Рубидий – польза, особенности металла и меры предосторожности
По характеристикам этот металл сходен с цезием. Но на планете его много, радиоактивность символическая. Поэтому рубидий используют как заменитель элитного, но токсичного металла.
Что представляет собой
- Рубидий – это элемент таблицы Д. Менделеева №37.
- Изначально это мягкое вещество белого с серебристостью цвета, относится к группе щелочных металлов.
- Структура кристаллической решетки – центрированный по объему куб.
По составу это два природных изотопа: стабильный и радиоактивный – 85 и 87. Плюс три десятка синтезированных единиц.
Международное обозначение-символ – Rb (Rubidium).
Как был открыт
История открытия элемента типична:
- Рубидий выявлен при спектральном анализе благодаря уникальной конфигурации линий.
- Это заслуга Вильгельма Бунзена и Роберта Кирхгофа. Изучая в 1861 году алюмосиликаты, немецкие химики обнаружили в их спектре неизвестный науке элемент.
- Через два года Бунзен получил рубидий как металл.
- На заре ХХ века обнаружилась радиоактивность металла.
Латинизированное название рубидия отражает цвет красных ( rubidus – насыщенно-красный, пурпурный) линий, доминирующих по интенсивности в спектре.
Рубидий — металл, который дороже золота.
Как представлен в природе
Вещество не относится к редким:
- Рубидия в литосфере столько же, сколько цинка, меди, никеля вместе взятых.
- В шкале распространенности элемент занимает 23-ю строчку.
Тонна земной коры содержит до 8 г рубидия, литр морской воды – 0,1 мг.
- Кратное превышение средней нормы зафиксировано в Каспийском, Черном морях, подземных источниках Бразилии.
- Собственных месторождений, даже минералов, не образует, рассеявшись по литосфере.
- Это примесь в минералах щелочных металлов, всегда «сопровождает» калий.
- Рубидием богаты лепидолит, поллуцит, амазонит, биотит, другие минералы.
- Им насыщенны пегматитовые жилы. Промышленные запасы концентрируют карналлиты, слюды, природные минеральные воды.
Рубидий обнаружен в Европе, России, Азии, на юге Африки.
Большой выбор украшений из натуральных камней и минералов со скидкой -50%
Физико-химические характеристики
Физические, химические свойства рубидия типичны для элементов щелочной группы:
- Взаимодействует с неорганическими кислотами.
- Во влажном воздухе воспламеняется.
- Реакция с кислородом протекает бурно.
- Большинство соединений без проблем растворяются водой.
Но взаимодействие активного металла с водой оканчивается взрывом. Образующийся гидроксид агрессивен: разрушает стекло, металлы (включая платину и золото).
Для нейтрализации этого недостатка создают особые условия хранения, транспортировки, утилизации рубидия:
- Герметичные стальные емкости (под сухим вазелином либо парафином).
- Ампулы из специального стекла, заполненные аргоном.
Для утилизации остатки металла обезвреживают пентанолом.
| Руби́дий / Rubidium (Rb), 37 |
| 85,4678(3) а. е. м. (г/моль) |
| [Kr] 5s1 |
| 248 пм |
| 216 пм |
| (+1e)147 пм |
| 0,82 (шкала Полинга) |
| −2,925 |
| -1; 0; +1 |
| 402,8 (4,17) кДж/моль (эВ) |
| 1,532 г/см³ |
| 39,05 °C |
| 688 °C |
| 2,20 кДж/моль |
| 75,8 кДж/моль |
| 31,1 Дж/(K·моль) |
| 55,9 см³/моль |
| кубическая объёмноцентрированая |
| 5,710 Å |
| 56 K |
| (300 K) 58,2 Вт/(м·К) |
| 7440-17-7 |
Рубидий – единственный из щелочных металлов – тонет в воде. По этой характеристике его легко отличить от других элементов щелочной группы.
Технология производства
Конечный продукт переработки материала – металл.
Способ получения стандартен:
- Вначале извлекают соли – попутно при производстве литиевых, калиевых, магниевых солей.
- До металла их восстанавливают термически, используя металлический кальций.
- Для получения особо чистого продукта удаляют примеси, задействуя дистилляцию в вакууме либо ректификацию.
Основное сырье – карналлит. Это соединение сложного состава, что отражает формула – KCl·MgCl2·6H2O. Но металл извлекается легко, поэтому производство рентабельно.
Где используется
Материал востребован промышленностью, другими сферами:
- Атомный сегмент.
- Электроника.
- Оптика специального назначения.
- Катализатор в процессе синтеза (переработка нефти).
- Медицина.
Применение нашлось чистому веществу, сплавам, соединениям рубидия:
- Хлорид и гидроксид – электролиты топливных механизмов.
- Без ацетата невозможно производство синтетического бензина, других видов жидкого топлива.
- В сплавах применяется как смазка для техники, работающей в космосе, другом вакууме.
- Медно-рубидиевый хлорид – наполнитель приборов для измерения высоких температур.
- Пары вещества – основа атомных часов, лазеров.
Изотоп-86 востребован онкологами (гамма-дефектоскопия), как компонент измерительных приборов, стерилизатор пищевых и аптечных продуктов.
Ученые высчитали время полураспада изотопа-87 – 49 млрд. 230 млн. лет. Благодаря этому он, на пару со стронцием-87, используется как геохронометр (маркер возраста пород, «летописи» природных процессов).
Стоимость
На практике рубидий конкурирует с цезием. Победу обеспечивают главные достоинства: природная доступность и обусловленная этим стоимость.
Источник: jgems.ru
Рубидий
Рубидий — элемент главной подгруппы первой группы, пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 37. Обозначается символом Rb (лат. Rubidium). Простое вещество рубидий (CAS-номер: 7440-17-7) — мягкий щелочной металл серебристо-белого цвета.
История
В 1861 году немецкие учёные Роберт Вильгельм Бунзен и Густав Роберт Кирхгоф, изучая с помощью спектрального анализа природные алюмосиликаты, обнаружили в них новый элемент, впоследствии названный рубидием по цвету наиболее сильных линий спектра.
Происхождение названия
Название дано по цвету наиболее характерных красных линий спектра (от лат. rubidus — красный, тёмно-красный).
Получение
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[Sb2Cl9]. 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 уведичению добычи лития, а, следовательно, и рубидия. Именно поэтому соединения рубидия стали более доступными.
Мировые ресурсы рубидия
Содержание рубидия в земной коре составляет 7,8·10 −3 %. Это примерно равно 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).
Физические свойства
Рубидий образует серебристо-белые мягкие кристаллы, имеющие на свежем срезе металлический блеск. Твёрдость по Бринеллю 0,2 МН/м² (0,02 кгс/мм²). Кристаллическая решетка Рубидия кубическая объёмно-центрированная, а=5,71 Å (при комнатной температуре). Атомный радиус 2,48 Å, радиус иона Rb + 1,49 Å. Плотность 1,525 г/см³ (0 °C), tпл 38,9 °C, tкип 703 °C. Удельная теплоемкость 335,2 Дж/(кг·К) [0,08 кал/(г·°С)], термический коэффициент линейного расширения 9,0·10 −5 град −1 (0-38 °C), модуль упругости 2,4 ГН/м² (240 кгс/мм²), удельное объёмное электрическое сопротивление 11,29·10 −6 ом·см (20 °C); рубидий парамагнитен.
Химические свойства
Щелочной металл, крайне неустойчив на воздухе (реагирует с воздухом в присутствии следов воды с воспламенением). Образует все виды солей — большей частью легкорастворимые (хлораты и перхлораты малорастворимы).
Соединения рубидия
Гидроксид рубидия RbOH — весьма агрессивное вещество к стеклу и другим конструкционным и контейнерным материалам, а расплавленный RbOH разрушает большинство металлов (даже золото и платину).
Применение
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.
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, 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.
Биологическая роль
Изотопы
В природе существуют два изотопа рубидия: стабильный 85 Rb и бета-радиоактивный 87 Rb (его период полураспада равен 4,923×10 10 лет, это один из изотопов-геохронометров). Искусственным путём получены 30 радиоактивных изотопов рубидия (в диапазоне массовых чисел от 71 до 102), не считая 16 возбуждённых изомерных состояний.
Источник: himsnab-spb.ru