Рубідій

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку
Рубідій (Rb)
Атомний номер 37
Зовнішній вигляд простої речовини м'який, сріблясто-білий,
хімічно активний метал
Рубідій
Властивості атома
Атомна маса (молярна маса) 85,4678 а.о.м. (г/моль)
Радіус атома 248 пм
Енергія іонізації (перший електрон) 402,8(4,17) кДж/моль (еВ)
Електронна конфігурація [Kr] 5s1
Хімічні властивості
Ковалентний радіус 216 пм
Радіус іона (+1e)147 пм
Електронегативність (за Полінгом) 0,82
Електродний потенціал 0
Ступені окиснення 1
Термодинамічні властивості
Густина 1,532 г/см³
Молярна теплоємність 0,360 Дж/(К·моль)
Теплопровідність 58,2 Вт/(м·К)
Температура плавлення 312,2 К
Теплота плавлення 2,20 кДж/моль
Температура кипіння 961 К
Теплота випаровування 75,8 кДж/моль
Молярний об'єм 55,9 см³/моль
Кристалічна ґратка
Структура ґратки кубічна об'ємноцентрована
Період ґратки 5,590 Å
Відношення с/а n/a
Температура Дебая 52[1] К
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
* La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
CMNS: Рубідій у Вікісховищі

Рубідій (Rb) — хімічний елемент з атомним номером 37 та його проста речовина. Елемент належить до групи 1 періодичної таблиці, тобто до лужних металів. Рубідій сріблясто-білий, легкоплавкий, хімічно дуже активний, на повітрі самозаймається, з водою реаґує з вибухом. Густина 1525 кг/м3; tплав 39,47 °С; tкип 685 °С.

Рубідій належить до групи рідкісних металів. Його вміст у земній корі порівняно високий — 1,5•10—2, тобто більший, ніж міді, свинцю, цинку і інших елементів, але рубідій не утворює власних мінералів. Як ізоморфна домішка рубідій входить у мінерали інших лужних металів і передусім калію. До числа багатих на рубідій мінералів належать мінерали-концентратори: полуцит, лепідоліт, цинвальдит, амазоніт, біотит. Основні промислові запаси рубідію сконцентровані в апатитонефелінових породах, слюдах, карналіті і природних мінералізованих водах. При екзогенних процесах рубідій і цезій нагромаджуються спільно з калієм в соляних відкладах, рубідій входить до складу сильвіну і карналіту.

Історія[ред. | ред. код]

У 1859 році німецькі вчені Роберт Бунзен та Густав Кірхгоф винайшли спектральний аналіз. Рубідій став другим, після цезію, елементом відкритим таким чином. Вперше невідомий раніше спектр Бунзен і Кірхгоф помітили в 1861 році, вивчаючи зразок лепідоліту, присланому їм з Саксонії. Пізніше вони виявили, що аналогічна лінія присутня у більш доступному осаді, що утворювався після випаровування води з мінерального джерела у Шварцвальді. Випарувавши 40 тисяч літрів води, Бунзен отримав суміш хлороплатинатів калію, цезію і рубідію, з яких потім зміг за допомогою фракціонованої кристалізації отримати чистий тартрат рубідію, а потім відновити його до металічного рубідію за допомогою сажі[2].

Свою назву рубідій отримав за кольором найхарактерніших червоних ліній спектру (від лат. Rubidus — червоний, темно-червоний).

Ізотопи[ред. | ред. код]

Рубідій має єдиний стабільний ізотоп 85Rb. Інший ізотоп, що зустрічається в природі, 87Rb, радіоактивний із періодом напіврозпаду 48.8×109 років, що більш ніж втричі перевищує вік Всесвіту. Вміст 87Rb в природному рубідії становить 27,8 %, тому природний рубідій радіоактивний з активністю 670 Бк/г. Усього відомий 41 ізотоп рубідію з масовими числами від 71 до 103 (8 з них — метастабільні). Найбільш стабільний з них, 83Rb, має період напіврозпаду 86 днів[3].

Отримання[ред. | ред. код]

Лепідоліт, один з основних мінералів рубідію
Технологічна схема переробки солікамських карналітів[4]

Рубідій — 23-й за розповсюдженістю елемент у земній корі[5]. Він не утворює власних мінералів, проте може бути знайдений як домішка у багатьох мінералах, що містять інші лужні метали. Він зустрічається у цеолітах, таких як полуцит і лейцит, і у літіїстих слюдах, наприклад, лепідоліті і цинвальдиті[6]. Лепідоліт і полуцит можуть містити до 3,5% і до 1,5% оксиду рубідію відповідно. Ці мінерали часто знаходять у пегматитах.

Значні поклади рубідієвмістних мінералів існують в Намібії, Замбії, Китаї, Канаді, менші запаси існують у багатьох країнах Європи, Азії і Північної Америки[5].

Рубідій отримують попутно при переробці калійних солей і лепідолітових концентратів. Солі рубідію отримують як побічний продукт у виробництві солей літію, магнію і калію, металічний рубідій — металотермічно відновлюючи його солі з подальшим очищенням від домішок ректифікацією і вакуумною дистиляцією.

Застосування[ред. | ред. код]

  • Скло: одне з основних застосувань рубідію. Додавання невеликої кількості рубідію в скло дозволяє зробити його більш провідним і стабільним. Таке скло використовують для виробництва оптоволокна[7].
  • Давачі: оскільки рубідій має фотоелектричні властивості, а енергія його активації дуже низька, рубідієве скло використовують для різноманітних сенсорів, детекторів руху, приладів нічного бачення тощо[8][7]. Сплав рубідію і телуру також використовують для різноманітних датчиків і активаторів, оскільки він є чутливим до випромінювання у дуже широкому діапазоні, від ближнього інфрачервоного до середнього ультрафіолетового. Електроди у термоемісійних перетворювачах[en], що перетворюють енергію теплового випромінювання на електричну, вкривають рубідієм[9].
  • Фотоелементи: додавання рубідію і цезію в перовськітові сонячні панелі покращує їх ефективність, оскільки запобігає протіканню небажаних хімічних реакцій при їх виробництві[10].
  • Атомні годинники: рубідієві годинники менш точні ніж цезієві і водневі(похибка становить тисячні долі секунди на рік, тоді як рекорд цезієвих годинників — менш ніж одна стомільйонна)[11][12]. Проте рубідієві годинники можуть бути значно компактнішими (найменші можуть розміщуватися на чипі) і значно дешевшими (тисячі доларів) ніж годинники інших типів[13][14]. Через це, вони надзвичайно популярні в усіх сферах, що не потребують феноменальної точності[15].
  • Медицина: рубідій входить до складу деяких антишокових препаратів, використовується для лікування епілепсії і розладів щитоподібної залози[7]. Деякі сполуки рубідію мають психотропні властивості, і використовуються для лікування психічних розладів[8]. Рубідій є дуже подібним до калію, і легко заміщує його в організмі, через це радіоактивні ізотопи рубідію можуть використовуватися як мічені атоми. Випромінювач позитронів рубідій-82 використовується у томографії[7].
  • Вакуумна техніка: рубідій добре зв'язує кисень, тому використовується для його зв'язування при отриманні надглибокого вакууму[16].
  • Квантові комп'ютери: системи з атомів рубідію є одним зі можливих варіантів реалізації квантової пам'яті[17]. Наприклад, елементи, що працюють на рідбергових атомах рубідію використовує компанія ColdQuanta [18][15].
  • Кріогенні дослідження: рубідій-87 був першим елементом, переведеним у особливий агрегатний стан речовини, конденсат Бозе — Ейнштейна[19]. У подальшому він став типовою речовиною, на якій проводяться дослідження цього стану[15]. У експериментах на МКС газ рубідію був охолоджений до температури 17 нанокельвінів[20].
  • Радіологія: радіоактивний ізотоп рубідій-86 широко використовується в гамма-дефектоскопії і вимірювальній техніці.
  • Каталізатор: у каталізі рубідій використовується як в органічному, так і неорганічний синтезі. Каталітична активність рубідію використовується в основному для переробки нафти на ряд важливих продуктів. Ацетат рубідію, наприклад, використовується для синтезу метанолу і цілого ряду вищих спиртів з водяного газу, що актуально у зв'язку з підземною газифікацією вугілля та у виробництві штучного рідкого палива для автомобілів і реактивного палива.
  • Добавка до палива: хлорид рубідію додають в бензин для підвищення його октанового числа[21].
  • Піротехніка: рубідій використовують у феєрверках для забарвлення їх у фіолетовий колір[16]

Біологічна роль[ред. | ред. код]

Живі організми не мають специфічної потреби в рубідії або принаймні така потреба не відома. Однак клітини вбирають в себе іони рубідію з їжі і води, аналогічно до іонів натрію, через це людське тіло містить приблизно пів грама цього металу[22]. Рубідій у природі дещо радіоактивний завдяки значному вмісту слабко радіоактивного ізотопу 87Rb.

Примітки[ред. | ред. код]

  1. A Course In Thermodynamics, Volume 2(англ.)
  2. Петрянов-Соколов, 1983, с. 471.
  3. Isotopes of the Element Rubidium(англ.)
  4. В.Е.Плющев, Б.Д.Степин - Химия и технология соединений лития, рубидия и цезия. 
  5. а б Rubidium(англ.)
  6. Rubidium(англ.)
  7. а б в г Rubidium Market – Growth, Trends, and Forecast (2020 – 2025)(англ.)
  8. а б Криптон, рубидий, стронций, иттрий, цирконий (рос.)
  9. Rubidium (англ.)
  10. Scientists discover why cesium and rubidium enhance perovskite solar cells(англ.)
  11. A Review of Contemporary Atomic FrequencyStandards(англ.)
  12. The most precise atomic clock ever made is a cube of quantum gas(англ.)
  13. Microchip’s new atomic clock improves performance, yet stays small(англ.)
  14. PRS10 — Rubidium frequency standard with low phase noise(англ.)
  15. а б в Рубидий: от атомных часов до квантовых мозгов(рос.)
  16. а б Rubidium
  17. A waveguide frequency converter connecting rubidium-based quantum memories to the telecom C-band(англ.)
  18. Cold Atom Source Cells(англ.)
  19. Bose-Einstein Condensates with Rubidium Atoms(англ.)
  20. Бозе-конденсат на МКС показал рекордное время свободного расширения(рос.)
  21. Rubidium chloride(англ.)
  22. The Concentration of Common Cesium and Rubidium in Human Body(англ.)

Див. також[ред. | ред. код]

Література[ред. | ред. код]