium on väga reaktsioonivõimeline. Õhus see oksüdeerub ja süttib koheselt, moodustades superoksiidi RbO 2 (koos peroksiidi Rb 2 O 2 seguga):
Rb + O 2 = RbO 2, 2Rb + O 2 = Rb 2 O 2
Rubiidium reageerib plahvatuslikult veega, moodustades hüdroksiidi RbOH ja vabastades vesinikku: 2Rb + 2H 2 O = 2RbOH + H 2.
Rubiidium ühineb otse enamiku mittemetallidega. Kuid see ei suhtle lämmastikuga normaalsetes tingimustes. Rubiidiumnitriid Rb 3 N tekib vedela lämmastiku läbilaskmisel elektrilahendus rubiidiumist valmistatud elektroodide vahel.
Rubiidium redutseerib oksiidid lihtsateks aineteks. See reageerib kõigi hapetega, moodustades vastavad soolad, ja alkoholidega annab alkoholaadid:
2Rb + 2C2H5OH = 2C2H5ORb + H2
Rubiidium lahustub vedelas ammoniaagis, tekitades siniseid lahuseid, mis sisaldavad solvateerunud elektrone ja millel on elektrooniline juhtivus.
Rubiidium moodustab paljude metallidega sulameid ja intermetallilisi ühendeid. RbAu ühend, milles metallidevaheline side on oma olemuselt osaliselt ioonne, on pooljuht.
Metallist rubiidiumi saadakse peamiselt rubiidiumiühendite (tavaliselt halogeniidide) redutseerimisel kaltsiumi või magneesiumiga:
2RbCl + 2Ca = 2Rb + CaCl 2
Rb 2 CO 3 + 3Mg = 2Rb + 3MgO + C
Rubiidiumhalogeniidi reaktsioon magneesiumi või kaltsiumiga viiakse läbi temperatuuril 600–800 ° C ja rõhul 0,1 Pa. Toode puhastatakse lisanditest rektifikatsiooni ja vaakumdestilleerimise teel.
Rubiidiumi saab elektrokeemiliselt saada rubiidiumhalogeniidi sulamist vedelal pliikatoodil. Saadud plii-rubiidiumi sulamist eraldatakse rubiidium vaakumis destilleerimise teel.
Väikestes kogustes saadakse rubiidium rubiidiumkromaadi Rb 2 CrO 4 redutseerimisel tsirkooniumi või ränipulbriga ja kõrge puhtusastmega rubiidium saadakse rubiidiumasiidi RbN 3 aeglasel termilisel lagunemisel vaakumis temperatuuril 390–395 ° C.
Metalliline rubiidium on fotoelementide ja fotoelektriliste kordistajate katoodmaterjali komponent, kuigi rubiidiumi fotokatoodid on tundlikkuse ja toimeulatuse poolest halvemad kui mõned teised, eriti tseesium. See on osa reaktiiv- ja kosmosetehnoloogias kasutatavatest määrdeainetest. Rubiidiumiauru kasutatakse elektrilahendustorudes.
Metalliline rubiidium on katalüsaatorite komponent (seda kasutatakse aktiivsele alumiiniumoksiidile, silikageelile, metallurgilisele räbule) orgaaniliste lisandite oksüdeerimiseks ftaalanhüdriidi tootmisel, samuti benseenist tsükloheksaani tootmise protsessis. Selle juuresolekul toimub reaktsioon madalamal temperatuuril ja rõhul kui katalüsaatorite aktiveerimisel naatriumi või kaaliumi abil ning seda ei katkesta peaaegu üldse mürgid, mis on tavalistele katalüsaatoritele – väävlit sisaldavatele ainetele – „surmavad”.
Rubiidiumi käsitsemine on ohtlik. Seda hoitakse spetsiaalsetes klaasampullides argooni atmosfääris või suletud terasanumates dehüdreeritud mineraalõli kihi all.
Rubiidiumi ühendid. Rubiidium moodustab ühendeid kõigi tavaliste anioonidega. Peaaegu kõik rubiidiumisoolad lahustuvad vees hästi. Nagu kaalium, on soolad Rb 2 SiF 6 ja Rb 2 PtCl 6 vähelahustuvad.
Rubiidiumi ühendid hapnikuga.
Rubiidium moodustab arvukalt hapnikuühendeid, sealhulgas Rb 2 O oksiidi, Rb 2 O 2 peroksiidi, RbO 2 superoksiidi ja RbO 3 osoniidi. Kõik need on värvilised, näiteks Rb 2 O on erekollane ja RbO 2 on tumepruun. Rubiidiumsuperoksiid tekib rubiidiumi põletamisel õhus. Rubiidiumperoksiid saadakse veevabas ammoniaagis lahustatud rubiidiumi oksüdeerimisel veevaba vesinikperoksiidiga ja rubiidiumoksiidi kuumutamisel rubiidiummetalli ja selle peroksiidi segu. Oksiid, peroksiid ja superoksiid on termiliselt stabiilsed, sulavad temperatuuril umbes 500 ° C.
Röntgendifraktsioonianalüüsi kasutades näidati, et koostisega Rb4O6 ühend, mis saadakse tahkes olekus Rb2O2 ja RbO2 vahekorras 1:2 reaktsioonil, on koostisega. Samal ajal kaheaatomilised hapniku anioonid erinevad tüübid(peroksiid ja superoksiid) kuupühiku rakus on eristamatud isegi temperatuuril 60 ° C. See ühend sulab 461 ° C juures.
Rubiidiumosoniid RbO 3 tekib osooni toimel veevabale RbOH pulbrile madalal temperatuuril:
4RbOH + 4O 3 = 4RbO 3 + 2H 2O + O 2
Rubiidiumi osaline oksüdeerimine madalal temperatuuril annab ühendi koostisega Rb 6 O, mis laguneb temperatuuril üle 7,3 ° C, moodustades läikivad vasevärvilised kristallid koostisega Rb 9 O 2. Veega kokkupuutel Rb 9 O 2 ühend süttib. Temperatuuril 40,2 °C see sulab koos lagunemisega ja Rb 2 O ja Rb moodustumisega vahekorras 2:5.
Rubiidiumkarbonaat Rb 2 CO 3 sulab 873°C juures, lahustub vees hästi: temperatuuril 20°C lahustub 450 g rubiidiumkarbonaati 100 g vees.
1921. aastal leidsid saksa keemikud Fischer Franz (1877–1947) ja Hans Tropsch (1889–1935), et rubiidiumkarbonaat on suurepärane katalüsaatorkomponent sünteetilise naftasüntooli (alkoholide, aldehüüdide ja ketoonide segu, mis moodustub vesigaasist) tootmiseks. temperatuuril 410 °C ja rõhul 140150 atm spetsiaalse katalüsaatori juuresolekul).
Rubiidiumkarbonaadil on positiivne tegevus aminohapete polümerisatsiooni protsessis saadakse selle abil sünteetilised polüpeptiidid molekulmassiga kuni 40 000 ja reaktsioon kulgeb väga kiiresti.
Rubiidiumhüdriid RbH saadakse lihtsate ainete interaktsioonil, kui neid kuumutatakse katalüsaatori juuresolekul rõhu all 510 MPa:
2Rb + H2 = 2RbH
See ühend sulab temperatuuril 585 °C; laguneb veega kokkupuutel.
Rubiidiumhalogeniidid RbF, RbCl, RbBr, RbI valmistatakse rubiidiumhüdroksiidi või karbonaadi reageerimisel vastavate vesinikhalogeniididega, rubiidiumsulfaadi reageerimisel lahustuvate baariumhalogeniididega ja rubiidiumsulfaadi või nitraadi juhtimisel läbi ioonivahetusvaigu.
Rubiidiumhalogeniidid lahustuvad hästi vees, kuid vähem lahustuvad orgaanilistes lahustites. Need lahustuvad vesinikhalogeniidhapete vesilahustes, moodustades lahuses vesinikhalogeniide, mille stabiilsus väheneb hüdrodifluoriidist RbHF 2 hüdrodijodiidiks RbHI 2.
Rubiidiumfluoriid sisaldub spetsiaalsetes klaasides ja kompositsioonides soojuse akumuleerimiseks. See on optiline materjal, läbipaistev vahemikus 916 mikronit. Rubiidiumkloriid toimib kütuseelementides elektrolüüdina. Seda lisatakse spetsiaalsetele raudvaludele nende mehaaniliste omaduste parandamiseks ja see on katoodkiiretorude katoodmaterjali komponent.
Rubiidiumkloriidide ja vase-, hõbe- või liitiumkloriidide segude korral langeb elektritakistus temperatuuri tõustes nii järsult, et neist võivad saada väga mugavad termistorid erinevates elektripaigaldistes, mis töötavad temperatuuril 150–290 °C.
Rubiidiumjodiidi kasutatakse luminestsentsmaterjalide komponendina fluorestseeruvate ekraanide jaoks, tahkete elektrolüütidena keemilistes vooluallikates. Ühendil RbAg 4 I 5 on kõigist teadaolevatest ioonkristallidest kõrgeim elektrijuhtivus. Seda saab kasutada õhukese kile patareides.
Komplekssed ühendused. Rubiidiumile ei ole iseloomulik kovalentsete sidemete moodustumine. Selle kõige stabiilsemad kompleksid on polüdentaatligandidega, nagu krooneetrid, kus selle koordinatsiooniarv on tavaliselt 6.
Teine rühm väga tõhusaid ligande, mida on hiljuti kasutatud leeliselementide katioonide koordineerimiseks, on makrotsüklilised polüdentaatligandid, mida prantsuse orgaaniline keemik Jean Marie Lehn nimetas krüptideks (joonis 1).
Rubiidium moodustab kesknärvisüsteemi kompleksi. H 2 O, milles krüptoand N((CH 2 CH 2 O) 2 CH 2 CH 2 ) 3 N (krüpt) ümbritseb katiooni koordinatsioonipolüeedris, mis on kujundatud kahe korgiga trigonaalprisma kujul (joonis 2).
Rubiidiumiosoniid moodustab stabiilseid lahuseid orgaanilistes lahustites (nagu CH 2 Cl 2, tetrahüdrofuraan või CH 3 CN), kui katiooni koordineerivad krooneetrid või krüptandid. Selliste komplekside ammoniaagilahuste aeglane aurustamine põhjustab punaste kristallide moodustumist. Ühendi röntgendifraktsioonianalüüs näitas, et rubiidiumi aatomi koordinatsiooniarv on 9. See moodustab kuus sidet krooneetriga, kaks O 3 iooniga ja ühe ammoniaagi molekuliga.
Rubiidiumi isotoopide kasutamine.
Rubiidium-87 kiirgab spontaanselt elektrone (b-kiirgus) ja muutub strontsiumi isotoobiks. Umbes 1% strontsiumist tekkis Maal just sel viisil ja kui määrata suvalises kivimis massiarvuga 87 strontsiumi ja rubiidiumi isotoopide suhe, saab selle vanuse suure täpsusega välja arvutada. See meetod sobib kõige iidsemate kivimite ja mineraalide jaoks. Tema abiga tehti näiteks kindlaks, et Ameerika mandri vanimad kivimid tekkisid 2100 miljonit aastat tagasi.
Diagnostikas kasutatakse radionukliidi rubiidium-82, mille poolestusaeg on 76 s. Selle abiga hinnatakse eelkõige müokardi seisundit. Isotoop süstitakse patsiendi vereringesse ja verevoolu analüüsitakse positronemissioontomograafia (PET) abil.
Jelena Savinkina
(Rubidium; ladina keelest rubidus - punane, tumepunane), Rb - keemiline. elementide perioodilise süsteemi I rühma element] juures. n.37, kl. m 85,47. Hõbe-valge metall. Ühendites on selle oksüdatsiooniaste + 1. Looduslikud radionukliidid koosnevad stabiilsest isotoobist 85Rb (72,15%) ja radioaktiivsest isotoobist 87Rb (27,85%) poolestusajaga 5 10 10 aastat. Saadud on üle 20 radioaktiivse isotoobi, millest enimkasutatav isotoop 86Rb poolestusajaga 18,66 päeva. R. avati (1861) saksa keeles. keemik R.V. Bunsen ja German. füüsik G. R. Kirchhoff uurides leelismetallide heksakloroplatinaatide spektrit, mis sadestus emalahusest pärast ühe lepidoliidi proovi lagunemist.
Metallilise rubiidiumi sai esmakordselt (1863) R. W. Bunsen rubiidiumvesiniktartraadi redutseerimisel süsinikuga. R. on üks haruldasi ja väga hajutatud elemente. Selle sisaldus maakoores on 1,5 10 -2%. Looduses seda suure kemikaalisisalduse tõttu vabas olekus ei leidu. tegevust. See on osa 97 mineraalist, millest tsinnwaldiit on ka R-i allikas. Sisaldub tard-, leelise- ja settekivimites, graniitpegmatiitides, pinnases ja paljudes teistes. soolad, merevesi, elusorganismid ja taimed ning kivisüsi. R. kristallvõre on kehakeskne kuup, perioodiga a - 5,70 A (temperatuur 0Р C). Aatomi raadius on 2,48 A, ioonraadius Rb+ on 1,49 A. Tihedus (temperatuur 0°C) 1,5348 g/cm3; sulamistemperatuur 38,7 °C; keemistemperatuur 703°C; kolmap termiline koefitsient lineaarne paisumine temperatuurivahemikus 0-38° C on 9,0 10 -5°-1; soojusmahtuvus temperatuuridel 0 ja 25 ° C on vastavalt 7,05 ja 7,43 cal/g-aatomi kraadi; Elektriline eritakistus temperatuuril 0°C on 11,25 μm cm. Metall R. on paramagnetiline. R. on pehme, plastiline metall. Kõvadus Mohsi skaalal - 0,3; HB = 0,022; normimoodul, elastsus 240 kgf/mm2; heitgaasi rõhk 22 ° C juures on 0,08 kgf / mm2; kokkusurutavus toatemperatuuril 5,20 · 10 -3 kgf/mm2. R. paarid on oranži värvi.
Lenduvad rubiidiumiühendid värvivad leeke gaasipõleti sinakaspunase (lilla) värviga. Rubiidium on väga reaktiivne, ületades kaaliumi, naatriumi ja liitiumi reaktsioonivõime. Õhus oksüdeerub metall koheselt süttimisel, moodustades Rb2O2 peroksiidi ja Rb02 superoksiidi. Hapnikuga, sõltuvalt oksüdatsioonitingimustest, toodab see Rb20 oksiidi, Rb202 peroksiidi, Rb02 superoksiidi, Rb03 osoniidi ja RbOH hüdroksiidi. Vesinikuga suhtlemisel moodustub hüdriid RbH - valge kristalne aine, mida iseloomustab suur kemikaal. tegevust. R. ühineb otseselt (süütamisega) halogeenidega, moodustades RbF, RbCl, RbBr ja Rbl - värvituid kristalle, hästi lahustuvad vees ja paljud teised. orgaanilised lahustid. Vedelas lämmastikus elekt. P-st valmistatud elektroodide vahelises tühjenemises saadakse nitriid Rb3N - roheline või sinine, väga hügroskoopne, ebastabiilne pulber. Vahetusreaktsioonil baariumasiidi ja R. sulfaadi vahel ning R. amiidi interaktsioonil dilämmastikoksiidiga saadakse asiid RbN3. On teada rubiidiumi ühendeid väävli, seleeni ja telluuriga – kaltseeniidid. Rb2S 4H20 sulfiid on valge peenkristalliline pulber, mis hajub õhus; veevaba Rb2S on tumepunane kristalne pulber. Rb2Se seleniidi valge kristalne pulber ja Rb2Te ide helekollane pulber lagunevad õhus. Süsinikuga moodustab Rb atsetüliidi Rb2C2, ühendid C8Rb, C24Rb jne; fosforiga - Rb2P5, RbPHa, räniga - silitsiid RbSi. Anorgaanilise vesiniku asendamisel R.-ga saadakse vastav sool - sulfaat, karbonaat, nitraat jne. Paljude teistega. metallid, sh leelised, R. vormid.
Reaktsioonides anorgaaniliste ühenditega käitub see redutseeriva ainena. Tööstuses saadakse metallilist rubiidiumi peamiselt vaakumtermilise redutseerimise teel, toimides näiteks R. sooladele. halogeenühendite, magneesiumi või kaltsiumi puhul, kui pikad tissid vaakumis. R. tootmiseks kasutavad nad ka elektrokeemilist meetodit. Näiteks RbCl kloriidi sulami ja vedela pliikatoodi elektrolüüsil saadakse plii-rubiidiumi sulam, millest metall eraldatakse vaakumis destilleerimise teel. Väike kogus väga puhas metall saadakse asiidi R. kuumutamisel vaakumis temperatuurini 390-395 °C. Kiirgusaure kasutatakse laserites ja tundlikes magnetomeetrites, mis on vajalikud kosmoseuuringuteks, nafta geofüüsikalisteks uuringuteks jne. Resonantskiirguse allikatena kasutatakse kiirgusaurudega madalsurvelampe. Metallkiirgust kasutatakse hüdriidkütuseelementides, see on osa tuumareaktorite metallist jahutusvedelikest, seda kasutatakse ülitõhusate fotokordistite tootmiseks ning seda kasutatakse vaakumraadiotorudes - getterina ja positiivsete ioonide tekitamiseks filamentidel. Lisaks kasutatakse tuumagüroskoobides rubiidiumi, mille abil määratakse ultrastabiilsetes sagedusstandardites nurkasendi või nurkkiiruse muutus; see on osa reaktiiv- ja kosmosetehnoloogias kasutatavatest määrdeainetest; RbaO oksiidi kasutatakse keerulistes fotokatoodides, see on osa elektroodklaasidest ja pH-meetritest; R. ja vaskkloriidide segu kasutatakse kõrgete temperatuuride (kuni 290 ° C) termistoride valmistamisel.
Elemendi omadused
1861. aastal avastas Robert Bunzei mineraalveeallikate soola spektraalanalüüsiga uurides uue elemendi. Selle olemasolu tõestasid tumepunased jooned spektris, mida teised elemendid ei tekitanud. Nende joonte värvi põhjal sai element nimeks rubiidium (rubidus – tumepunane). 1863. aastal sai R. Bunsen selle metalli puhtal kujul, redutseerides rubiidiumtartraati (tartraati) tahmaga.
Elemendi eripäraks on selle aatomite kerge erutuvus. Selle elektronide emissioon ilmneb nähtava spektri punaste kiirte mõjul. See on seotud väike vahe aatomienergiates 4d ja 5 s -orbitaalid. Kõigist stabiilsetest leeliselistest elementidest on rubiidiumil (nagu tseesiumil) üks suurimaid aatomiraadiusi ja väike ionisatsioonipotentsiaal. Sellised parameetrid määravad elemendi olemuse: kõrge elektropositiivsus, äärmuslik keemiline aktiivsus, madal sulamistemperatuur (39° C) ja madal vastupidavus välismõjudele.
Lihtaine ja ühendite omadused
Väliselt on kompaktne rubiidium läikiv hõbevalge metall. Tavalistel temperatuuridel sarnaneb selle olek pastaga. See on kerge, kuna selle tihedus on vaid 1,5 g/cm³ , juhib halvasti elektrit, selle aurud on rohekassinist värvi. Ühendites on see eranditult katioon, mille oksüdatsiooniaste on +1. Side on peaaegu 100% ioonne, kuna rubiidiumi aatom on väga polariseeritav ja sellel puudub enamikule aatomitele ja ioonidele polariseeriv toime. Selle kõrge aktiivsus toob kaasa asjaolu, et see süttib õhu käes koheselt ja reageerib ägedalt jääga isegi temperatuuril alla -100 ° C. Selle metalli oksüdatsiooni tulemuseks on Rb-peroksiid 2 O 2 ja superoksiid Rb 2 O 4. Rb2 oksiid O moodustub eritingimustel. RbOH hüdroksiid – värvitud kristallid koost pl = 301 °C. See vabaneb lahustest kristalliliste hüdraatidena RbOH· H 2 O ja RbOH · 2H 2 O.
Halogeenide, väävli, fosforiga , süsinikmonooksiidi (IV) ja süsiniktetrakloriidi, metall reageerib plahvatuslikult. Lämmastikuga vaikses elektrilaengus moodustub Rb-nitriid 3 N. Üle 300 °C on metall võimeline hävima, taandudes SiO-st 2 :
2Rb + SiO 2 = Rb 2 O 2 + Si
Kui sula rubiidiumi kuumutatakse atmosfääris vesinik tekib vähestabiilne hüdriid RbH, mis õhuniiskuse mõjul süttimisel oksüdeerub.
Rubiidiumi saamine ja kasutamine
Rubiidium on looduses üsna laialt levinud: selle sisaldus maapinnas on 3,1· 10ˉ² %. Kuid see ei moodusta oma mineraale ja seda leidub koos teiste leelismetallidega (koos alati kaaliumiga). Seda ekstraheeritakse kaaliumi- ja magneesiumiühendite ekstraheerimiseks mineraalsete toorainete, eelkõige lepidoliidi ja karnalliidi töötlemisel. Rubiidiumipreparaate kasutati mõnikord meditsiiniliselt unerohtude ja valuvaigistitena ning teatud epilepsiavormide ravis. Analüütilises keemias kasutatakse rubiidiumiühendeid spetsiifiliste reagentidena
Rubiidium avastasid 1861. aastal saksa teadlased Robert Bunsen ja Gustav Kirchhoff ning sellest sai üks esimesi elemente, mis avastati spektroskoopia abil, mille leiutasid Bunsen ja Kirchhoff 1859. aastal. Robert Bunsen ja Gustav Kirchhoff kaevandasid 150 kg lepidoliiti ja said mitu grammi rubiidiumisooli analüüsi jaoks, seega avastasid nad uue elemendi. Elemendi nimi peegeldab selle spektri heledaima joone värvi.
Maailma rubiidiumiressursid
Rubiidiumi sisaldus maakoores on 7,8·10−3%, mis on ligikaudu võrdne nikli, vase ja tsingi kogusisaldusega. Arvukuse poolest maakoores on rubiidium ligikaudu 20. kohal, kuid looduses on ta hajutatud olekus, rubiidium on tüüpiline mikroelement. Rubiidiumi olemuslikud mineraalid pole teada. Rubiidiumi leidub koos teiste leeliseliste elementidega ja see on alati kaaliumiga kaasas. Seda leidub paljudes kivimites ja mineraalides, eriti Põhja-Ameerikas, Lõuna-Aafrikas ja Venemaal, kuid selle kontsentratsioon on seal äärmiselt madal. Ainult lepidoliidid sisaldavad veidi rohkem rubiidiumi, mõnikord 0,2%, mõnikord kuni 1-3% (Rb2O osas).
Rubiidiumisoolad on lahustunud merede, ookeanide ja järvede vees. Nende kontsentratsioon on siin väga madal, keskmiselt umbes 100 µg/l. Mõnel juhul on rubiidiumi sisaldus vees suurem: Odessa suudmealadel osutus see 670 µg/l ja Kaspia meres 5700 µg/l. Suurenenud rubiidiumisisaldust on leitud ka mõnes Brasiilia mineraalveeallikas.
Mereveest läks rubiidium kaaliumsoolade ladestustesse, peamiselt karnalliitidesse. Strassfurti ja Solikamski karnalliitides jääb rubiidiumisisaldus vahemikku 0,037–0,15%. Mineraalkarnaliit on kompleksne keemiline ühend, mille moodustavad kaalium- ja magneesiumkloriidid veega; selle valem on KCl MgCl2 6H2O. Rubiidium annab sarnase koostisega soola RbCl MgCl2 6H2O ning mõlemal soolal – kaaliumil ja rubiidiumil – on sama struktuur ja need moodustavad koos kristalliseerudes pideva tahkete lahuste jada. Karnalliit on vees hästi lahustuv, seega pole mineraali avamine keeruline. Nüüd on välja töötatud ratsionaalsed ja ökonoomsed meetodid rubiidiumi ekstraheerimiseks karnalliitist koos teiste elementidega ning neid on kirjeldatud ka kirjanduses.
Rubiidiumi saamine
Enamik kaevandatud rubiidiumi saadakse lepidoliidist liitiumi tootmise kõrvalsaadusena. Pärast liitiumi eraldamist karbonaadi või hüdroksiidi kujul sadestub rubiidium emalahustest alumiiniumrubiidiumi, kaaliumalumiiniumi ja tseesiumalumiinium RbAl(SO4)2 12H2O, KAl(SO4)2 12H2O, CsAl( SO4)2 12H2O. Segu eraldatakse korduva ümberkristallimisega.
Rubiidium eraldatakse ka elektrolüüdi jäätmetest, mis saadakse magneesiumi tootmisel karnalliitist. Rubiidium eraldatakse sellest raua või nikli ferrotsüaniidide sademetel sorptsiooni teel. Seejärel ferrotsüaniidid kaltsineeritakse ja saadakse rubiidiumkarbonaat koos kaaliumi ja tseesiumi lisanditega. Pollutsiidist tseesiumi saamisel ekstraheeritakse rubiidium emalahustest pärast Cs3 sadestamist. Rubiidiumi saab eraldada ka nefeliinist alumiiniumoksiidi tootmisel tekkinud tehnoloogilistest lahustest.
Rubiidiumi ekstraheerimiseks kasutatakse ekstraheerimis- ja ioonivahetuskromatograafia meetodeid. Kõrge puhtusastmega rubiidiumiühendid valmistatakse polühalogeniidide abil.
Suur osa toodetud rubiidiumist pärineb liitiumi tootmisest, mistõttu 1950. aastatel tekkis suur huvi liitiumi vastu, mida kasutatakse termotuumasünteesi protsessides, liitiumi ja seega ka rubiidiumi tootmise suurenemise. Seetõttu on rubiidiumiühendid muutunud kättesaadavamaks.
Rubiidiumi rakendused
Kuigi rubiidium on mõnes rakenduses halvem kui tseesium, mängib see haruldane leelismetall olulist rolli kaasaegsed tehnoloogiad. Peamised rubiidiumi kasutusvaldkonnad on järgmised: katalüüs, elektroonikatööstus, spetsiaalne optika, tuumatööstus, meditsiin (selle ühenditel on normotüümsed omadused).
Rubiidiumi kasutatakse mitte ainult puhtal kujul, vaid ka mitmete sulamite ja keemiliste ühendite kujul. Rubiidiumil on hea toorainebaas, soodsam kui tseesiumil. Rubiidiumi ulatus laieneb selle suureneva kättesaadavuse tõttu.
Isotoopi rubiidium-86 kasutatakse laialdaselt gammavigade tuvastamisel, mõõtmistehnoloogias, samuti ravimite ja toiduainete steriliseerimisel. Rubiidium ja selle sulamid tseesiumiga on väga paljutõotav jahutusvedelik ja töökeskkond kõrgtemperatuuriliste turbiiniseadmete jaoks (sellega seoses rubiidium ja tseesium viimased aastad on muutunud oluliseks ning metallide ülikõrge hind võtab tagaplaanile võimalused suurendada järsult turbiiniagregaatide efektiivsust ning seega vähendada kütusekulu ja saastet. keskkond). Jahutusvedelikena enim kasutatavad rubiidiumipõhised süsteemid on kolmekomponentsed sulamid: naatrium-kaalium-rubiidium ja naatrium-rubiidium-tseesium.
Katalüüsis kasutatakse rubiidiumi nii orgaanilises kui anorgaanilises sünteesis. Rubiidiumi katalüütilist aktiivsust kasutatakse peamiselt nafta rafineerimiseks mitmeks olulised tooted. Rubiidiumatsetaati kasutatakse näiteks metanooli ja mitmete kõrgemate alkoholide sünteesiks veegaasist, mis on oluline seoses kivisöe maa-aluse gaasistamisega ning autode ja lennukikütuse tehislike vedelkütuste tootmisel. Paljud rubiidiumi ja telluuri sulamid on spektri ultraviolettpiirkonnas kõrgema tundlikkusega kui tseesiumiühendid ja seetõttu on see antud juhul võimeline konkureerima tseesiumiga fotokonverterite materjalina. Spetsiaalsete määrdekompositsioonide (sulamite) osana kasutatakse rubiidiumi ülitõhusa määrdeainena vaakumis (raketi- ja kosmosetehnoloogia).
Rubiidiumhüdroksiidi kasutatakse elektrolüüdi valmistamiseks madala temperatuuriga keemiliste vooluallikate jaoks [allikas pole täpsustatud 560 päeva], samuti lisandina kaaliumhüdroksiidi lahusele, et parandada selle toimivust madalatel temperatuuridel ja suurendada elektrolüüdi elektrijuhtivust. Rubiidiummetalli kasutatakse hüdriidkütuseelementides.
Mõõtmiseks kasutatakse vaskkloriidiga legeeritud rubiidiumkloriidi kõrged temperatuurid(kuni 400 °C).
Rubiidiumiauru kasutatakse töövedelikuna laserites, eriti rubiidiumi aatomkellades.
Rubiidiumkloriidi kasutatakse kütuseelementides elektrolüüdina ja sama võib öelda rubiidiumhüdroksiidi kohta, mis on söe otsest oksüdeerimist kasutades väga tõhus kütuseelementide elektrolüüdina.
