Рубидий - Rubidium

Рубидий,  ₃₇ руб.

Рубидий
Произношение	/ R ¯u б ɪ д я ə м / ( roo- БИД -ее-əm )
Появление	серый белый
Стандартный атомный вес A r, std (Rb)	85,4678 (3)
Рубидий в периодической таблице
Водород Гелий Литий Бериллий Бор Углерод Азот Кислород Фтор Неон Натрий Магний Алюминий Кремний Фосфор Сера Хлор Аргон Калий Кальций Скандий Титана Ванадий Хром Марганец Железо Кобальт Никель Медь Цинк Галлий Германий Мышьяк Селен Бром Криптон Рубидий Стронций Иттрий Цирконий Ниобий Молибден Технеций Рутений Родий Палладий Серебряный Кадмий Индий Банка Сурьма Теллур Йод Ксенон Цезий Барий Лантан Церий Празеодим Неодим Прометий Самарий Европий Гадолиний Тербий Диспрозий Гольмий Эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний Тантал Вольфрам Рений Осмий Иридий Платина Золото Меркурий (элемент) Таллий Вести Висмут Полоний Астатин Радон Франций Радий Актиний Торий Протактиний Уран Нептуний Плутоний Америций Кюрий Беркелиум Калифорний Эйнштейний Фермий Менделевий Нобелий Лоуренсий Резерфордий Дубний Сиборгий Бориум Калий Мейтнерий Дармштадтиум Рентгений Копернициум Нихоний Флеровий Московиум Ливерморий Tennessine Оганессон К ↑ Rb ↓ Cs криптон ← рубидий → стронций
Атомный номер ( Z )	37
Группа	группа 1: водород и щелочные металлы
Период	период 5
Блокировать	s-блок
Электронная конфигурация	[ Kr ] 5s 1
Электронов на оболочку	2, 8, 18, 8, 1
Физические свойства
Фаза на  СТП	твердый
Температура плавления	312,45  К (39,30 ° С, 102,74 ° F)
Точка кипения	961 К (688 ° С, 1270 ° F)
Плотность (около  rt )	1,532 г / см 3
в жидком состоянии (при  т. пл. )	1,46 г / см 3
Тройная точка	312,41 К,? кПа
Критическая точка	2093 К, 16 МПа (экстраполировано)
Теплота плавления	2,19  кДж / моль
Теплота испарения	69 кДж / моль
Молярная теплоемкость	31,060 Дж / (моль · К)
Давление газа P  (Па) 1 10 100 1 к 10 тыс. 100 тыс. при  T  (K) 434 486 552 641 769 958
Атомные свойства
Состояния окисления	-1, + 1 (сильно основной оксид)
Электроотрицательность	Шкала Полинга: 0,82
Энергии ионизации
Радиус атома	эмпирические: 248  м
Ковалентный радиус	220 ± 9 часов вечера
Радиус Ван-дер-Ваальса	303 вечера
Спектральные линии рубидия
Прочие свойства
Естественное явление	изначальный
Кристальная структура	объемно-центрированной кубической (ОЦК)
Скорость звука тонкого стержня	1300 м / с (при 20 ° C)
Тепловое расширение	90 мкм / (м⋅K) (при  комнатной температуре )
Теплопроводность	58,2 Вт / (м⋅K)
Удельное электрическое сопротивление	128 нОм⋅м (при 20 ° C)
Магнитный заказ	парамагнитный
Молярная магнитная восприимчивость	+17.0 × 10 −6  см 3 / моль (303 К)
Модуль для младших	2,4 ГПа
Объемный модуль	2,5 ГПа
Твердость по шкале Мооса	0,3
Твердость по Бринеллю	0,216 МПа
Количество CAS	7440-17-7
История
Открытие	Роберт Бунзен и Густав Кирхгоф (1861)
Первая изоляция	Джордж де Хевеши
Основные изотопы рубидия
Изотоп Избыток Период полураспада ( t 1/2 ) Режим распада Продукт 83 руб. син 86,2 г ε 83 кр γ - 84 руб. син 32,9 г ε 84 кр β + 84 кр γ - β - 84 Sr 85 руб. 72,17% стабильный 86 руб. син 18,7 г β - 86 Sr γ - 87 руб. 27,83% 4,88 × 10 10  лет β - 87 Sr
Категория: Рубидий Посмотреть разговаривать редактировать | использованная литература

Рубидий - это химический элемент с символом Rb и атомным номером 37. Рубидий - очень мягкий серебристо-белый металл из группы щелочных металлов . Металлический рубидий имеет сходство с металлическим калием и металлическим цезием по внешнему виду, мягкости и проводимости. Рубидий нельзя хранить в атмосфере кислорода , так как это приведет к очень экзотермической реакции, иногда даже приводящей к возгоранию металла.

Рубидий - первый щелочной металл в группе, который имеет плотность выше, чем вода , поэтому он тонет, в отличие от металлов, находящихся над ним в группе. Рубидий имеет стандартный атомный вес 85,4678. На Земле природный рубидий состоит из двух изотопов : 72% - стабильный изотоп ⁸⁵ Rb, а 28% - слаборадиоактивный ⁸⁷ Rb с периодом полураспада 48,8 миллиарда лет, что более чем в три раза превышает предполагаемый возраст Вселенной. .

Немецкие химики Роберт Бунзен и Густав Кирхгоф открыли рубидий в 1861 году с помощью недавно разработанной техники - спектроскопии пламени . Название происходит от латинского слова rubidus , что означает темно-красный, цвет его спектра излучения. Соединения рубидия находят различное химическое и электронное применение. Металлический рубидий легко испаряется и имеет удобный спектральный диапазон поглощения, что делает его частой мишенью для лазерных манипуляций с атомами . Рубидий не является известным питательным веществом для каких-либо живых организмов . Однако ионы рубидия имеют те же свойства и такой же заряд, что и ионы калия, и активно поглощаются и обрабатываются клетками животных аналогичным образом.

Характеристики

Рубидий - очень мягкий, пластичный серебристо-белый металл. Он является вторым по величине электроположительным из стабильных щелочных металлов и плавится при температуре 39,3 ° C (102,7 ° F). Как и другие щелочные металлы, металлический рубидий бурно реагирует с водой. Как и в случае с калием (который немного менее активен) и цезием (который немного более активен), эта реакция обычно достаточно интенсивна, чтобы воспламенить газообразный водород, который она производит. Также сообщалось, что рубидий самовоспламеняется на воздухе. Он образует амальгамы с ртутью и сплавы с золотом , железом , цезием , натрием и калием , но не с литием (хотя рубидий и литий находятся в одной группе).

Рубидий имеет очень низкую энергию ионизации, всего 406 кДж / моль. Рубидий и калий показывают очень похожий пурпурный цвет при испытании на пламя , и различение этих двух элементов требует более сложного анализа, такого как спектроскопия.

Соединения

Хлорид рубидия (RbCl), вероятно, является наиболее часто используемым соединением рубидия: среди нескольких других хлоридов он используется для побуждения живых клеток к поглощению ДНК ; он также используется в качестве биомаркера, потому что в природе он содержится только в небольших количествах в живых организмах и, если присутствует, заменяет калий. Другими распространенными соединениями рубидия являются едкий гидроксид рубидия (RbOH), исходный материал для большинства химических процессов на основе рубидия; карбонат рубидия (Rb ₂ CO ₃ ), используемый в некоторых оптических стеклах, и сульфат меди рубидия, Rb ₂ SO ₄ · CuSO ₄ · 6H ₂ O. Иодид серебра рубидия (RbAg ₄ I ₅ ) имеет самую высокую проводимость при комнатной температуре из всех известных. ионный кристалл , свойство, используемое в тонкопленочных батареях и других приложениях.

Рубидий образует ряд оксидов при контакте с воздухом, включая моноксид рубидия (Rb ₂ O), Rb ₆ O и Rb ₉ O ₂ ; рубидий в избытке кислорода дает супероксид RbO ₂ . Рубидий образует соль с галогенидами, производя рубидий фторид , хлорид рубидия , рубидий бромид и рубидий йодид .

Изотопы

Хотя рубидий является моноизотопом , рубидий в земной коре состоит из двух изотопов: стабильного ⁸⁵ Rb (72,2%) и радиоактивного ⁸⁷ Rb (27,8%). Природный рубидий радиоактивен, с удельной активностью около 670 Бк / г, чего достаточно для значительного экспонирования фотопленки за 110 дней.

Было синтезировано 24 дополнительных изотопа рубидия с периодом полураспада менее 3 месяцев; большинство из них очень радиоактивны и мало используются.

Рубидий-87 имеет период полураспада в48,8 × 10 ⁹  лет, что более чем в три раза возраст Вселенной из(13,799 ± 0,021) × 10 ⁹  лет, что делает его первичным нуклидом . Он легко заменяет калий в минералах и поэтому довольно широко распространен. Rb широко использовался при датировании горных пород ; ⁸⁷ Rb бета распадается до стабильного ⁸⁷ Sr. Во время фракционной кристаллизации Sr имеет тенденцию концентрироваться в плагиоклазе , оставляя Rb в жидкой фазе. Следовательно, отношение Rb / Sr в остаточной магме может со временем увеличиваться, и прогрессирующая дифференциация приводит к образованию пород с повышенным отношением Rb / Sr. Самые высокие отношения (10 и более) встречаются в пегматитах . Если исходное количество Sr известно или может быть экстраполировано, то возраст может быть определен путем измерения концентраций Rb и Sr и отношения ⁸⁷ Sr / ⁸⁶ Sr. Даты указывают истинный возраст минералов только в том случае, если породы не были впоследствии изменены (см. Рубидий-стронциевый датирование ).

Рубидий-82 , один из неприродных изотопов элемента, образуется в результате распада стронция-82 при захвате электронов с периодом полураспада 25,36 дня. С периодом полураспада 76 секунд рубидий-82 распадается посредством позитронной эмиссии до стабильного криптона-82 .

Вхождение

Рубидий - двадцать третий элемент по распространенности в земной коре , примерно такой же по содержанию, как цинк, и гораздо более распространенный, чем медь . В природе он встречается в минералах лейците , поллуците , карналлите и циннвальдите , которые содержат до 1% оксида рубидия . Лепидолит содержит от 0,3% до 3,5% рубидия и является коммерческим источником этого элемента. Некоторые калиевые минералы и хлориды калия также содержат элемент в коммерчески значимых количествах.

Морская вода содержит в среднем 125 мкг / л рубидия по сравнению с гораздо более высоким значением для калия 408 мг / л и гораздо более низким значением 0,3 мкг / л для цезия. Рубидий - 18-й по содержанию элемент в морской воде.

Из-за большого ионного радиуса рубидий является одним из « несовместимых элементов ». Во время кристаллизации магмы рубидий концентрируется вместе со своим более тяжелым аналогом цезием в жидкой фазе и кристаллизуется последним. Следовательно, крупнейшие месторождения рубидия и цезия - это зональные пегматитовые рудные тела, образованные этим процессом обогащения. Поскольку рубидий заменяет калий при кристаллизации магмы, обогащение гораздо менее эффективно, чем цезий. Зональные пегматитовые рудные тела, содержащие полезные для добычи количества цезия в виде поллуцита или литиевых минералов лепидолита , также являются источником рубидия в качестве побочного продукта.

Двумя известными источниками рубидия являются богатые месторождения поллуцита на озере Берник , Манитоба , Канада, и рубиклин ((Rb, K) AlSi ₃ O ₈ ), обнаруженный в виде примесей в поллуците на итальянском острове Эльба , с содержанием рубидия около 17,5%. Оба эти месторождения также являются источниками цезия.

Производство

Хотя рубидия в земной коре больше, чем цезия, ограниченное применение и отсутствие минерала, богатого рубидием, ограничивают производство соединений рубидия до 2–4 тонн в год. Существует несколько методов разделения калия, рубидия и цезия. Фракционная кристаллизация из рубидия и цезия квасцов (Cs, Rb) , Al (SO ₄ ) ₂ · 12H ₂ O дает после 30 последующих стадий чистого рубидия квасцов. Сообщается о двух других методах: хлоростаннате и ферроцианидном процессе.

В течение нескольких лет, в 1950-х и 1960-х годах, побочный продукт производства калия под названием Алькарб был основным источником рубидия. Алкарб содержал 21% рубидия, остальное составляли калий и небольшое количество цезия. Сегодня крупнейшие производители цезия, такие как рудник Танко , Манитоба, Канада, производят рубидий как побочный продукт из поллуцита.

История

Рубидий был открыт в 1861 году Робертом Бунзеном и Густавом Кирхгоффом в Гейдельберге, Германия, в минерале лепидолите с помощью спектроскопии пламени . Из-за ярко-красных линий в его спектре излучения они выбрали название, производное от латинского слова rubidus , что означает «темно-красный».

Рубидий является второстепенным компонентом лепидолита . Кирхгоф и Бунзен обработали 150 кг лепидолита, содержащего только 0,24% монооксида рубидия (Rb ₂ O). И калий, и рубидий образуют нерастворимые соли с платинохлористоводородной кислотой , но эти соли показывают небольшую разницу в растворимости в горячей воде. Следовательно, менее растворимый гексахлороплатинат рубидия (Rb ₂ PtCl ₆ ) может быть получен фракционной кристаллизацией . После восстановления гексахлороплатината водородом в результате процесса было получено 0,51 г хлорида рубидия (RbCl) для дальнейших исследований. Бунзен и Кирхгоф начали свое первое крупномасштабное выделение соединений цезия и рубидия с 44 000 литров (12 000 галлонов США) минеральной воды, что дало 7,3 грамма хлорида цезия и 9,2 грамма хлорида рубидия . Рубидий был вторым элементом, вскоре после цезия, который был открыт с помощью спектроскопии, всего через год после изобретения спектроскопа Бунзеном и Кирхгофом.

Два ученых использовали хлорид рубидия, чтобы оценить атомный вес нового элемента 85,36 ​​(в настоящее время принятое значение - 85,47). Они пытались получить элементарный рубидий электролизом расплавленного хлорида рубидия, но вместо металла они получили синее однородное вещество, которое «ни невооруженным глазом, ни под микроскопом не показало ни малейшего следа металлического вещества». Они предположили, что это субхлорид ( Rb
₂Cl ); однако продукт, вероятно, представлял собой коллоидную смесь металла и хлорида рубидия. Во второй попытке получить металлический рубидий Бунзен смог восстановить рубидий путем нагревания обугленного тартрата рубидия . Хотя дистиллированный рубидий был пирофорным , им удалось определить плотность и температуру плавления. Качество этих исследований 1860-х годов можно оценить по тому факту, что их определенная плотность отличается менее чем на 0,1 г / см ^3, а температура плавления менее чем на 1 ° C от принятых в настоящее время значений.

Небольшая радиоактивность рубидия была открыта в 1908 году, но это было до того, как в 1910 году была создана теория изотопов, и низкий уровень активности (период полураспада более 10 ¹⁰  лет) усложнил интерпретацию. Доказанный теперь распад ⁸⁷ Rb в стабильный ⁸⁷ Sr посредством бета-распада все еще обсуждался в конце 1940-х годов.

До 1920-х годов рубидий имел минимальную промышленную ценность. С тех пор наиболее важным применением рубидия являются исследования и разработки, в первую очередь, в химической и электронной промышленности. В 1995 году рубидий-87 был использован для производства конденсата Бозе-Эйнштейна , за который первооткрыватели Эрик Аллин Корнелл , Карл Эдвин Виман и Вольфганг Кеттерле получили Нобелевскую премию по физике 2001 года .

Приложения

Соединения рубидия иногда используют в фейерверках, чтобы придать им фиолетовый цвет. Рубидий также рассматривался для использования в термоэлектрическом генераторе, использующем магнитогидродинамический принцип, когда горячие ионы рубидия проходят через магнитное поле . Они проводят электричество и действуют как якорь генератора, генерируя электрический ток . Рубидий, особенно испаренный ⁸⁷ Rb, является одним из наиболее часто используемых атомных частиц, используемых для лазерного охлаждения и бозе-эйнштейновской конденсации . Его желательные особенности для этого применения включают легкую доступность недорогого диодного лазерного излучения с соответствующей длиной волны и умеренные температуры, необходимые для получения значительного давления пара. Для приложений с холодным атомом, требующих настраиваемых взаимодействий, ⁸⁵ Rb является предпочтительным из-за его богатого спектра Фешбаха .

Рубидий использовался для поляризации ³ He , создавая объемы намагниченного газа ³ He, причем ядерные спины выровнены, а не случайны. Пары рубидия оптически накачиваются лазером, и поляризованный Rb поляризует ³ He за счет сверхтонкого взаимодействия. Такие спин-поляризованные ячейки ³ He полезны для измерений поляризации нейтронов и для получения пучков поляризованных нейтронов для других целей.

Резонансный элемент в атомных часах использует сверхтонкую структуру энергетических уровней рубидия, а рубидий полезен для высокоточного отсчета времени. Он используется в качестве основного компонента вторичных эталонов частоты (рубидиевых генераторов) в передатчиках сотовых станций и другом электронном передающем, сетевом и испытательном оборудовании. Эти рубидиевые стандарты часто используются с GPS для создания «первичного стандарта частоты», который имеет большую точность и дешевле, чем цезиевые стандарты. Такие рубидиевые стандарты часто производятся серийно для телекоммуникационной отрасли.

Другие потенциальные или текущие применения рубидия включают рабочую жидкость в паровых турбинах, в качестве геттера в вакуумных трубках и в качестве компонента фотоэлемента . Рубидий также используется в качестве ингредиента в специальных типах стекла, при производстве супероксида путем сжигания в кислороде , при изучении ионных каналов калия в биологии и в качестве пара в атомных магнитометрах . В частности, ⁸⁷ Rb используется с другими щелочными металлами при разработке магнитометров без спин-обменной релаксации (SERF) .

Рубидий-82 используется для позитронно-эмиссионной томографии . Рубидий очень похож на калий, и ткани с высоким содержанием калия также будут накапливать радиоактивный рубидий. Одно из основных применений - визуализация перфузии миокарда . В результате изменений гематоэнцефалического барьера при опухолях головного мозга рубидий накапливается в опухолях головного мозга больше, чем в нормальной мозговой ткани, что позволяет использовать радиоизотоп рубидий-82 в ядерной медицине для обнаружения и визуализации опухолей головного мозга. Рубидий-82 имеет очень короткий период полураспада - 76 секунд, и производство стронция-82 при распаде должно происходить вблизи пациента.

Рубидий был протестирован на предмет влияния на маниакальную депрессию и депрессию. У диализных пациентов, страдающих депрессией, наблюдается недостаток рубидия, и поэтому добавки могут помочь во время депрессии. В некоторых тестах рубидий вводили в виде хлорида рубидия в дозе до 720 мг в день в течение 60 дней.

Рубидий

Опасности
Пиктограммы GHS
Сигнальное слово GHS	Опасность
Формулировки опасности GHS	H260 , H314
Меры предосторожности GHS	P223 , P231 + 232 , P280 , P305 + 351 + 338 , P370 + 378 , P422
NFPA 704 (огненный алмаз)	3 4 2 W

Меры предосторожности и биологические эффекты

Рубидий бурно реагирует с водой и может вызвать пожар. Для обеспечения безопасности и чистоты этот металл обычно хранят в сухом минеральном масле или запечатывают в стеклянных ампулах в инертной атмосфере. Рубидий образует пероксиды при воздействии даже небольшого количества воздуха, диффундирующего в масло, и при хранении соблюдаются те же меры предосторожности, что и при хранении металлического калия .

Рубидий, как натрий и калий, почти всегда имеет степень окисления +1 при растворении в воде, даже в биологических условиях. Организм человека склонен рассматривать ионы Rb ⁺ , как если бы они были ионами калия, и поэтому концентрирует рубидий во внутриклеточной жидкости организма (то есть внутри клеток). Ионы не особенно токсичны; человек весом 70 кг содержит в среднем 0,36 г рубидия, и увеличение этого значения от 50 до 100 раз не показало отрицательных эффектов у испытуемых. Биологический период полураспада рубидия в организме человека измеряется 31-46 дней. Хотя частичное замещение калия рубидием возможно, когда более 50% калия в мышечной ткани крыс было заменено рубидием, крысы погибли.

использованная литература

дальнейшее чтение

• Мейтес, Луи (1963). Справочник по аналитической химии (Нью-Йорк: McGraw-Hill Book Company, 1963)
• Штек, Даниэль А. "Данные линии D для рубидия-87" (PDF) . Лос-Аламосская национальная лаборатория (технический отчет LA-UR-03-8638). Архивировано из оригинального (PDF) 2 ноября 2013 года . Проверено 9 февраля 2008 .

внешние ссылки

• «Рубидий»  . Британская энциклопедия . 23 (11-е изд.). 1911. с. 809.
• Рубидий в Периодической таблице видео (Ноттингемский университет)