Рубидий: способы получения и химические свойства
Рубидий — это щелочной металл. Белый, мягкий, весьма легкоплавкий. Чрезвычайно реакционноспособный. Сильнейший восстановитель.
Относительная молекулярная масса Mr = 85,468; относительная плотность для твердого состояния d(т) = 1,532; относительная плотность для жидкого состояния d(ж) = 1, 472; tпл = 39,3º C; tкип = 696º C.
Способ получения
1. Рубидий получают в промышленности путем разложения гидрида рубидия при температуре выше 200º С, при этом образуются рубидий и водород :
2RbH = 2Rb + H2
2. В результате электролиза жидкого гидроксида рубидия образуются рубидий, кислород и вода :
4RbOH → 4Rb + O2↑ + 2H2O
3. В результате разложения оксида рубидия при 400 — 550º С получается пероксид рубидия и рубидий:
4. Жидкий хлорид рубидия подвергают электролизу, в результате чего на выходе образуется рубидий и хлор:
2RbCl = 2Rb +Cl2↑
Качественная реакция
Качественная реакция на рубидий — окрашивание пламени солями рубидия в фиолетовый цвет .
Химические свойства
1. Рубидий — сильный восстановитель . Поэтому он реагирует почти со всеми неметаллами :
1.1. Рубидий легко реагирует с водородом при 300–350º C и повышенным давлением с образованием гидрида рубидия:
2Rb + H2 = 2RbH
1.2. Рубидий сгорает в кислороде (воздухе) с образованием надпероксида рубидия:
а если сгоранием происходит в холодной среде, то образуется оксид рубидия:
1.3. Рубидий активно реагирует при комнатной температуре с фтором, хлором, бромом и йодом . При этом образуются фторид рубидия, хлорид рубидия, бромид рубидия, йодид рубидия :
2Rb + F2 = 2RbF
2Rb + Cl2 = 2RbCl
2Rb + Br2 = 2RbBr
2Rb + I2 = 2RbI
1.4. С серой рубидий реагирует при температуре 100–130º C с образованием сульфида рубидия:
2Rb + S = Rb2S
2. Рубидий активно взаимодействует со сложными веществами:
2.1. Рубидий реагирует с водой . Взаимодействие рубидия с водой приводит к образованию гидроксида рубидия и газа водорода:
2Rb 0 + 2 H2 O = 2 Rb + OH + H2 0
2.2. Рубидий взаимодействует с кислотами . При этом образуются соль и водород.
2.2.1. Рубидий реагирует с разбавленной соляной кислотой, при этом образуются хлорид рубидия и водород :
2Rb + 2HCl = 2RbCl + H2 ↑
2.2.2. При взаимодействии с разбавленной и холодной с ерной кислотой образуется сульфат рубидия, оксид серы (IV), осадок сера и вода:
2.2.3. Реагируя с разбавленной и холодной азотной кислотой рубидий образует нитрат рубидия, газ оксид азота (II), газ оксид азота (I), газ азот и воду:
2.2.4. В результате реакции насыщенной сероводородной кислоты и рубидия в бензоле образуется осадок гидросульфид рубидия и газ водород:
2Rb + 2H2S = 2RbHS↓ + H2↑
2.3. Рубидий может взаимодействовать с основаниями:
2.3.1. Рубидий взаимодействует с гидроксидом рубидия при температуре 400º С, при этом образуется оксид рубидия и водород:
2Rb + 2RbOH = 2Rb2O + H2
2.4. Рубидий вступает в реакцию с газом аммиаком при 40-60º С. В результате данной реакции образуется амид рубидия и водород:
2.5. Рубидий может вступать в реакцию с оксидами :
2.5.1. В результате взаимодействия рубидия и оксида кремния при температуре выше 300º С образуется силикат рубидия и кремний:
Источник
Рубидий
| Рубидий | |
|---|---|
| Атомный номер | 37 |
| Внешний вид простого вещества | |
| Свойства атома | |
| Атомная масса (молярная масса) | 85,4678 а. е. м. (г/моль) |
| Радиус атома | 248 пм |
| Энергия ионизации (первый электрон) | 402,8 (4,17) кДж/моль (эВ) |
| Электронная конфигурация | [Kr] 5s 1 |
| Химические свойства | |
| Ковалентный радиус | 216 пм |
| Радиус иона | (+1e)147 пм |
| Электроотрицательность (по Полингу) | 0,82 |
| Электродный потенциал | 0 |
| Степени окисления | 1 |
| Термодинамические свойства простого вещества | |
| Плотность | 1,532 г/см³ |
| Молярная теплоёмкость | 31,1 Дж/(K·моль) |
| Теплопроводность | 58,2 Вт/(м·K) |
| Температура плавления | 312,2 K |
| Теплота плавления | 2,20 кДж/моль |
| Температура кипения | 961 K |
| Теплота испарения | 75,8 кДж/моль |
| Молярный объём | 55,9 см³/моль |
| Кристаллическая решётка простого вещества | |
| Структура решётки | кубическая объёмноцентрированая |
| Параметры решётки | 5,710 Å |
| Отношение c/a | — |
| Температура Дебая | 56 K |
| Rb | 37 |
| 85,4678 | |
| [Kr]5s 1 | |
| Рубидий | |
Рубидий — элемент главной подгруппы первой группы, пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 37. Обозначается символом Rb (лат. Rubidium). Простое вещество рубидий (CAS-номер: 7440-17-7) — мягкий щелочной металл серебристо-белого цвета.
История
В 1861 году немецкие учёные Роберт Вильгельм Бунзен и Густав Роберт Кирхгоф, изучая с помощью спектрального анализа природные алюмосиликаты, обнаружили в них новый элемент, впоследствии названный рубидием по цвету наиболее сильных линий спектра.
Происхождение названия
Название дано по цвету наиболее характерных красных линий спектра (от лат. rubidus — красный, тёмно-красный).
Получение
Большую часть добываемого рубидия получают как побочный продукт при производстве лития из лепидолита. После выделения лития в виде карбоната или гидроксида рубидий осаждают из маточных растворов в виде смеси алюморубидиевых, алюмокалиевых и алюмоцезиевых квасцов RbAl(SO4)2·12H2O, KAl(SO4)2·12H2O, CsAl(SO4)2·12H2O. Смесь разделяют многократной перекристаллизацией.
Рубидий также выделяют и из отработанного электролита, получающегося при получении магния из карналлита. Из него рубидий выделяют сорбцией на осадках ферроцианидов железа или никеля. Затем ферроцианиды прокаливают и получают карбонат рубидия с примесями калия и цезия. При получении цезия из поллуцита рубидий извлекают из маточных растворов после осаждения Cs3[Sb2Cl9]. Можно извлекать рубидий и из технологических растворов, образующихся при получении глинозёма из нефелина.
Для извлечения рубидия используют методы экстракции и ионообменной хроматографии. Соединения рубидия высокой чистоты получают с использованием полигалогенидов.
Значительную часть производимого рубидия выделяют в ходе получения лития, поэтому появление большого интереса к литию для использования его в термоядерных процессах в 1950-х привело к уведичению добычи лития, а, следовательно, и рубидия. Именно поэтому соединения рубидия стали более доступными.
Мировые ресурсы рубидия
Содержание рубидия в земной коре составляет 7,8·10 −3 %. Это примерно равно содержанию никеля, меди и цинка. По распространенности в земной коре рубидий находится примерно на 20-м месте, однако в природе он находится в рассеянном состоянии, рубидий — типичный рассеянный элемент. Собственные минералы рубидия неизвестны. Рубидий встречается вместе с другими щелочными элементами, он всегда сопутствует калию. Обнаружен в очень многих горных породах и минералах, найденных, в частности, в Северной Америке, Южной Африке и России, но его концентрация там крайне низка. Только лепидолиты содержат несколько больше рубидия, иногда 0,2 %, а изредка и до 1—3 % (в пересчете на Rb2О).
Соли рубидия растворены в воде морей, океанов и озер. Концентрация их и здесь очень невелика, в среднем порядка 100 мкг/л. В отдельных случаях содержание рубидия в воде выше: в Одесских лиманах оно оказалось равным 670 мкг/л, а в Каспийском море — 5700 мкг/л. Повышенное содержание рубидия обнаружено и в некоторых минеральных источниках Бразилии.
Из морской воды рубидий перешел в калийные соляные отложения, главным образом, в карналлиты. В страссфуртских и соликамских карналлитах содержание рубидия колеблется в пределах от 0,037 до 0,15 %. Минерал карналлит — сложное химическое соединение, образованное хлоридами калия и магния с водой; его формула KCl·MgCl2·6H2O. Рубидий дает соль аналогичного состава RbCl·MgCl2·6H2O, причём обе соли — калиевая и рубидиевая — имеют одинаковое строение и образуют непрерывный ряд твёрдых растворов, кристаллизуясь совместно. Карналлит хорошо растворим в воде, потому вскрытие минерала не составляет большого труда. Сейчас разработаны и описаны в литературе рациональные и экономичные методы извлечения рубидия из карналлита, попутно с другими элементами.
Физические свойства
Рубидий образует серебристо-белые мягкие кристаллы, имеющие на свежем срезе металлический блеск. Твёрдость по Бринеллю 0,2 МН/м² (0,02 кгс/мм²). Кристаллическая решетка Рубидия кубическая объёмно-центрированная, а=5,71 Å (при комнатной температуре). Атомный радиус 2,48 Å, радиус иона Rb + 1,49 Å. Плотность 1,525 г/см³ (0 °C), tпл 38,9 °C, tкип 703 °C. Удельная теплоемкость 335,2 Дж/(кг·К) [0,08 кал/(г·°С)], термический коэффициент линейного расширения 9,0·10 −5 град −1 (0-38 °C), модуль упругости 2,4 ГН/м² (240 кгс/мм²), удельное объёмное электрическое сопротивление 11,29·10 −6 ом·см (20 °C); рубидий парамагнитен.
Химические свойства
Щелочной металл, крайне неустойчив на воздухе (реагирует с воздухом в присутствии следов воды с воспламенением). Образует все виды солей — большей частью легкорастворимые (хлораты и перхлораты малорастворимы).
Соединения рубидия
Гидроксид рубидия RbOH — весьма агрессивное вещество к стеклу и другим конструкционным и контейнерным материалам, а расплавленный RbOH разрушает большинство металлов (даже золото и платину).
Применение
Хотя в ряде областей применения рубидий уступает цезию, этот редкий щелочной металл играет важную роль в современных технологиях. Можно отметить следующие основные области применения рубидия: катализ, электронная промышленность, специальная оптика, атомная промышленность, медицина.
Рубидий используется не только в чистом виде, но и в виде ряда сплавов и химических соединений. Рубидий имеет хорошую сырьевую базу, более благоприятную, чем для цезия. Область применения рубидия в связи с ростом его доступности расширяется.
Изотоп рубидий-86 широко используется в гамма-дефектоскопии, измерительной технике, а также при стерилизации лекарств и пищевых продуктов. Рубидий и его сплавы с цезием — это весьма перспективный теплоноситель и рабочая среда для высокотемпературных турбоагрегатов (в этой связи рубидий и цезий в последние годы приобрели важное значение, и чрезвычайная дороговизна металлов уходит на второй план по отношению к возможностям резко увеличить КПД турбоагрегатов, а значит и снизить расходы топлива и загрязнение окружающей среды). Применяемые наиболее широко в качестве теплоносителей системы на основе рубидия — это тройные сплавы:натрий-калий-рубидий, и натрий-рубидий-цезий.
В катализе рубидий используется как в органическом, так и неорганическом синтезе. Каталитическая активность рубидия используется в основном для переработки нефти на ряд важных продуктов. Ацетат рубидия, например, используется для синтеза метанола и целого ряда высших спиртов из водяного газа, что актуально в связи с подземной газификацией угля и в производстве искусственного жидкого топлива для автомобилей и реактивного топлива. Ряд сплавов рубидия с теллуром обладают более высокой чувствительностью в ультрафиолетовой области спектра, чем соединения цезия, и в связи с этим он способен в этом случае составить конкуренцию цезию как материал для фотопреобразователей. В составе специальных смазочных композиций (сплавов), рубидий применяется как высокоэффективная смазка в вакууме (ракетная и космическая техника).
Гидроксид рубидия применяется для приготовления электролита для низкотемпературных химических источников тока, а также в качестве добавки к раствору гидроксида калия для улучшения его работоспособности при низких температурах и повышения электропроводности электролита. В гидридных топливных элементах находит применение металлический рубидий.
Хлорид рубидия в сплаве с хлоридом меди находит применение для измерения высоких температур (до 400 °C).
Пары рубидия используются как рабочее тело в лазерах, в частности, в рубидиевых атомных часах.
Хлорид рубидия применяется в топливных элементах в качестве электролита, то же можно сказать и о гидроксиде рубидия, который очень эффективен как электролит в топливных элементах, использующих прямое окисление угля.
Биологическая роль
Изотопы
В природе существуют два изотопа рубидия: стабильный 85 Rb и бета-радиоактивный 87 Rb (его период полураспада равен 4,923×10 10 лет, это один из изотопов-геохронометров). Искусственным путём получены 30 радиоактивных изотопов рубидия (в диапазоне массовых чисел от 71 до 102), не считая 16 возбуждённых изомерных состояний.
Источник
