Химический элемент рубидий: характеристики, свойства, соединения. Для чего необходим химический элемент рубидий в организме человека (характеристика с фото)? Рубидий почему так называется и где нашли

Рубидий – щелочной металл, лёгкий и мягкий, серебристо-белый, хотя его название говорит совсем о другом цвете: на латыни «rubidus» означает «красный», или даже «тёмно-красный» - так назвали его учёные Густав Роберт Кирхгоф и Роберт Вильгельм Бунзен в 1861 году. Первый учёный был великим физиком, а второй – химиком-экспериментатором; они рассматривали минералы с помощью спектроскопа – прибора, изобретённого Киргофом, - заметили в одном из образцов минералов-концентраторов особые красные линии, и решили, что это неизвестный элемент. Так и оказалось, но выделить новый минерал оказалось трудно: Бунзену пришлось проделать огромную работу – химик неустанно трудился в течение 2-х лет, - прежде чем рубидий очистился и отделился от других элементов – солей калия, цезия и т.д.

Сегодня химики называют рубидий типичным рассеянным элементом, так как в земной коре его много, но он практически всегда является примесью других минералов; он часто содержится в вулканических породах; соли рубидия часто встречаются в минеральной воде разных источников, в воде морей и озёр (в том числе в подземных водах), и в минералах-концентраторах – в них различных химических элементов в десятки раз больше, чем в обычной руде.

Чистый рубидий – элемент во многом уникальный. Его можно хранить только в вакууме, в специальных запаянных стеклянных ампулах – на открытом воздухе он тут же воспламеняется, вступая в мгновенную реакцию с кислородом. Химическая активность рубидия вообще очень высока: он быстро вступает в реакцию практически со всеми известными химическими элементами – с металлами и неметаллами, а иногда даже взрывается при этом.

Об уникальности рубидия можно судить и по температуре его плавления – он плавится уже при температуре 39°C, так что, стоит только подержать некоторое время ампулу с этим металлом в руках, как он прямо «на глазах» станет полужидким – другие металлы этим не отличаются, кроме ртути – всем известно, что именно из-за этого свойства она с успехом используется в медицинских термометрах.

Разумеется, нас больше интересует роль рубидия в живых организмах, в том числе и в организме человека, однако и здесь этот элемент можно считать необычным – его роль в этом отношении не выяснена, и рассматривают его обычно вместе с цезием, параллельно изучая их воздействие на организм.

Источники рубидия

В тканях растений и животных рубидий есть, но его там очень мало: например, в листьях табака – растения, считающегося одним из его источников, рубидия в 1000 раз меньше, чем калия. В морских растениях – водорослях, его ещё меньше, однако в живой ткани он может накапливаться: в частности, он обнаружен в актиниях, морских червях, ракообразных, моллюсках, иглокожих и некоторых рыбах. В некоторых наземных растениях рубидий тоже накапливается – например, в определённых сортах свеклы и винограда.

Плохо изучен и обмен рубидия в организме, но мы с пищей получаем его каждый день до 1,5-4 мг, и в основном с чёрным чаем и кофе, а также с питьевой водой. В организме человека в норме должно быть около 1 г рубидия.

Роль рубидия в организме

В кровь рубидий попадает очень быстро, через 1-1,5 часа после того, как поступает в желудок; накапливается рубидий в головном мозге и скелетных мышцах, костях, лёгких, мягких тканях.

Рубидий обладает антигистаминными свойствами, а в прежние времена, в XIX веке, им лечили некоторые заболевания нервной системы – в частности, эпилепсию. В остальном физиологическая роль рубидия тоже изучена мало.

Рубидий относится к токсичным элементам 2-го класса опасности – вещества этого класса определяются, как высокоопасные для человека: например, к этому же классу относятся серная кислота и мышьяк.

О симптомах недостаточности рубидия, как и об их причинах, медики тоже знают мало – опыты проводились на некоторых животных. Если им не хватало рубидия в корме, то это отражалось на их способности к размножению: эмбрионы развивались плохо, наблюдались выкидыши и преждевременные роды. Также у животных замедлялись рост и развитие в целом, снижался аппетит, и уменьшалась продолжительность жизни.

При повышенном содержании рубидия наблюдаются те же симптомы – замедление роста и развития и сокращение срока жизни, однако для этого его нужно принимать очень много – около 1000 мг в сутки. Радиоактивный изотоп рубидия считается опасным для здоровья, но с точки зрения специальных наук – радиобиологии, радиационной химии и др., - данный элемент можно считать слаборадиоактивным или даже стабильным, так как его период полураспада по сравнению со временем человеческой жизни невообразимо огромен – это 4,923×1010 лет. Если попытаться перевести это на понятный нам язык, то получится около 50-60 миллиардов лет – даже наша планета ещё не просуществовала столько времени.

Тем не менее, считается рискованным для здоровья постоянно работать в определённых отраслях производства: в стекольной, химической и электронной промышленности, и к тому же рубидий может в больших количествах поступать в организм с пищей и водой – это зависит от геологических особенностей местности. При избытке рубидия могут возникать головные боли и нарушения сна, аритмия, хронические воспалительные заболевания дыхательных путей, местное раздражение слизистых оболочек и кожи, а также протеинурия – повышенное содержание белка в моче.

При отравлении рубидием обычно назначается симптоматическое лечение, предполагающее устранение отдельных симптомов, а также лечение комплексообразователями (обычно препаратами натрия и калия), образующими с токсичными и радиоактивными веществами водорастворимые соединения, которые потом выводятся через почки.

Однако стоит сказать и о том, что и современная медицина, и биология продолжают изучать возможности применения рубидия в лечении многих болезней.

Как правило, рубидий изучается параллельно с цезием: сегодня установлено, что они могут стимулировать кровообращение, и оказывать сосудосуживающее и гипертензивное действие. С этими целями их применял в XIX веке ещё известный русский учёный и врач С.С. Боткин: он доказал, что соли цезия и рубидия повышают давление, и держат его длительное время.

В отношении иммунной системы эти элементы тоже проявляют активность: они повышают сопротивляемость организма заболеваниям, так как увеличивают активность лейкоцитов и лизоцима – антибактериального агента, разрушающего стенки клеток болезнетворных бактерий и вызывающего этим их быструю гибель.

Соли рубидия и цезия также помогают организму легче переносить гипоксию – кислородную недостаточность, и в современной медицине рубидий всё-таки тоже применяется: его йодистые, бромистые и хлористые соли обладают успокаивающим и болеутоляющим действием.

Применение рубидия

Рубидий применяется в разных областях, однако нельзя сказать, что он используется активно: в мире его производится мало – счёт идёт на десятки, а не на сотни кг в год, а стоит он довольно дорого. Соединения рубидия применяются в аналитической химии, при изготовлении специальной оптики, измерительных приборов, в электронной и атомной промышленности.

Рубидий входит в состав специальных эффективных смазок, применяемых в ракетной и космической технике при работе в условиях вакуума.

В электротехнике применяются светящиеся трубки, при изготовлении которых используется рубидий; соединения рубидия используются при изготовлении специальных стёкол и в рентгеновской технике, а также в термоэлектрических генераторах и ионных двигателях.

В геохронологии, при определении геологического возраста пород и минералов, применяется так называемый стронциевый метод, позволяющий устанавливать этот возраст очень точно – специалисты определяют содержание в этих породах рубидия и 87Sr. Именно с помощью этого метода учёным удалось определить возраст древнейших пород американского континента – им 2 млрд. 100 млн. лет.

Гатаулина Галина
для женского журнала сайт

При использовании и перепечатке материала активная ссылка на женский онлайн журнал обязательна

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

Задание	В каком ряду все элементы могут проявлять степени окисления (-1) и (+5): Rb, Ca, Li; H, Si, F; Cl, I, Br; As, N, Te.
Решение	Для того, чтобы найти правильный ответ на поставленный вопрос будем поочередно проверять каждый из предложенных вариантов. а) Все указанные химические элементы имеют только одну степень окисления, которая равна номеру группы Периодической таблицы Д.И. Менделеева, в которой они расположены, со знаком «+». Т.е. степень окисления рубидия и лития равна (+1), а кальция - (+2). Ответ неверный. б) Для фтора характерна только одно значение степени окисления, равное (-1), поэтому этот вариант ответа неверный и проверять оставшиеся химические элементы не имеет смысла. в) Все указанные элементы относятся к группе галогенов, и для них характерны степени окисления (-1), 0, (+1), (+3), (+5) и (+7), т.е. это правильный ответ.
Ответ	Вариант 3.

Содержание статьи

РУБИДИЙ – (Rubidium) Rb, химический элемент 1-й (Ia) группы Периодической системы. Щелочной элемент. Атомный номер 37, относительная атомная масса 85,4678. В природе встречается в виде смеси стабильного изотопа 85 Rb (72,15%) и радиоактивного изотопа 87 Rb (27,86%) с периодом полураспада 4,8 . 10 10 лет. Искусственно получено еще 26 радиоактивных изотопов рубидия с массовыми числами от 75 до 102 и периодами полураспада от 37 мс (рубидий-102) до 86 дней (рубидий-83).

Степень окисления +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. Название элемента отражает цвет наиболее яркой линии в его спектре (от латинского rubidus – глубокий красный).

Изучая с помощью спектроскопа различные минералы, Бунзен и Кирхгофф заметили, что один из образцов лепидолита, присланный из Розены (Саксония), дает линии в красной области спектра. (Лепидолит – минерал калия и лития, который имеет примерный состав K 2 Li 3 Al 4 Si 7 O 21 (OH,F) 3 .) Эти линии не встречались в спектрах ни одного из известных веществ. Вскоре аналогичные темно-красные линии были обнаружены в спектре осадка, полученного после испарения воды из образцов, взятых из минеральных источников Шварцвальда. Однако содержание нового элемента 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) Бунзен подверг осадок многократной фракционированной кристаллизации и получил хлориды рубидия и цезия из наименее растворимой фракции и затем перевел их в карбонаты и тартраты (соли винной кислоты), что позволило еще лучше очистить рубидий и освободить его от основной массы цезия. Бунзену удалось получить не только отдельные соли рубидия, но и сам металл. Металлический рубидий был впервые получен при восстановлении сажей кислой соли – гидротартрата рубидия.

Спустя четверть века русский химик Николай Николаевич Бекетов предложил другой способ получения металлического рубидия – восстановлением его из гидроксида алюминиевым порошком. Он проводил этот процесс в железном цилиндре с газоотводной трубкой, которая соединялась со стеклянным резервуаром-холодильником. Цилиндр подогревался на газовой горелке, и в нем начиналась бурная реакция, сопровождавшаяся выделением водорода и возгонкой рубидия в холодильник. Как писал сам Бекетов, «рубидий гонится постепенно, стекая, как ртуть, и сохраняя даже свой металлический блеск вследствие того, что снаряд во время операции наполнен водородом».

Распространение рубидия в природе и его промышленное извлечение. Содержание рубидия в земной коре составляет 7,8·10 –3 %. Это примерно столько же, как для 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 Rb 2 О).

Соли рубидия растворены в воде морей, океанов и озер. 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 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 составляет большого труда. Сейчас разработаны и описаны в литературе рациональные и экономичные методы извлечения рубидия из карналлита, попутно с другими элементами.

Тем не менее, 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 MAl(SO 4) 2 ·12H 2 O (M = Rb, K, Cs). Смесь разделяют многократной перекристаллизацией. Рубидий 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 Cs 3 . Можно извлекать рубидий и из технологических растворов, образующихся при получении глинозема 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 уведичению добычи лития, а, следовательно, и рубидия и поэтому соединения рубидия стали более доступными.

Рубидий – один из немногих химических элементов, ресурсы и возможности добычи которого больше, чем нынешние потребности в нем. Официальная статистика по производству и использованию рубидия и его соединений отсутствует. Считают, что годовое производство рубидия составляет около 5 т.

Рынок рубидия очень мал. Активная торговля металлом не ведется, и рыночной цены на него нет. Цены, установленные компаниями, торгующими рубидием и его соединениями, различаются в десятки раз.

Характеристика простого вещества, промышленное получение и применение металлического рубидия. Рубидий – мягкий серебристо-белый металл. При обычной температуре он имеет почти пастообразную консистенцию. Плавится рубидий при 39,32° С, кипит при 687,2° С. Пары рубидия окрашены в зеленовато-синий цвет.

Рубидий обладает высокой реакционной способностью. На воздухе он мгновенно окисляется и воспламеняется, образуя надпероксид RbO 2 (с примесью пероксида Rb 2 O 2):

Rb + O 2 = RbO 2 , 2Rb + O 2 = Rb 2 O 2

С водой рубидий реагирует со взрывом c образованием гидроксида RbOH и выделением водорода: 2Rb + 2H 2 O = 2RbOH + H 2 .

Рубидий непосредственно соединяется с большинством неметаллов. Однако с азотом он в обычных условиях не взаимодействует. Нитрид рубидия Rb 3 N образуется при пропускании в жидком азоте электрического разряда между электродами, изготовленными из рубидия.

Рубидий восстанавливает оксиды до простых веществ. Он реагирует со всеми кислотами с образованием соответствующих солей, а со спиртами дает алкоголяты:

2Rb + 2C 2 H 5 OH = 2C 2 H 5 ORb + H 2

Рубидий растворяется в жидком аммиаке, при этом получаются синие растворы, содержащие сольватированные электроны и обладающие электронной проводимостью.

Со многими металлами рубидий образует сплавы и интерметаллические соединения. Соединение RbAu, в котором связь между металлами имеет частично ионный характер, является полупроводником.

Металлический рубидий получают, в основном, восстановлением соединений рубидия (обычно галогенидов), кальцием или магнием:

2RbCl + 2Ca = 2Rb + CaCl 2

Rb 2 CO 3 + 3Mg = 2Rb + 3MgO + C

Реакцию галогенида рубидия с магнием или кальцием проводят при 600–800° С и 0,1 Па. Продукт очищают от примесей ректификацией и вакуумной дистилляцией.

Можно получить рубидий электрохимическим способом из расплава галогенида рубидия на жидком свинцовом катоде. Из образовавшегося свинцово-рубидиевого сплава рубидий выделяют дистилляцией в вакууме.

В небольших количествах рубидий получают восстановлением хромата рубидия Rb 2 CrO 4 порошком циркония или кремния, а рубидий высокой чистоты – путем медленного термического разложения азида рубидия RbN 3 в вакууме при 390–395° С.

Металлический рубидий – компонент материала катодов для фотоэлементов и фотоэлектрических умножителей, хотя по чувствительности и диапазону действия рубидиевые фотокатоды уступают некоторым другим, в частности цезиевым. Он входит в состав смазочных композиций, используемых в реактивной и космической технике. Пары рубидия используют в разрядных электрических трубках.

Металлический рубидий является компонентом катализаторов (его наносят на активную окись алюминия, силикагель, металлургический шлак) доокисления органических примесей в ходе производства фталевого ангидрида, а также процесса получения циклогексана из бензола. В его присутствии реакция идет при более низких температурах и давлениях, чем при активации катализаторов натрием или калием, и ему почти не мешают «смертельные» для обычных катализаторов яды – вещества, содержащие серу.

Рубидий опасен в обращении. Хранят его в ампулах из специального стекла в атмосфере аргона или в стальных герметичных сосудах под слоем обезвоженного минерального масла.

Соединения рубидия. Рубидий образует соединения со всеми обычными анионами. Почти все соли рубидия хорошо растворимы в воде. Как и у калия мало растворимы соли Rb 2 SiF 6 , Rb 2 PtCl 6 .

Соединения рубидия с кислородом.

Рубидий образует многочисленные кислородные соединения, в том числе, оксид Rb 2 O, пероксид Rb 2 O 2 , надпероксид RbO 2 , озонид RbO 3 . Все они окрашены, например, Rb 2 O – ярко-желтый, а RbO 2 – темно-коричневый. Надпероксид рубидия образуется при сжигании рубидия на воздухе. Пероксид рубидия получают окислением рубидия, растворенного в безводном аммиаке, безводным пероксидом водорода, а оксид рубидия – нагреванием смеси металлического рубидия и его пероксида. Оксид, пероксид и надпероксид термически устойчивы, они плавятся при температуре около 500° С.

Методом рентгеноструктурного анализа было показано, что соединение состава Rb 4 O 6 , полученное в твердом состоянии реакцией Rb 2 O 2 с RbO 2 в соотношении 1:2, имеет состав . При этом двухатомные анионы кислорода разных типов (пероксид и надпероксид) в кубической элементарной ячейке неразличимы даже при –60° С. Это соединение плавится при 461° С.

Озонид рубидия RbО 3 образуется при действии озона на безводный порошок RbОН при низкой температуре:

4RbOH + 4O 3 = 4RbO 3 + 2H 2 O + O 2

Частичное окисление рубидия при низких температурах дает соединение состава Rb 6 O, которое разлагается выше –7,3° С с образованием блестящих кристаллов медного цвета, имеющих состав Rb 9 O 2 . Под действием воды соединение Rb 9 O 2 воспламеняется. При 40,2° С оно плавится с разложением и образованием Rb 2 O и Rb в соотношении 2:5.

Карбонат рубидия Rb 2 CO 3 плавится при 873° С, хорошо растворим в воде: при 20° С в 100г воды растворяется 450г карбоната рубидия.

В 1921 немецкие химики Франц Фишер (Fischer Franz) (1877–1947) и Ганс Тропш (Tropsch Hans) (1889–1935) нашли, что карбонат рубидия – превосходный компонент катализатора для получения синтетической нефти – синтола (смесь спиртов, альдегидов и кетонов, образующаяся из водяного газа при 410° C и давления 140–150 атм в присутствии специального катализатора).

Карбонат рубидия оказывает положительное действие на процесс полимеризации аминокислот, с его помощью получены синтетические полипептиды с молекулярной массой до 40 000, причем реакция протекает очень быстро.

Гидрид рубидия RbH получают взаимодействием простых веществ при нагревании под давлением 5–10 МПа в присутствии катализатора:

2Rb + H 2 = 2RbH

Это соединение плавится при 585° С; разлагается под действием воды.

Галогениды рубидия RbF, RbCl, RbBr, RbI получают при взаимодействии гидроксида или карбоната рубидия с соответствующими галогеноводородными кислотами, при реакции сульфата рубидия с растворимыми галогенидами бария, а также при пропускании сульфата или нитрата рубидия через ионообменную смолу.

Галогениды рубидия хорошо растворимы в воде, хуже – в органических растворителях. Они растворяются в водных растворах галогеноводородных кислот, образуя в растворе гидрогалогениды, устойчивость которых падает от гидродифторида RbHF 2 к гидродииодиду RbHI 2 .

Фторид рубидия входит в состав специальных стекол и композиций для аккумулирования тепла. Он является оптическим материалом, прозрачным в диапазоне 9–16 мкм. Хлорид рубидия служит электролитом в топливных элементах. Его добавляют в специальные чугунные отливки для улучшения их механических свойств, он является компонентом материала катодов электроннолучевых трубок.

У 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.

Иодид рубидия используется как компонент люминесцентных материалов для флуоресцирующих экранов, твердых электролитов в химических источниках тока. Соединение RbAg 4 I 5 имеет самую высокую электропроводность из всех известных ионных кристаллов. Его можно использовать в тонкопленочных батареях.

Комплексные соединения . Для рубидия не характерно образование ковалентных связей. Наиболее устойчивыми являются его комплексы с полидентатными лигандами, например с краун-эфирами, где он обычно проявляет координационное число 6.

Другая группа очень эффективных лигандов, которые в последнее время используются для координации катионов щелочных элементов, – макроциклические полидентатные лиганды, которые французский химик-органик Жан Мари Лен назвал криптандами (рис. 1).

Рубидий образует комплекс CNS . H 2 O, в котором криптанд N{(CH 2 CH 2 O) 2 CH 2 CH 2 } 3 N (crypt) заключает катион в координационной полиэдр, имеющий форму двухшапочной тригональной призмы (рис. 2).

Озонид рубидия образует устойчивые растворы в органических растворителях (таких как CH 2 Cl 2 , тетрагидрофуран или СН 3 CN), если катион координирован краун-эфирами или криптандами. Медленное выпаривание аммиачных растворов таких комплексов приводит к образованию красных кристаллов. Рентгеноструктурный анализ соединения состава показал, что координационное число атома рубидия равно 9. Он образует шесть связей с краун-эфиром, две – с ионом O 3 – и одну – с молекулой аммиака.

Применение изотопов рубидия.

Рубидий-87 самопроизвольно испускает электроны (b -излучение) и превращается в изотоп стронция. Около 1% стронция образовалось на Земле именно этим путем, и если определить соотношение изотопов стронция и рубидия с массовым числом 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 скальные породы американского континента возникли 2100 млн лет тому назад.

Радионуклид рубидия-82 с периодом полураспада 76 с используется в диагностике. С его помощью, в частности, оценивают состояние миокарда. Изотоп вводится в кровеносную систему пациента, и кровоток анализируется методом позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ).

Елена Савинкина

(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

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.