År 1861 visade den nyligen uppfunna fysiska metoden för att studera ämnen - spektralanalys - återigen sin kraft och tillförlitlighet, som en garanti för en stor framtid inom vetenskap och teknik. Med dess hjälp upptäcktes det andra tidigare okända kemiska elementet, rubidium. Sedan, med upptäckten av den periodiska lagen 1869 av D. I. Mendeleev, tog rubidium, tillsammans med andra grundämnen, sin plats i tabellen, vilket skapade ordning i kemivetenskapen.
Vidare studier av rubidium visade att detta element har ett antal intressanta och värdefulla egenskaper. Vi kommer här att betrakta de mest karakteristiska och viktigaste av dem.
Allmänna egenskaper hos ett kemiskt element
Rubidium har ett atomnummer på 37, det vill säga i sina atomer innehåller kärnornas sammansättning just ett sådant antal positivt laddade partiklar - protoner. Respektiveen neutral atom har 37 elektroner.
Elementsymbol - Rb. I det periodiska systemet klassificeras rubidium som ett element i grupp I, perioden är femte (i den korta periodversionen av tabellen tillhör den huvudundergruppen av grupp I och ligger i den sjätte raden). Det är en alkalimetall, är ett mjukt, mycket smältbart, silvervitt kristallint ämne.
Upptäcktshistorik
Äran att upptäcka det kemiska grundämnet rubidium tillhör två tyska forskare - kemisten Robert Bunsen och fysikern Gustav Kirchhoff, författarna till den spektroskopiska metoden för att studera materiens sammansättning. Efter att användningen av spektralanalys ledde till upptäckten av cesium 1860, fortsatte forskarna sin forskning, och redan nästa år, när de studerade spektrumet av mineralet lepidolite, upptäckte de två oidentifierade mörkröda linjer. Det är tack vare den karakteristiska nyansen av de starkaste spektrala linjerna, genom vilka det var möjligt att fastställa existensen av ett tidigare okänt element, som det fick sitt namn: ordet rubidus översätts från latin till "crimson, mörkröd."
År 1863 var Bunsen den första som isolerade metalliskt rubidium från mineralvatten genom att förånga en stor mängd lösning, separera kalium-, cesium- och rubidiums alter och slutligen reducera metallen med sot. Senare lyckades N. Beketov återvinna rubidium från sin hydroxid med hjälp av aluminiumpulver.
Fysisk egenskap hos elementet
Rubidium är en lättmetall, det har dendensitet 1,53 g/cm3 (vid noll temperatur). Bildar kristaller med ett kubiskt kroppscentrerat gitter. Rubidium smälter vid endast 39 °C, det vill säga vid rumstemperatur, dess konsistens är redan nära deg. Metallen kokar vid 687 °C och dess ångor är grönblå.
Rubidium är en paramagnet. När det gäller ledningsförmåga är den mer än 8 gånger överlägsen kvicksilver vid 0 ° C och är nästan lika många gånger sämre än silver. Liksom andra alkalimetaller har rubidium en mycket låg fotoelektrisk effekttröskel. För att excitera en fotoström i den räcker det med långvågiga (det vill säga lågfrekventa och bärande mindre energi) röda ljusstrålar. I detta avseende är det bara cesium som överträffar det i känslighet.
Isotopes
Rubidium har en atomvikt på 85,468. Det förekommer i naturen i form av två isotoper som skiljer sig åt i antalet neutroner i kärnan: rubidium-85 utgör den största andelen (72,2%), och i en mycket mindre mängd - 27,8% - rubidium-87. Kärnorna i deras atomer innehåller förutom 37 protoner 48 respektive 50 neutroner. Den lättare isotopen är stabil, medan rubidium-87 har en enorm halveringstid på 49 miljarder år.
För närvarande har flera dussintals radioaktiva isotoper av detta kemiska element erhållits på konstgjord väg: från ultralätt rubidium-71 till rubidium-102 överbelastat med neutroner. Halveringstiden för artificiella isotoper sträcker sig från några månader till 30 nanosekunder.
Grundläggande kemiska egenskaper
Som nämnts ovan, i en serie kemiska grundämnen, tillhör rubidium (som natrium, kalium, litium, cesium och francium) alkalimetaller. Det speciella med den elektroniska konfigurationen av deras atomer, som bestämmer de kemiska egenskaperna, är närvaron av endast en elektron på den yttre energinivån. Denna elektron lämnar lätt atomen, och metalljonen får samtidigt en energimässigt gynnsam elektronisk konfiguration av det inerta elementet framför sig i det periodiska systemet. För rubidium är detta kryptonkonfigurationen.
Rubidium har alltså, liksom andra alkalimetaller, uttalade reducerande egenskaper och ett oxidationstillstånd på +1. Alkaliska egenskaper är mer uttalade med ökande atomvikt, eftersom atomens radie också ökar, och följaktligen försvagas bindningen mellan den yttre elektronen och kärnan, vilket leder till en ökning av kemisk aktivitet. Därför är rubidium mer aktivt än litium, natrium och kalium, och cesium är i sin tur mer aktivt än rubidium.
Sammanfattning av allt ovan om rubidium, kan elementet analyseras, som i illustrationen nedan.
Föreningar bildade av rubidium
I luft oxiderar denna metall, på grund av sin exceptionella reaktivitet, våldsamt med antändning (lågan har en violett-rosa färg); under reaktionen bildas superoxid och rubidiumperoxid, som uppvisar egenskaperna hos starka oxidationsmedel:
- Rb + O2 → RbO2.
- 2Rb + O2 →Rb2O2.
Oxid bildas om tillgången av syre till reaktionen är begränsad:
- 4Rb + O2 → 2Rb2O.
Detta är ett gult ämne som reagerar med vatten, syror och sura oxider. I det första fallet bildas en av de starkaste alkalierna - rubidiumhydroxid, i resten - s alter, till exempel rubidiumsulfat Rb2SO4, varav de flesta är lösliga.
Ännu häftigare, åtföljd av en explosion (eftersom både rubidium och det frigjorda vätet antänds omedelbart), reagerar metallen med vatten, vilket bildar rubidiumhydroxid, en extremt aggressiv förening:
- 2Rb + 2H2O → 2RbOH +H2.
Rubidium är ett kemiskt grundämne som också kan reagera direkt med många icke-metaller - med fosfor, väte, kol, kisel och halogener. Rubidiumhalogenider - RbF, RbCl, RbBr, RbI - är lättlösliga i vatten och i vissa organiska lösningsmedel, såsom etanol eller myrsyra. Interaktionen mellan metall och svavel (gnidning med svavelpulver) sker explosivt och leder till bildning av sulfid.
Det finns också dåligt lösliga föreningar av rubidium, såsom perklorat RbClO4, de används i analys för att bestämma detta kemiska element.
Att vara i naturen
Rubidium är inte ett ovanligt grundämne. Den finns nästan överallt, inkluderad isammansättningen av många mineraler och stenar, och finns också i havet, i underjordiska och flodvatten. I jordskorpan når innehållet av rubidium det totala värdet av innehållet av koppar, zink och nickel. Men till skillnad från många mycket sällsynta metaller är rubidium ett extremt spårämne, dess koncentration i berget är mycket låg och det bildar inte sina egna mineraler.
I sammansättningen av mineraler följer rubidium med kalium överallt. Den högsta koncentrationen av rubidium finns i lepidoliter, mineraler som också fungerar som en källa till litium och cesium. Så rubidium finns alltid i små mängder där andra alkalimetaller finns.
Lite om användningen av rubidium
Kort beskrivning av kemi. rubidiumelementet kan kompletteras med några ord om de områden där denna metall och dess föreningar används.
Rubidium används vid tillverkning av fotoceller, i laserteknik, är en del av några speciella legeringar för raketteknik. I den kemiska industrin används rubidiums alter på grund av deras höga katalytiska aktivitet. En av de konstgjorda isotoperna, rubidium-86, används vid upptäckt av gammastrålar och dessutom inom läkemedelsindustrin för sterilisering av läkemedel.
En annan isotop, rubidium-87, används i geokronologi, där den används för att bestämma åldern på de äldsta stenarna på grund av dess mycket långa halveringstid (rubidium-strontiummetoden).
Om flera decennierMedan man en gång trodde att rubidium är ett kemiskt element vars omfattning sannolikt inte kommer att expandera, dyker nu nya möjligheter för denna metall upp, till exempel inom katalys, i högtemperaturturbinenheter, i specialoptik och inom andra områden. Så rubidium spelar och kommer att fortsätta att spela en viktig roll i modern teknik.
