Rubidium | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
← Krypton | Strontium → | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||
Udseende af et simpelt stof | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
rubidium prøve | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atom egenskaber | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
Navn, symbol, nummer | Rubidium / Rubidium (Rb), 37 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
Gruppe , punktum , blok |
1 (forældet 1), 5, s-element |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atommasse ( molær masse ) |
85.4678(3) [1] a. e. m. ( g / mol ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektronisk konfiguration | [Kr] 5s 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atomradius | 248 kl | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kemiske egenskaber | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
kovalent radius | 216 kl | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ion radius | (+1e)147 kl | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektronegativitet | 0,82 (Pauling-skala) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektrodepotentiale | −2,925 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
Oxidationstilstande | -1, 0, +1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ioniseringsenergi (første elektron) |
402,8 (4,17) kJ / mol ( eV ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
Termodynamiske egenskaber af et simpelt stof | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
Tæthed ( i.a. ) | 1,532 g/cm³ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
Smeltetemperatur | 39,05°C | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kogetemperatur | 688°C | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
Oud. fusionsvarme | 2,20 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
Oud. fordampningsvarme | 75,8 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
Molær varmekapacitet | 31,1 [2] J/(K mol) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
Molært volumen | 55,9 cm³ / mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
Krystalgitteret af et simpelt stof | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
Gitterstruktur | Kubisk krop centreret | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
Gitterparametre | 5.710 Å | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
Debye temperatur | [3 ] 56K | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
Andre egenskaber | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
Varmeledningsevne | (300 K) 58,2 W/(m K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
CAS nummer | 7440-17-7 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
Emissionsspektrum | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
længst levede isotoper | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
37 | Rubidium |
Rb85,4678 | |
[Kr]5s 1 |
Rubidium ( kemisk symbol - Rb , fra lat. Rubidium ) - et kemisk element af 1. gruppe (ifølge den forældede klassificering - hovedundergruppen af den første gruppe, IA), den femte periode af det periodiske system af kemiske elementer af D. I. Mendeleev , med atomnummer 37.
Det simple stof rubidium er et blødt, smeltbart , sølvhvidt alkalimetal [ 4] .
Rubidium metal ligner kalium og cæsium i udseende, blødhed og ledningsevne [5] . Rubidium bør ikke opbevares i det fri, da der vil opstå en reaktion med frigivelse af en stor mængde varme, som nogle gange endda fører til antændelse af metallet [6] . Rubidium er det første alkalimetal i gruppen, der har en densitet, der er højere end vands, så det synker, i modsætning til metallerne over det i gruppen.
I 1861 opdagede de tyske videnskabsmænd Robert Wilhelm Bunsen og Gustav Robert Kirchhoff , der studerede naturlige aluminiumsilikater ved hjælp af spektralanalyse , et nyt grundstof i dem, senere kaldet rubidium af farven på de stærkeste linjer i spektret. Navnet, som kommer af det latinske ord rubidus , som betyder "dybrød" [7] [8] .
Rubidium havde minimal industriel værdi indtil 1920'erne [9] . Siden da har den vigtigste anvendelse af rubidium været forskning og udvikling, hovedsageligt inden for kemi og elektronik. I 1995 blev rubidium-87 brugt til at fremstille et Bose-Einstein-kondensat [10] , for hvilket opdagerne Eric Allin Cornell , Carl Wiemann og Wolfgang Ketterle modtog Nobelprisen i fysik i 2001 [11] .
Rubidiums naturlige radioaktivitet blev opdaget af Campbell og Wood i 1906 ved hjælp af ioniseringsmetoden [12] og bekræftet af W. Strong i 1909 ved hjælp af fotografisk emulsion [13] . I 1930 viste L. V. Mysovsky og R. A. Eichelberger ved hjælp af et skykammer, at denne radioaktivitet ledsages af emission af beta-partikler [14] . Det blev senere vist at skyldes beta-henfaldet af den naturlige isotop 87Rb .
Navnet er givet af farven på de mest karakteristiske røde linjer i spektret (fra latin rubidus - rød, mørkerød).
Indholdet af rubidium i jordskorpen er 7,8⋅10 −3 %, hvilket er omtrent lig med det samlede indhold af nikkel , kobber og zink . Med hensyn til udbredelse i jordskorpen er rubidium cirka på 23. pladsen, cirka lige så almindeligt som zink og mere almindeligt end kobber [15] . Men i naturen er det i en dispergeret tilstand, rubidium er et typisk dispergeret grundstof . Rubidiums egne mineraler er ukendte. Rubidium findes sammen med andre alkaliske grundstoffer , det ledsager altid kalium . Den findes i en lang række klipper og mineraler, der findes i blandt andet Nordamerika, Sydafrika og Rusland, men dens koncentration er ekstremt lav. Kun lepidolitter indeholder lidt mere rubidium, nogle gange 0,3 %, og lejlighedsvis op til 3,5 % (i form af Rb 2 O ) [16] .
Rubidiumsalte er opløst i vandet i havene, oceanerne og søerne. Deres koncentration her er også meget lav, i gennemsnit omkring 125 µg/l, hvilket er mindre end værdien for kalium - 408 µg/l [17] . I nogle tilfælde er indholdet af rubidium i vand højere: i Odessa-flodmundingerne viste det sig at være 670 μg/l, og i Det Kaspiske Hav - 5700 μg/l. Et øget indhold af rubidium blev også fundet i nogle mineralkilder i Brasilien.
Fra havvand gik rubidium ind i kaliumsaltaflejringer, hovedsageligt til karnallitter . I Strassfurt og Solikamsk karnallitter varierer indholdet af rubidium fra 0,037 til 0,15%. Mineralet carnallite er en kompleks kemisk forbindelse dannet af kalium- og magnesiumchlorider med vand; dens formel er KCl MgCl 2 6H 2 O. Rubidium giver et salt med en lignende sammensætning RbCl MgCl 2 6H 2 O, og begge salte - kalium og rubidium - har samme struktur og danner en kontinuerlig række af faste opløsninger , der krystalliserer sammen. Carnallite er meget opløseligt i vand, så det er ikke svært at åbne mineralet. Rationelle og økonomiske metoder til udvinding af rubidium fra carnallit, sammen med andre grundstoffer, er nu blevet udviklet og beskrevet i litteraturen.
Mineraler indeholdende rubidium ( lepidolite , zinnwaldite , pollucite , amazonit ) findes i Tyskland , Tjekkiet , Slovakiet , Namibia , Zimbabwe , Turkmenistan og andre lande [18] .
Unormalt højt rubidiumindhold observeres i Thorn-Zhitkow-objekter (bestående af en rød kæmpe eller supergigant med en neutronstjerne indeni ) [19] .
Den komplette elektroniske konfiguration af rubidium er: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 5s 1 .
Rubidium danner sølvhvide bløde krystaller , der har en metallisk glans på et friskt snit. Brinell hårdhed 0,2 MN / m 2 (0,02 kgf / mm 2 ).
Krystalgitteret af rubidium er kropscentreret kubisk, a = 5,71 Å (ved stuetemperatur).
Atomradius 2,48 Å, ionradius Rb + 1,49 Å.
Massefylde 1,525 g / cm 3 (0 ° C), smeltepunkt 38,9 ° C, kogepunkt 703 ° C.
Specifik varme 335,2 J/(kg K) [0,08 cal/(g °C)], termisk lineær udvidelseskoefficient 9,0⋅10 −5 K −1 (ved 0—38 °C), modulelasticitet 2,4 GN/m² (240 kgf/mm²), volumen elektrisk resistivitet 11,29⋅10 −6 ohm cm (ved 20 °C); rubidium er paramagnetisk .
Alkalimetal , ekstremt ustabilt i luft (reagerer med luft i nærvær af spor af vand, brandfarlig). Danner alle slags salte - for det meste letopløselige.
Rubidiumhydroxid RbOH er stærkt ætsende over for glas og andre struktur- og beholdermaterialer, mens smeltet RbOH ødelægger de fleste metaller.
Det meste af det udvundne rubidium opnås som et biprodukt fra produktionen af lithium fra lepidolite . Efter isolering af lithium i form af carbonat eller hydroxid udfældes rubidium fra moderluden i form af en blanding af aluminiumrubidium, aluminiumkalium og aluminiumcæsiumalun RbAl (SO 4 ) 2 12H 2 O, KAl(SO 4 )2 12H20 , CsAl(SO4 ) 2 · 12H20 . Blandingen adskilles ved gentagen omkrystallisation.
Rubidium er også isoleret fra den brugte elektrolyt, som er et resultat af produktionen af magnesium fra carnallit . Rubidium isoleres fra det ved sorption ved udfældning af jern- eller nikkelferrocyanider . Derefter kalcineres ferrocyaniderne, og der opnås rubidiumcarbonat med kalium- og cæsiumurenheder. Ved opnåelse af cæsium fra pollucite udvindes rubidium fra moderluden efter udfældning af Cs 3 [Sb 2 Cl 9 ]. Rubidium kan også udvindes fra teknologiske løsninger dannet under produktionen af aluminiumoxid fra nefelin .
For at ekstrahere rubidium anvendes ekstraktionsmetoder og ionbytterkromatografi. Rubidiumforbindelser med høj renhed opnås ved anvendelse af polyhalogenider.
En væsentlig del af det producerede rubidium udledes under produktionen af lithium, så fremkomsten af stor interesse for lithium til brug i termonukleare processer i 1950'erne og i batterier i 2000'erne førte til en stigning i produktionen af lithium, og som følge heraf rubidium. Derfor er rubidiumforbindelser blevet mere tilgængelige.
Selvom rubidium er ringere end cæsium i en række anvendelser , spiller dette sjældne alkalimetal en vigtig rolle i moderne teknologi. Følgende hovedanvendelser af rubidium kan bemærkes: katalyse , elektronisk industri, speciel optik, nuklear industri, medicin (dets forbindelser har normothymiske [20] egenskaber).
Rubidium bruges ikke kun i sin rene form, men også i form af en række legeringer og kemiske forbindelser. Det danner amalgamer med kviksølv og legeringer med guld, jern, cæsium, natrium og kalium, men ikke lithium (selvom rubidium og lithium er i samme gruppe) [21] . Rubidium har en god råvarebase, mere gunstig end for cæsium. Omfanget af rubidium i forbindelse med væksten i dets tilgængelighed udvides.
Rubidium-86 isotopen er meget udbredt i gammastråledetektering, måleteknologi og også til sterilisering af medicin og fødevarer. Rubidium og dets legeringer med cæsium er et meget lovende kølemiddel og arbejdsmedium til højtemperatur-turbineenheder (i denne henseende er rubidium og cæsium blevet vigtige i de senere år, og de ekstremt høje omkostninger ved metaller går af vejen ift. muligheder for dramatisk at øge effektiviteten af turbineenheder, hvilket betyder , og reducere brændstofforbrug og miljøforurening). Rubidium-baserede systemer, der er mest udbredt som kølemidler, er ternære legeringer: natrium - kalium -rubidium og natrium-rubidium- cæsium .
I katalyse bruges rubidium i både organisk og uorganisk syntese. Rubidiums katalytiske aktivitet bruges hovedsageligt til olieraffinering til en række vigtige produkter. Rubidiumacetat bruges for eksempel til at syntetisere methanol og en række højere alkoholer fra vandgas, hvilket er relevant i forbindelse med underjordisk kulforgasning og i produktionen af kunstigt flydende brændstof til biler og jetbrændstof. En række legeringer af rubidium med tellur har en højere følsomhed i det ultraviolette område af spektret end cæsiumforbindelser, og i denne henseende er det i dette tilfælde i stand til at konkurrere med cæsium som materiale til fotokonvertere. Som en del af specielle smøresammensætninger (legeringer) anvendes rubidium som et yderst effektivt smøremiddel i vakuum (raket- og rumteknologi).
Rubidiumhydroxid bruges til at fremstille en elektrolyt til kemiske strømkilder ved lav temperatur samt et tilsætningsstof til kaliumhydroxidopløsning for at forbedre dens ydeevne ved lave temperaturer og øge elektrolyttens elektriske ledningsevne . Metallisk rubidium bruges i hydridbrændselsceller.
Rubidiumchlorid i en legering med kobberchlorid bruges til at måle høje temperaturer (op til 400 °C ).
Rubidiumdamp bruges som arbejdsvæske i lasere , især i rubidium atomure .
Rubidiumchlorid bruges som elektrolyt i brændselsceller , og det samme kan siges om rubidiumhydroxid, der er meget effektivt som elektrolyt i brændselsceller ved hjælp af direkte kuloxidation.
Rubidiumforbindelser bruges nogle gange i fyrværkeri for at give dem en lilla farve [22] .
Rubidium er et af grundstofferne med en utilstrækkeligt undersøgt biologisk rolle. Det tilhører mikronæringsstoffer . Normalt betragtes rubidium sammen med cæsium , så deres rolle i den menneskelige krop studeres parallelt.
Rubidium er konstant til stede i væv hos planter og dyr. Landplanter indeholder kun omkring 0,000064% rubidium, mens marine planter indeholder endnu mindre. Rubidium er dog i stand til at akkumulere i planter, såvel som i muskler og blødt væv hos søanemoner, krebsdyr, orme, fisk og pighuder, og værdien af akkumuleringskoefficienten er fra 8 til 26. Den højeste akkumuleringskoefficient (2600) ) af den kunstige radioaktive isotop 86Rb blev fundet i andemad Lemna polyrrhiza og blandt hvirvelløse ferskvandsdyr, Galba palustris . Rubidiums fysiologiske rolle ligger i dets evne til at hæmme prostaglandinerne PGE 1 og PGE 2 , PGE 2 -alfa og i nærvær af antihistaminegenskaber.
Udvekslingen af rubidium i den menneskelige krop er endnu ikke fuldt ud forstået. Hver dag kommer op til 1,5-4,0 mg rubidium ind i menneskekroppen med mad. Efter 60-90 minutters oral indtagelse af rubidium i kroppen, kan det påvises i blodet . Det gennemsnitlige niveau af rubidium i blodet er 2,3-2,7 mg/l.
Rubidium mangel er dårligt forstået. Dens indhold under 250 μg/l i foderet til forsøgsdyr kan føre til en reduktion i forventet levetid, tab af appetit, vækst- og udviklingsforsinkelser, for tidlige fødsler, spontane aborter.
Rubidiumioner, når de kommer ind i den menneskelige krop, ophobes i celler, da kroppen behandler dem på samme måde som kaliumioner [23] . Rubidium har dog lav toksicitet, en menneskelig krop, der vejer 70 kg, indeholder 0,36 gram rubidium, og selv med en stigning i dette tal med 50-100 gange observeres ingen negative effekter [24] .
Elementært rubidium er farligt at håndtere. Det opbevares normalt i pyrex-glasampuller i en argonatmosfære eller i forseglede stålbeholdere under et lag af dehydreret olie (vaseline, paraffin). Rubidium bortskaffes ved at behandle det resterende metal med pentanol .
I naturen er der to isotoper af rubidium [25] : stabil 85 Rb (indhold i en naturlig blanding: 72,2%) og beta-radioaktiv 87 Rb (27,8%). Halveringstiden for sidstnævnte er 49,23 milliarder år (næsten 11 gange Jordens alder ) [26] . Henfaldsproduktet er en stabil isotop af strontium-87. Den gradvise ophobning af radiogent strontium i mineraler indeholdende rubidium gør det muligt at bestemme alderen af disse mineraler ved at måle deres rubidium- og strontiumindhold (se rubidium -strontiummetoden i geokronometri ). På grund af radioaktiviteten af 87 Rb har naturligt rubidium en specifik aktivitet på omkring 670 kBq /kg.
30 radioaktive isotoper af rubidium blev kunstigt opnået (i intervallet af massetal fra 71 til 102), ikke medregnet 16 exciterede isomere tilstande .
Periodisk system af kemiske elementer af D. I. Mendeleev | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Elektrokemisk aktivitet serie af metaller | |
---|---|
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 , |
alkalimetaller | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
|
![]() |
|
---|---|
I bibliografiske kataloger |
|