W 1861 r. wynaleziona niedawno fizyczna metoda badania substancji - analiza spektralna - po raz kolejny wykazała swoją moc i niezawodność, jako gwarancję wspaniałej przyszłości w nauce i technologii. Z jego pomocą odkryto drugi wcześniej nieznany pierwiastek chemiczny, rubid. Następnie, wraz z odkryciem prawa okresowego w 1869 roku przez D. I. Mendelejewa, rubid wraz z innymi pierwiastkami zajął jego miejsce w tabeli, co zaprowadziło porządek w nauce chemicznej.
Dalsze badania rubidu wykazały, że pierwiastek ten posiada szereg interesujących i cennych właściwości. Rozważymy tutaj najbardziej charakterystyczne i najważniejsze z nich.
Ogólna charakterystyka pierwiastka chemicznego
Rubidium ma liczbę atomową 37, czyli w jego atomach skład jąder zawiera właśnie taką liczbę dodatnio naładowanych cząstek - protonów. Odpowiednioneutralny atom ma 37 elektronów.
Symbol elementu - Rb. W układzie okresowym rubid zaliczany jest do pierwiastka grupy I, okres jest piąty (w krótkookresowej wersji tabeli należy do głównej podgrupy grupy I i znajduje się w szóstym rzędzie). Jest to metal alkaliczny, jest miękką, bardzo topliwą, srebrno-białą krystaliczną substancją.
Historia odkryć
Zaszczyt odkrycia pierwiastka chemicznego rubid należy do dwóch niemieckich naukowców - chemika Roberta Bunsena i fizyka Gustava Kirchhoffa, autorów metody spektroskopowej badania składu materii. Po tym, jak zastosowanie analizy spektralnej doprowadziło do odkrycia cezu w 1860 roku, naukowcy kontynuowali badania, a już w następnym roku, badając widmo minerału lepidolit, odkryli dwie niezidentyfikowane ciemnoczerwone linie. To dzięki charakterystycznemu odcieniowi najsilniejszych linii widmowych, dzięki któremu można było ustalić istnienie nieznanego wcześniej pierwiastka, otrzymał on swoją nazwę: słowo rubidus jest tłumaczone z łaciny jako „karmazyn, ciemnoczerwony”.
W 1863 r. Bunsen jako pierwszy wyizolował metaliczny rubid z mineralnej wody źródlanej poprzez odparowanie dużej ilości roztworu, oddzielenie soli potasu, cezu i rubidu, a na koniec redukcję metalu za pomocą sadzy. Później N. Beketov zdołał odzyskać rubid z jego wodorotlenku za pomocą proszku aluminiowego.
Charakterystyka fizyczna elementu
Rubidium jest metalem lekkim, magęstość 1,53 g/cm3 (w temperaturze zerowej). Tworzy kryształy z sześcienną siatką skupioną wokół ciała. Rubid topi się już w 39°C, to znaczy w temperaturze pokojowej, jego konsystencja jest już zbliżona do pasty. Metal wrze w temperaturze 687 °C, a jego opary są zielonkawo-niebieskie.
Rubidium to paramagnetyk. Pod względem przewodnictwa jest ponad 8 razy lepszy od rtęci w temperaturze 0 ° C i prawie tyle samo razy gorszy od srebra. Podobnie jak inne metale alkaliczne, rubid ma bardzo niski próg efektu fotoelektrycznego. Aby wzbudzić w nim fotoprąd, wystarczą promienie czerwonego światła o dużej długości fali (to znaczy o niskiej częstotliwości i przenoszącej mniej energii). Pod tym względem tylko cez przewyższa go czułością.
Izotopy
Rubid ma masę atomową 85 468. W naturze występuje w postaci dwóch izotopów różniących się liczbą neutronów w jądrze: rubid-85 stanowi największą część (72,2%) oraz znacznie mniejsza ilość - 27,8% - rubid-87. Jądra ich atomów, oprócz 37 protonów, zawierają odpowiednio 48 i 50 neutronów. Lżejszy izotop jest stabilny, natomiast rubid-87 ma ogromny okres półtrwania wynoszący 49 miliardów lat.
W chwili obecnej uzyskano sztucznie kilkadziesiąt radioaktywnych izotopów tego pierwiastka chemicznego: od ultralekkiego rubidu-71 do rubidu-102 przeładowanego neutronami. Okresy półtrwania sztucznych izotopów wahają się od kilku miesięcy do 30 nanosekund.
Podstawowe właściwości chemiczne
Jak wspomniano powyżej, w szeregu pierwiastków chemicznych rubid (takie jak sód, potas, lit, cez i frans) należy do metali alkalicznych. Osobliwością konfiguracji elektronowej ich atomów, która determinuje właściwości chemiczne, jest obecność tylko jednego elektronu na zewnętrznym poziomie energii. Elektron ten z łatwością opuszcza atom, a jon metalu w tym samym czasie uzyskuje energetycznie korzystną konfigurację elektronową pierwiastka obojętnego znajdującego się przed nim w układzie okresowym. Dla rubidu jest to konfiguracja kryptonu.
Tak więc rubid, podobnie jak inne metale alkaliczne, ma wyraźne właściwości redukujące i stopień utlenienia +1. Właściwości alkaliczne są bardziej wyraźne wraz ze wzrostem masy atomowej, ponieważ promień atomu również wzrasta, a zatem wiązanie między zewnętrznym elektronem a jądrem jest osłabione, co prowadzi do wzrostu aktywności chemicznej. Dlatego rubid jest bardziej aktywny niż lit, sód i potas, a cez z kolei jest bardziej aktywny niż rubid.
Podsumowując wszystkie powyższe informacje dotyczące rubidu, pierwiastek można przeanalizować, jak na poniższej ilustracji.
Związki utworzone przez rubid
W powietrzu metal ten, ze względu na swoją wyjątkową reaktywność, gwałtownie utlenia się z zapłonem (płomień ma fioletowo-różowy kolor); podczas reakcji powstaje ponadtlenek i nadtlenek rubidu, wykazujące właściwości silnych środków utleniających:
- Rb + O2 → RbO2.
- 2Rb + O2 →Rb2O2.
Tlenek powstaje, gdy dostęp tlenu do reakcji jest ograniczony:
- 4Rb + O2 → 2Rb2O.
Jest to żółta substancja, która reaguje z wodą, kwasami i tlenkami kwasowymi. W pierwszym przypadku powstaje jedna z najsilniejszych zasad - wodorotlenek rubidu, w pozostałych - sole, na przykład siarczan rubidu Rb2SO4, z których większość jest rozpuszczalna.
Jeszcze gwałtowniej, czemu towarzyszy eksplozja (ponieważ zarówno rubid, jak i uwolniony wodór natychmiast ulegają zapłonowi), metal reaguje z wodą, tworząc wodorotlenek rubidu, niezwykle agresywny związek:
- 2Rb + 2H2O → 2RbOH +H2.
Rubid to pierwiastek chemiczny, który może również bezpośrednio reagować z wieloma niemetalami - z fosforem, wodorem, węglem, krzemem i halogenami. Halogenki rubidu - RbF, RbCl, RbBr, RbI - są łatwo rozpuszczalne w wodzie i niektórych rozpuszczalnikach organicznych, takich jak etanol lub kwas mrówkowy. Oddziaływanie metalu z siarką (pocieranie proszkiem siarki) następuje wybuchowo i prowadzi do powstania siarczku.
Istnieją również słabo rozpuszczalne związki rubidu, takie jak nadchloran RbClO4, są one używane w analityce do oznaczania tego pierwiastka chemicznego.
Przebywanie na łonie natury
Rubidium nie jest rzadkim pierwiastkiem. Występuje prawie wszędzie, wliczając w toskład wielu minerałów i skał, a także występuje w oceanach, wodach podziemnych i rzecznych. W skorupie ziemskiej zawartość rubidu osiąga sumaryczną wartość zawartości miedzi, cynku i niklu. Jednak w przeciwieństwie do wielu znacznie rzadszych metali rubid jest niezwykle pierwiastkiem śladowym, jego stężenie w skale jest bardzo niskie i nie tworzy własnych minerałów.
W składzie minerałów rubid wszędzie towarzyszy potasowi. Najwyższe stężenie rubidu znajduje się w lepidolitach, minerałach, które służą również jako źródło litu i cezu. Tak więc rubid jest zawsze obecny w niewielkich ilościach tam, gdzie znajdują się inne metale alkaliczne.
Trochę o stosowaniu rubidu
Krótki opis chemii. pierwiastek rubidowy można uzupełnić kilkoma słowami o obszarach, w których ten metal i jego związki są wykorzystywane.
Rubidium jest używane do produkcji fotokomórek, w technologii laserowej, jest częścią niektórych specjalnych stopów do technologii rakietowej. W przemyśle chemicznym stosuje się sole rubidu ze względu na ich wysoką aktywność katalityczną. Jeden ze sztucznych izotopów, rubid-86, jest stosowany w wykrywaniu wad promieniami gamma, a ponadto w przemyśle farmaceutycznym do sterylizacji leków.
Inny izotop, rubid-87, jest używany w geochronologii, gdzie jest używany do określania wieku najstarszych skał ze względu na jego bardzo długi okres półtrwania (metoda rubidowo-strontowa).
Jeśli kilkadziesiąt latPodczas gdy kiedyś uważano, że rubid jest pierwiastkiem chemicznym, którego zakres raczej się nie rozszerzy, teraz pojawiają się nowe perspektywy dla tego metalu, na przykład w katalizie, w wysokotemperaturowych zespołach turbin, w specjalnej optyce i w innych dziedzinach. Tak więc rubid odgrywa i nadal będzie odgrywać ważną rolę w nowoczesnych technologiach.
