Рубідій

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 (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
 Рубідій у Вікісховищі

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

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

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
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
  • 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, 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

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
  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. Rubidium(англ.)
  6. Rubidium(англ.)
  7. Rubidium Market – Growth, Trends, and Forecast (2020 – 2025)(англ.)
  8. 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. Рубидий: от атомных часов до квантовых мозгов(рос.)
  16. 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

Література
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.