Vuonna 1861 äskettäin keksitty fysikaalinen menetelmä aineiden tutkimiseen - spektrianalyysi - osoitti jälleen voimansa ja luotettavuutensa tieteen ja teknologian suuren tulevaisuuden tae. Sen avulla löydettiin toinen aiemmin tuntematon kemiallinen alkuaine, rubidium. Sitten, kun D. I. Mendelejev löysi jaksollisen lain vuonna 1869, rubidium ja muut alkuaineet saivat paikkansa taulukossa, mikä toi järjestyksen kemian tieteeseen.
Rubidiumin lisätutkimus osoitti, että tällä alkuaineella on useita mielenkiintoisia ja arvokkaita ominaisuuksia. Käsittelemme tässä niistä tyypillisimpiä ja tärkeimpiä.
Kemiallisen alkuaineen yleiset ominaisuudet
Rubidiumin atomiluku on 37, eli sen atomeissa ytimien koostumus sisältää juuri sellaisen määrän positiivisesti varautuneita hiukkasia - protoneja. Vastaavastineutraalissa atomissa on 37 elektronia.
Elementin symboli - Rb. Periodisessa järjestelmässä rubidium luokitellaan ryhmän I elementiksi, jakso on viides (taulukon lyhyen ajanjakson versiossa se kuuluu ryhmän I pääalaryhmään ja sijaitsee kuudennella rivillä). Se on alkalimetalli, pehmeä, erittäin sulava, hopeanvalkoinen kiteinen aine.
Löytöhistoria
Kemiallisen alkuaineen rubidiumin löytämisen kunnia kuuluu kahdelle saksalaiselle tiedemiehelle - kemisti Robert Bunsenille ja fyysikko Gustav Kirchhoffille, aineen koostumuksen tutkimiseen tarkoitetun spektroskopisen menetelmän kirjoittajille. Sen jälkeen kun spektrianalyysin käyttö johti cesiumin löytämiseen vuonna 1860, tutkijat jatkoivat tutkimustaan, ja heti seuraavana vuonna mineraalilepidoliitin spektriä tutkiessaan he löysivät kaksi tunnistamatonta tummanpunaista viivaa. Se sai nimensä voimakkaimpien spektrilinjojen ominaisen sävyn ansiosta, jonka avulla oli mahdollista todeta aiemmin tuntemattoman alkuaineen olemassaolo: sana rubidus on käännetty latinasta "purinpunainen, tummanpunainen".
Vuonna 1863 Bunsen eristi ensimmäisenä metallisen rubidiumin kivennäislähdevedestä haihduttamalla suuren määrän liuosta, erottamalla kalium-, cesium- ja rubidiumsuolat ja lopuksi pelkistämällä metallin noella. Myöhemmin N. Beketov onnistui ottamaan t alteen rubidiumin hydroksidistaan alumiinijauheella.
Alkuaineen fyysinen ominaisuus
Rubidium on kevytmetalli, sillä se ontiheys 1,53 g/cm3(nollalämpötilassa). Muodostaa kiteitä, joissa on kuutiomainen vartalokeskeinen hila. Rubidium sulaa vain 39 °C:ssa, eli huoneenlämmössä sen koostumus on jo lähellä tahnamaista. Metalli kiehuu 687 °C:ssa ja sen höyryt ovat vihertävänsinisiä.
Rubidium on paramagneetti. Johtavuuden suhteen se on yli 8 kertaa parempi kuin elohopea 0 °C:ssa ja melkein yhtä monta kertaa huonompi kuin hopea. Muiden alkalimetallien tapaan rubidiumilla on erittäin alhainen valosähköinen vaikutuskynnys. Valovirran virittämiseen siinä riittävät pitkäa altoiset (eli matalataajuiset ja vähemmän energiaa kuljettavat) punaiset valonsäteet. Tässä suhteessa vain cesium ylittää sen herkkyydessään.
Isotoopit
Rubidiumin atomipaino on 85 468. Sitä esiintyy luonnossa kahden isotoopin muodossa, jotka eroavat toisistaan ytimessä olevien neutronien lukumäärän suhteen: rubidium-85 muodostaa suurimman osan (72,2 %) ja paljon pienempi määrä - 27,8% - rubidium-87. Niiden atomien ytimet sisältävät 37 protonin lisäksi 48 ja 50 neutronia. Kevyempi isotooppi on stabiili, kun taas rubidium-87:n puoliintumisaika on v altava, 49 miljardia vuotta.
Tällä hetkellä useita kymmeniä tämän kemiallisen alkuaineen radioaktiivisia isotooppeja on saatu keinotekoisesti: ultrakevyestä rubidium-71:stä neutroneilla ylikuormitettuun rubidium-102:een. Keinotekoisten isotooppien puoliintumisajat vaihtelevat muutamasta kuukaudesta 30 nanosekuntiin.
Kemialliset perusominaisuudet
Kuten edellä todettiin, rubidium (kuten natrium, kalium, litium, cesium ja francium) kuuluu alkalimetalleihin joukossa kemiallisia alkuaineita. Niiden atomien elektronisen konfiguraation erikoisuus, joka määrää kemialliset ominaisuudet, on vain yhden elektronin läsnäolo ulkoisella energiatasolla. Tämä elektroni lähtee helposti atomista, ja metalli-ioni saa samalla energeettisesti suotuisan elektronisen konfiguraation sen eteen jaksollisessa taulukossa olevalle inerttiin alkuaineelle. Rubidiumille tämä on kryptonkonfiguraatio.
Siksi rubidiumilla, kuten muillakin alkalimetalleilla, on selvät pelkistysominaisuudet ja hapetusaste +1. Alkaliset ominaisuudet korostuvat atomipainon kasvaessa, koska myös atomin säde kasvaa, ja vastaavasti ulkoisen elektronin ja ytimen välinen sidos heikkenee, mikä johtaa kemiallisen aktiivisuuden lisääntymiseen. Siksi rubidium on aktiivisempi kuin litium, natrium ja kalium, ja cesium puolestaan on aktiivisempi kuin rubidium.
Yhteenvetona rubidiumista elementti voidaan jäsentää, kuten alla olevassa kuvassa.
Rubidiumin muodostamat yhdisteet
Ilmassa tämä metalli poikkeuksellisen reaktiivisuuden vuoksi hapettuu kiivaasti syttyessään (liekillä on violetin-vaaleanpunainen väri); reaktion aikana muodostuu superoksidia ja rubidiumperoksidia, joilla on voimakkaiden hapettimien ominaisuuksia:
- Rb + O2 → RbO2.
- 2Rb + O2 →Rb2O2.
Oksidia muodostuu, jos hapen pääsy reaktioon on rajoitettu:
- 4Rb + O2 → 2Rb2O.
Tämä on keltainen aine, joka reagoi veden, happojen ja happooksidien kanssa. Ensimmäisessä tapauksessa muodostuu yksi vahvimmista emäksistä - rubidiumhydroksidi, muissa - suoloja, esimerkiksi rubidiumsulfaattia Rb2SO4, joista suurin osa on liukoisia.
Myös rajummin, räjähdyksen mukana (koska sekä rubidium että vapautunut vety syttyvät välittömästi), metalli reagoi veden kanssa, jolloin muodostuu rubidiumhydroksidia, erittäin aggressiivista yhdistettä:
- 2Rb + 2H2O → 2RbOH +H2.
Rubidium on kemiallinen alkuaine, joka voi myös reagoida suoraan monien ei-metallien kanssa – fosforin, vedyn, hiilen, piin ja halogeenien kanssa. Rubidiumhalogenidit - RbF, RbCl, RbBr, RbI - liukenevat helposti veteen ja joihinkin orgaanisiin liuottimiin, kuten etanoliin tai muurahaishappoon. Metallin vuorovaikutus rikin kanssa (hankaus rikkijauheella) tapahtuu räjähdysmäisesti ja johtaa sulfidin muodostumiseen.
On myös huonosti liukenevia rubidiumyhdisteitä, kuten perkloraatti RbClO4, niitä käytetään analytiikassa tämän kemiallisen alkuaineen määrittämiseen.
Luonnossa oleminen
Rubidium ei ole harvinainen alkuaine. Sitä löytyy melkein kaikki alta, mukaan lukienmonien mineraalien ja kivien koostumus, ja sitä on myös v altamerissä, maanalaisissa ja jokivesissä. Maankuoressa rubidiumin pitoisuus saavuttaa kuparin, sinkin ja nikkelin pitoisuuden kokonaisarvon. Toisin kuin monet paljon harvinaisemmat metallit, rubidium on kuitenkin erittäin hivenaine, sen pitoisuus kivessä on hyvin alhainen, eikä se muodosta omia mineraalejaan.
Mineraalikoostumuksessa rubidium on kaliumin mukana kaikkialla. Suurin pitoisuus rubidiumia löytyy lepidoliiteista, mineraaleista, jotka toimivat myös litiumin ja cesiumin lähteenä. Joten rubidiumia on aina pieniä määriä siellä, missä muita alkalimetalleja löytyy.
Hieman rubidiumin käytöstä
Lyhyt kuvaus kemiasta. rubidium-elementtiä voidaan täydentää muutamalla sanalla tämän metallin ja sen yhdisteiden käyttöalueista.
Rubidiumia käytetään valokennojen valmistuksessa, lasertekniikassa, se on osa eräitä rakettitekniikan erikoisseoksia. Kemianteollisuudessa rubidiumsuoloja käytetään niiden korkean katalyyttisen aktiivisuuden vuoksi. Yhtä keinotekoisista isotoopeista, rubidium-86:ta, käytetään gammasäteilyvirheiden havaitsemiseen ja lisäksi lääketeollisuudessa lääkkeiden sterilointiin.
Toista isotooppia, rubidium-87:ää, käytetään geokronologiassa, jossa sitä käytetään vanhimpien kivien iän määrittämiseen sen erittäin pitkän puoliintumisajan vuoksi (rubidium-strontium-menetelmä).
Jos useita vuosikymmeniäKun ennen uskottiin, että rubidium on kemiallinen alkuaine, jonka soveltamisala ei todennäköisesti laajene, nyt tälle metallille on ilmaantunut uusia näkymiä esimerkiksi katalyysissä, korkean lämpötilan turbiiniyksiköissä, erikoisoptiikassa ja muilla aloilla. Joten rubidiumilla on ja tulee olemaan tärkeä rooli nykyaikaisissa teknologioissa.
