13-10-2018 12:45

Химический элемент рубидий: характеристики, свойства, соединения

В 1861 году недавно изобретенный физический метод исследования веществ – спектральный анализ – еще раз продемонстрировал свое могущество и надежность, как залог большого будущего в науке и технике. С его помощью был открыт уже второй неизвестный ранее химический элемент – рубидий. Затем, с открытием в 1869 году Д. И. Менделеевым периодического закона, рубидий вместе с другими элементами занял свое место в таблице, которая внесла порядок в химическую науку.

Дальнейшее изучение рубидия показало, что этот элемент обладает целым рядом интересных и ценных свойств. Мы рассмотрим здесь наиболее характерные и важные из них.

Общая характеристика химического элемента

МГУ Огарева, Саранск: описание, специальности, факультеты, преподаватели и отзывыВам будет интересно:МГУ Огарева, Саранск: описание, специальности, факультеты, преподаватели и отзывы

Рубидий имеет атомный номер 37, то есть в атомах его в состав ядер входит именно такое количество положительно заряженных частиц – протонов. Соответственно нейтральный атом обладает 37 электронами.

Символ элемента - Rb. В периодической системе рубидий классифицируется как элемент I группы, период – пятый (в короткопериодном варианте таблицы он относится к главной подгруппе I группы и расположен в шестом ряду). Является щелочным металлом, представляет собой мягкое, очень легкоплавкое кристаллическое вещество серебристо-белого цвета.

История обнаружения

Честь открытия химического элемента рубидий принадлежит двум немецким ученым – химику Роберту Бунзену и физику Густаву Кирхгофу, авторам спектроскопического метода изучения состава вещества. После того, как в 1860 году применение спектрального анализа привело к открытию цезия, ученые продолжили исследования, и уже в следующем году при изучении спектра минерала лепидолита ими были обнаружены две неотождествленные линии темно-красного цвета. Именно благодаря характерному оттенку наиболее сильных спектральных линий, по которым удалось установить существование неизвестного ранее элемента, он и получил свое название: слово rubidus переводится с латыни как «багровый, темно-красный».

В 1863 году Бунзен впервые выделил из воды минерального источника металлический рубидий путем упаривания большого количества раствора, разделения солей калия, цезия и рубидия и, наконец, восстановления металла с использованием сажи. Позднее Н. Бекетов сумел восстановить рубидий из его гидроксида с помощью порошка алюминия.

Физическая характеристика элемента

Закон сохранения импульса и момента импульса: пример решения задачиВам будет интересно:Закон сохранения импульса и момента импульса: пример решения задачи

Рубидий – легкий металл, он имеет плотность 1,53 г/см3 (при нулевой температуре). Образует кристаллы с кубической объемно-центрированной решеткой. Плавится рубидий всего при 39 °C, то есть при комнатной температуре его консистенция уже близка к пастообразной. Металл кипит при 687 °C, пары его имеют зеленовато-синий оттенок.

Рубидий – парамагнетик. По проводимости он более чем в 8 раз превосходит ртуть при 0 °C и почти во столько же раз уступает серебру. Подобно другим щелочным металлам, рубидий отличает очень низкий порог фотоэффекта. Для возбуждения фототока в нем достаточно уже длинноволновых (то есть низкочастотных и несущих меньшую энергию) красных световых лучей. В этом отношении по чувствительности его превосходит лишь цезий.

Изотопы

Рубидий имеет атомный вес 85,468. В природе встречается в виде двух изотопов, различающихся количеством нейтронов в ядре: рубидий-85 составляет наибольшую долю (72,2%), и в значительно меньшем количестве – 27,8% – рубидий-87. Ядра их атомов, помимо 37 протонов, содержат соответственно по 48 и по 50 нейтронов. Более легкий изотоп стабилен, а рубидий-87 имеет огромный по длительности период полураспада – 49 миллиардов лет.

В настоящее время искусственным путем получено несколько десятков радиоактивных изотопов этого химического элемента: от сверхлегкого рубидия-71 до перегруженного нейтронами рубидия-102. Периоды полураспада искусственных изотопов варьируют от нескольких месяцев до 30 наносекунд.

Основные химические свойства

Как было отмечено выше, в ряду химических элементов рубидий (как натрий, калий, литий, цезий и франций) относится к щелочным металлам. Особенность электронной конфигурации их атомов, определяющая химические свойства – это наличие только одного электрона на внешнем энергетическом уровне. Этот электрон легко покидает атом, а ион металла при этом приобретает энергетически выгодную электронную конфигурацию стоящего перед ним в таблице Менделеева инертного элемента. Для рубидия это – конфигурация криптона.

Что такое консументы 1 порядка? Примеры консументовВам будет интересно:Что такое консументы 1 порядка? Примеры консументов

Таким образом, рубидий, как и прочие щелочные металлы, имеет ярко выраженные восстановительные свойства и степень окисления +1. Щелочные свойства сильнее проявляются с увеличением атомного веса, поскольку при этом растет и радиус атома, и, соответственно, ослабляется связь внешнего электрона с ядром, что обусловливает повышение химической активности. Поэтому рубидий активнее лития, натрия и калия, а цезий, в свою очередь, активнее рубидия.

Суммируя все вышесказанное о рубидии, разбор элемента можно произвести, как на иллюстрации, представленной ниже.

Соединения, образуемые рубидием

На воздухе этот металл ввиду своей исключительной реакционной активности окисляется бурно, с воспламенением (пламя имеет фиолетово-розоватый цвет); в ходе реакции образуются надпероксид и пероксид рубидия, проявляющие свойства сильных окислителей:

  • Rb + O2 → RbO2.
  • 2Rb + O2 → Rb2O2.

Оксид образуется в том случае, если доступ кислорода к реакции ограничен:

  • 4Rb + O2 → 2Rb2O.

Это вещество желтого цвета, реагирующее с водой, кислотами и кислотными оксидами. В первом случае образуется одна из наиболее сильных щелочей – гидроксид рубидия, в остальных – соли, например, сульфат рубидия Rb2SO4, большинство которых растворимы.

Еще более бурно, сопровождаясь взрывом (так как мгновенно воспламеняются и рубидий, и освобождаемый водород), протекает реакция металла с водой, в которой образуется гидроксид рубидия, чрезвычайно агрессивное соединение:

  • 2Rb + 2H2O → 2RbOH +H2.

Рубидий – химический элемент, способный также непосредственно реагировать со многими неметаллами – с фосфором, водородом, углеродом, кремнием, с галогенами. Галогениды рубидия – RbF, RbCl, RbBr, RbI – хорошо растворимы в воде и в некоторых органических растворителях, например, в этаноле или в муравьиной кислоте. Взаимодействие металла с серой (растирание с серным порошком) происходит взрывообразно и приводит к образованию сульфида.

Существуют и малорастворимые соединения рубидия, такие как перхлорат RbClO4, они находят применение в аналитике для определения этого химического элемента.

Нахождение в природе

Рубидий – элемент, не относящийся к редким. Встречается он практически везде, входит в состав множества минералов и горных пород, а также содержится в океане, в подземных и речных водах. В земной коре содержание рубидия достигает суммарного значения содержания меди, цинка и никеля. Однако, в отличие от многих гораздо более редких металлов, рубидий – чрезвычайно рассеянный элемент, его концентрация в породе очень низка, и он не образует собственных минералов.

В составе полезных ископаемых рубидий повсеместно сопутствует калию. Наибольшей концентрацией рубидия отличаются лепидолиты – минералы, служащие также источником лития и цезия. Так что рубидий в небольших количествах всегда присутствует там, где обнаруживаются другие щелочные металлы.

Немного о применении рубидия

Краткую характеристику хим. элемента рубидия можно дополнить несколькими словами о том, в каких областях используется этот металл и его соединения.

Рубидий находит применение в производстве фотоэлементов, в лазерной технике, входит в состав некоторых специальных сплавов для ракетной техники. В химической промышленности соли рубидия используются благодаря высокой каталитической активности. Один из искусственных изотопов, рубидий-86, применяется в гамма-дефектоскопии и, кроме того, в фармацевтической промышленности для стерилизации лекарственных препаратов.

Еще один изотоп, рубидий-87, используют в геохронологии, где он служит для определения возраста древнейших горных пород благодаря очень большому периоду полураспада (рубидий-стронциевый метод).

Если несколько десятков лет назад считалось, что рубидий – химический элемент, область применения которого едва ли будет расширяться, то в настоящее время для этого металла появляются все новые перспективы, например, в катализе, в высокотемпературных турбоагрегатах, в специальной оптике и в других сферах. Так что в современных технологиях рубидий играет и будет продолжать играть важную роль.



Источник