У 1861 році нещодавно винайдений фізичний метод дослідження речовин – спектральний аналіз – ще раз продемонстрував свою могутність і надійність, як запорука великого майбутнього в науці і техніці. З його допомогою було відкрито вже другий невідомий раніше хімічний елемент – рубідій. Потім, з відкриттям у 1869 році Д. І. Менделєєвим періодичного закону, рубідій разом з іншими елементами зайняв своє місце в таблиці, яка внесла порядок в хімічну науку.
Подальше вивчення рубідію показало, що цей елемент володіє цілим рядом цікавих і цінних властивостей. Ми розглянемо тут найбільш характерні й важливі з них.
Загальна характеристика хімічного елемента
Рубідій має атомний номер 37, тобто в атомах його до складу ядер входить саме така кількість позитивно заряджених частинок – протонів. Відповідно нейтральний атом має 37 електронами.
Символ елемента – Rb. У періодичній системі рубідій класифікується як елемент I групи, період – п’ятий (в короткопериодном варіанті таблиці він належить до головної підгрупи I групи і розташований в шостому ряду). Є лужним металом, являє собою м’який, дуже легкоплавкое кристалічна речовина сріблясто-білого кольору.
Історія виявлення
Честь відкриття хімічного елемента рубідій належить двом німецьким вченим – хіміку Роберту Бунзену і фізику Густаву Кирхгофу, авторам спектроскопічного методу вивчення складу речовини. Після того, як у 1860 році застосування спектрального аналізу привело до відкриття цезію, вчені продовжили дослідження, і вже в наступному році при вивченні спектру мінералу лепидолита ними були виявлені дві неотождествленные лінії темно-червоного кольору. Саме завдяки характерному відтінку найбільш сильних спектральних ліній, по яких вдалося встановити існування невідомого раніше елемента, він і отримав свою назву: слово rubidus перекладається з латини як «багряний, темно-червоний».
У 1863 році Бунзен вперше виділив з води мінерального джерела металевий рубідій шляхом упарювання великої кількості розчину, розділення солей калію, цезію і рубідію і, нарешті, відновлення металу з використанням сажі. Пізніше Н. Бекетов зумів відновити рубідій з його гідроксиду з допомогою порошку алюмінію.
Фізична характеристика елемента
Рубідій – легкий метал, він має щільність 1,53 г/см3 (при нульовій температурі). Утворює кристали з кубічної об’ємно-центрованої гратами. Плавиться рубідій всього за 39 °C, тобто при кімнатній температурі його консистенція вже близька до пастоподібної. Метал кипить при 687 °C, пари його мають зеленувато-синій відтінок.
Рубідій – парамагнетик. По провідності він більш ніж у 8 разів перевершує ртуть при 0 °с і майже в стільки ж разів поступається сріблу. Подібно іншим лужним металам, рубідій відрізняє дуже низький поріг фотоефекту. Для збудження фотоструму в ньому досить вже довгохвильових (тобто низькочастотних і несуть меншу енергію) червоних світлових променів. В цьому відношенні по чутливості перевершує його лише цезій.
Ізотопи
Рубідій має атомний вага 85,468. У природі зустрічається у вигляді двох ізотопів, що розрізняються кількістю нейтронів в ядрі: рубідій-85 становить найбільшу частку (72,2%), і в значно меншій кількості – 27,8% – рубідій-87. Ядра їх атомів, крім 37 протонів, містять відповідно по 48 і 50 нейтронів. Більш легкий ізотоп стабільний, а рубідій-87 має величезний за тривалістю період напіврозпаду – 49 мільярдів років.
В даний час штучним шляхом отримано кілька десятків радіоактивних ізотопів цього хімічного елемента: від надлегкого рубідію-71 до перевантаженого нейтронами рубідію-102. Періоди напіврозпаду штучних ізотопів варіюють від декількох місяців до 30 наносекунд.
Основні хімічні властивості
Як було зазначено вище, у ряді хімічних елементів рубідій (як натрій, калій, літій, цезій і францій) належить до лужних металів. Особливість електронної конфігурації їх атомів, що визначає хімічні властивості – це наявність тільки одного електрона на зовнішньому енергетичному рівні. Цей електрон легко залишає атом, а іон металу при цьому набуває енергетично вигідну електронну конфігурацію, який стояв перед ним в таблиці Менделєєва інертного елемента. Для рубідію це – конфігурація криптону.
Таким чином, рубідій, як і інші лужні метали, має яскраво виражені відновлювальні властивості та ступінь окислення +1. Лужні властивості сильніше проявляються зі збільшенням атомної ваги, оскільки при цьому зростає і радіус атома, і, відповідно, послаблюється зв’язок зовнішнього електрона з ядром, що зумовлює підвищення хімічної активності. Тому рубідій активніше літію, натрію та калію, а цезій, у свою чергу, активніше рубідію.
Підсумовуючи все вищесказане про рубидии, розбір елемента можна зробити, як на ілюстрації, представленої нижче.
Сполуки, утворені рубідій
На повітрі цей метал силу своєї виняткової реакційної активності окислюється бурхливо, із запалюванням (полум’я має фіолетово-рожевий колір); в ході реакції утворюються надпероксід і пероксид рубідію, що проявляють властивості сильних окислювачів:
- Rb + O2 → RbO2.
- 2Rb + O2 → Rb2O2.
Оксид утворюється в тому випадку, якщо доступ кисню до реакції обмежений:
- 4Rb + O2 → 2Rb2O.
Це речовина жовтого кольору, що реагує з водою, кислотами і кислотними оксидами. У першому випадку утворюється одна з найбільш сильних лугів – гідроксид рубідію, в інших – солі, наприклад, сульфат рубідію Rb2SO4, більшість яких розчиняються.
Ще більш бурхливо, супроводжуючись вибухом (так як миттєво спалахують і рубідій, і звільняється з неї водень), протікає реакція металу з водою, в якій утворюється гідроксид рубідію, надзвичайно агресивний з’єднання:
- 2Rb + 2H2O → 2RbOH +H2.
Рубідій – хімічний елемент, здатний також безпосередньо реагувати з багатьма неметалами – з фосфором, воднем, вуглецем, кремнієм, з галогенами. Галогеніди рубідію – RbF, RbCl, RbBr, RbI – добре розчинні у воді та деяких органічних розчинниках, наприклад, в етанолі або мурашиної кислоти. Взаємодія металу з сіркою (розтирання з сірчаним порошком) відбувається вибухоподібно і призводить до утворення сульфіду.
Існують і малорозчинні сполуки рубідію, такі як перхлорат RbClO4, вони знаходять застосування в аналітиці для визначення цього хімічного елемента.
Знаходження в природі
Рубідій – елемент, що не належить до рідкісних. Зустрічається він практично скрізь, входить до складу багатьох мінералів і гірських порід, а також міститься в океані, в підземних і річкових водах. В земній корі вміст рубідію досягає сумарного значення змісту міді, цинку і нікелю. Однак, на відміну від багатьох набагато більш рідкісних металів, рубідій – надзвичайно розсіяний елемент, його концентрація в породі дуже низька, і він не утворює власних мінералів.
У складі корисних копалин рубідій всюди супроводжує калію. Найбільшою концентрацією рубідію відрізняються лепидолиты – мінерали, які слугують також джерелом літію і цезію. Так що рубідій в невеликих кількостях завжди присутня там, де виявляються інші лужні метали.
Трохи про застосування рубідію
Коротку характеристику хім. елемента рубідію можна доповнити кількома словами про те, в яких галузях використовується цей метал та його сполуки.
Рубідій знаходить застосування у виробництві фотоелементів, в лазерній техніці, входить до складу деяких спеціальних сплавів для ракетної техніки. У хімічній промисловості солі рубідію використовуються завдяки високої каталітичної активності. Один із штучних ізотопів, рубідій-86, застосовується в гамма-дефектоскопії і, крім того, у фармацевтичній промисловості для стерилізації лікарських препаратів.
Ще один ізотоп, рубідій-87, використовують в геохронології, де він служить для визначення віку найдавніших гірських порід завдяки дуже великим періодом напіврозпаду (рубідій-стронцієвий метод).
Якщо кілька десятків років тому вважалося, що рубідій – хімічний елемент, область застосування якого навряд чи буде розширюватися, то в даний час для цього металу з’являються все нові перспективи, наприклад, в каталізі, у високотемпературних турбоагрегатах, спеціальної оптики і в інших сферах. Так що в сучасних технологіях рубідій грає і буде продовжувати відігравати важливу роль.
