Рубидий реагирует с водой при комнатной температуре

Рубидий: способы получения и химические свойства

Рубидий — это щелочной металл. Белый, мягкий, весьма легкоплавкий. Чрезвычайно реакционноспособный. Сильнейший восстановитель.

Относительная молекулярная масса M_r = 85,468; относительная плотность для твердого состояния d(т) = 1,532; относительная плотность для жидкого состояния d(ж) = 1, 472; t_пл = 39,3º C; t_кип = 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
Мягкий, серебристо-белый металл

Название, символ, номер Рубидий / Rubidium (Rb), 37 Атомная масса
(молярная масса) 85,4678(3) а. е. м. (г/моль) Электронная конфигурация [Kr] 5s 1 Радиус атома 248 пм Ковалентный радиус 216 пм Радиус иона (+1e)147 пм Электроотрицательность 0,82 (шкала Полинга) Электродный потенциал −2,925 Степени окисления 0; +1 Энергия ионизации
(первый электрон) 402,8 (4,17) кДж/моль (эВ) Плотность (при н. у.) 1,532 г/см³ Температура плавления 39,05 °C Температура кипения 688 °C Уд. теплота плавления 2,20 кДж/моль Уд. теплота испарения 75,8 кДж/моль Молярная теплоёмкость 31,1 Дж/(K·моль) Молярный объём 55,9 см³/моль Структура решётки кубическая объёмноцентрированая Параметры решётки 5,710 Å Температура Дебая 56 K Теплопроводность (300 K) 58,2 Вт/(м·К) Номер CAS 7440-17-7

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 — мягкий легкоплавкий щелочной металл серебристо-белого цвета.

Металлический рубидий имеет сходство с металлическим калием и металлическим цезием по внешнему виду, мягкости и проводимости. Рубидий нельзя хранить на открытом воздухе, так как будет происходить сильно экзотермическая реакция, иногда даже приводящая к воспламенению металла. Рубидий является первым щелочным металлом в группе, плотность которого выше, чем у воды, поэтому он тонет, в отличие от металлов над ним в группе.

Содержание

• 1 История
  • 1.1 Обнаружение радиоактивности рубидия
• 2 Происхождение названия
• 3 Нахождение в природе
  • 3.1 Мировые ресурсы рубидия
  • 3.2 Месторождения
  • 3.3 В космосе
• 4 Получение
• 5 Физические свойства
• 6 Химические свойства
  • 6.1 Соединения рубидия
• 7 Применение
• 8 Биологическая роль
  • 8.1 Рубидий в качестве микроэлемента
  • 8.2 Метаболизм рубидия
  • 8.3 Основные проявления дефицита рубидия в организме
  • 8.4 Избыток рубидия
• 9 Меры предосторожности
• 10 Изотопы

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. Название, которое происходит от латинского слова rubidus, что означает «насыщенно красный».

Рубидий имел минимальную промышленную ценность до 1920-х годов. С тех пор наиболее важным применением рубидия являются исследования и разработки, главным образом в области химии и электроники. В 1995 году рубидий-87 был использован для получения конденсата Бозе-Эйнштейна, за который первооткрыватели Эрик Аллин Корнелл, Карл Виман и Вольфганг Кеттерле получили в 2001 году Нобелевскую премию по физике.

Обнаружение радиоактивности рубидия

Природная радиоактивность рубидия была открыта Кемпбеллом и Вудом в 1906 году с помощью ионизационного метода и подтверждена В. Стронгом в 1909 году с помощью фотоэмульсии. В 1930 году Л. В. Мысовский и Р. А. Эйхельбергер с помощью камеры Вильсона показали, что эта радиоактивность сопровождается испусканием бета-частиц. Позже было показано, что она обусловлена бета-распадом природного изотопа 87 Rb.

Происхождение названия

Название дано по цвету наиболее характерных красных линий спектра (от лат. rubidus — красный, тёмно-красный).

Нахождение в природе

Мировые ресурсы рубидия

Содержание рубидия в земной коре составляет 7,8⋅10 −3 %, что примерно равно суммарному содержанию никеля, меди и цинка. По распространённости в земной коре рубидий находится примерно на 23-м месте, примерно также распространённым как цинк, и более распространенным, чем медь. 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 0,3 %, а изредка и до 3,5 % (в пересчете на Rb₂O).

Соли рубидия растворены в воде морей, океанов и озёр. Концентрация их и здесь очень невелика, в среднем порядка 125 мкг/л, что меньше чем значение для калия — 408 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 перешёл 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 даёт 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.

Месторождения

Минералы, содержащие рубидий (лепидолит, циннвальдит, поллуцит, амазонит), находятся на территории Германии, Чехии, Словакии, Намибии, Зимбабве, Туркмении и других странах.

В космосе

Аномально высокое содержание рубидия наблюдается в объектах Торна — Житков (состоящих из красного гиганта или сверхгиганта, внутри которого находится нейтронная звезда).

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 и в аккумуляторах в 2000-x привело к увеличению добычи лития, а, следовательно, и рубидия. Именно поэтому соединения рубидия стали более доступными.

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 решётка 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), температура плавления 38,9 °C, температура кипения 703 °C.

Удельная теплоемкость 335,2 Дж/(кг·К) [0,08 кал/(г·°С)], термический коэффициент линейного расширения 9,0⋅10 −5 K −1 (при 0—38 °C), модуль упругости 2,4 ГН/м² (240 кгс/мм²), удельное объёмное электрическое сопротивление 11,29⋅10 −6 ом·см (при 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.

Соединения рубидия

Гидроксид рубидия RbOH — весьма агрессивное вещество к стеклу и другим конструкционным и контейнерным материалам, а расплавленный RbOH разрушает большинство металлов.

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 (его соединения обладают нормотимическими свойствами).

Рубидий используется не только в чистом виде, но и в виде ряда сплавов и химических соединений. Он образует амальгамы с ртутью и сплавы с золотом, железом, цезием, натрием и калием, но не литием (хотя рубидий и литий находятся в одной группе). 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.

Соединения рубидия иногда используются в фейерверках, чтобы придать им фиолетовый цвет.

Биологическая роль

Рубидий относится к элементам с недостаточно изученной биологической ролью. Обычно рубидий рассматривают совместно с цезием, поэтому их роль в организме человека изучается параллельно.

Рубидий в качестве микроэлемента

Рубидий постоянно присутствует в тканях растений и животных. В земных растениях содержится всего около 0,000064% рубидия, а в морских — ещё меньше. Однако рубидий способен накапливаться в растениях, а также в мышцах и мягких тканях актиний, ракообразных, червей, рыб и иглокожих, причём величина коэффициента накопления составляет от 8 до 26. Наибольший коэффициент накопления (2600) искусственного радиоактивного изотопа 86Rb обнаружен у ряски Lemna polyrrhiza, а среди пресноводных беспозвоночных — Galba palustris. Физиологическая роль рубидия заключается в его способности ингибировать простагландины PGE₁ и PGE₂, PGE₂-альфа и в наличии антигистаминных свойств.

Метаболизм рубидия

Обмен рубидия в организме человека ещё не до конца изучен. Ежедневно в организм человека с пищей поступает до 1,5-4,0 мг рубидия. Через 60-90 минут при пероральном поступлении рубидия в организм, его можно обнаружить в крови. Средний уровень рубидия в крови составляет 2,3-2,7 мг/л.

Основные проявления дефицита рубидия в организме

Недостаточность рубидия изучена плохо. Его содержание ниже 250 мкг/л в корме у подопытных животных может привести к сокращению продолжительности жизни, снижению аппетита, задержан роста и развития, преждевременным родам, выкидышам.

Избыток рубидия

Избыток этого микроэлемента более вреден для организма, он может вызвать опасные осложнения по той простой причине, что рубидий относится к той же категории ядовитых веществ, что и мышьяк As и серная кислота H₂SO₄. Основные проявления избытка рубидия в организме — протеинурия, локальное раздражение кожи и слизистых оболочек, головные боли, нарушение сна, учащённое сердцебиение.

Меры предосторожности

Элементарный рубидий относится к потенциально токсичным химическим веществам. Опасен в обращении. Его, как правило, хранят в ампулах из стекла пирекс в атмосфере аргона или в стальных герметичных сосудах под слоем обезвоженного масла (вазелинового, парафинового). Утилизируют рубидий обработкой остатков металла пентанолом.

Изотопы

В природе существуют два изотопа рубидия: стабильный 85 Rb (содержание в натуральной смеси: 72,2 %) и бета-радиоактивный 87 Rb (27,8 %). Период полураспада последнего равен 49,23 млрд лет (в 3 раза больше возраста Земли). Продукт распада — стабильный изотоп стронций-87. Постепенное накопление радиогенного стронция в минералах, содержащих рубидий, позволяет определять возраст этих минералов, измеряя содержание в них рубидия и стронция (см. Рубидий-стронциевый метод в геохронометрии). Благодаря радиоактивности 87 Rb природный рубидий обладает удельной активностью около 670 кБк/кг.

Искусственным путём получены 30 радиоактивных изотопов рубидия (в диапазоне массовых чисел от 71 до 102), не считая 16 возбуждённых изомерных состояний.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

1

H

He

2

Li

Be

B

C

N

O

F

Ne

3

Na

Mg

Al

Si

P

S

Cl

Ar

4

K

Ca

Sc

Ti

V

Cr

Mn

Fe

Co

Ni

Cu

Zn

Ga

Ge

As

Se

Br

Kr

5

Rb

Sr

Y

Zr

Nb

Mo

Tc

Ru

Rh

Pd

Ag

Cd

In

Sn

Sb

Te

I

Xe

6

Cs

Ba

La

Ce

Pr

Nd

Pm

Sm

Eu

Gd

Tb

Dy

Ho

Er

Tm

Yb

Lu

Hf

Ta

W

Re

Os

Ir

Pt

Au

Hg

Tl

Pb

Bi

Po

At

Rn

7

Fr

Ra

Ac

Th

Pa

U

Np

Pu

Am

Cm

Bk

Cf

Es

Fm

Md

No

Lr

Rf

Db

Sg

Bh

Hs

Mt

Ds

Rg

Cn

Nh

Fl

Mc

Lv

Ts

Og

8

Uue

Ubn

Ubu

Ubb

Ubt

Ubq

Ubp

Ubh

Ubs

Eu, Sm, Li, Cs, Rb, K, Ra, Ba, Sr, Ca, Na, Ac, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Gd, Tb, Mg, Y, Dy, Am, Ho, Er, Tm, Lu, Sc, Pu,
Th, Np, U, Hf, Be, Al, Ti, Zr, Yb, Mn, V, Nb, Pa, Cr, Zn, Ga, Fe, Cd, In, Tl, Co, Ni, Te, Mo, Sn, Pb, H₂,
W, Sb, Bi, Ge, Re, Cu, Tc, Te, Rh, Po, Hg, Ag, Pd, Os, Ir, Pt, Au

Литий
Li
Атомный номер: 3
Атомная масса: 6,941
Темп. плавления: 453,85 К
Темп. кипения: 1615 К
Плотность: 0,534 г/см³
Электроотрицательность: 0,98

Натрий
Na
Атомный номер: 11
Атомная масса: 22,98976928
Темп. плавления: 371,15 К
Темп. кипения: 1156 К
Плотность: 0,97 г/см³
Электроотрицательность: 0,96

Калий
K
Атомный номер: 19
Атомная масса: 39,0983
Темп. плавления: 336,58 К
Темп. кипения: 1032 К
Плотность: 0,86 г/см³
Электроотрицательность: 0,82

Рубидий
Rb
Атомный номер: 37
Атомная масса: 85,4678
Темп. плавления: 312,79 К
Темп. кипения: 961 К
Плотность: 1,53 г/см³
Электроотрицательность: 0,82

Цезий
Cs
Атомный номер: 55
Атомная масса: 132,9054519
Темп. плавления: 301,59 К
Темп. кипения: 944 К
Плотность: 1,93 г/см³
Электроотрицательность: 0,79

Франций
Fr
Атомный номер: 87
Атомная масса: (223)
Темп. плавления:

300 К
Темп. кипения:

950 К
Плотность: 1,87 г/см³
Электроотрицательность: 0,7

Источник