Rubidium

Rubidium
←  Krypton | Strontium  →
37 K ↑ Rb ↓ Cs 37Rb _
Utseendet av en enkel substans
rubidiumprov
Atomegenskaper
Namn, symbol, nummer	Rubidium/Rubidium (Rb), 37
Grupp , punkt , block	1 (föråldrad 1), 5, s-element
Atommassa ( molmassa )	85.4678(3) [1]  a. e. m.  ( g / mol )
Elektronisk konfiguration	[Kr] 5s 1
Atomradie	248 pm
Kemiska egenskaper
kovalent radie	216  pm
Jonradie	(+1e)147  pm
Elektronnegativitet	0,82 (Pauling-skala)
Elektrodpotential	−2,925
Oxidationstillstånd	-1, 0, +1
Joniseringsenergi (första elektron)	402,8 (4,17)  kJ / mol  ( eV )
Termodynamiska egenskaper hos ett enkelt ämne
Densitet (vid ej )	1,532 g/cm³
Smält temperatur	39,05°C
Koktemperatur	688°C
Oud. fusionsvärme	2,20 kJ/mol
Oud. avdunstningsvärme	75,8 kJ/mol
Molär värmekapacitet	31,1 [2]  J/(K mol)
Molar volym	55,9  cm³ / mol
Kristallgittret av en enkel substans
Gallerstruktur	Kubisk kropp centrerad
Gitterparametrar	5.710  Å
Debye temperatur	[3 ] 56K
Andra egenskaper
Värmeledningsförmåga	(300 K) 58,2 W/(m K)
CAS-nummer	7440-17-7
Emissionsspektrum
längst levande isotoper
Isotop Prevalens _ Halva livet Decay kanal Förfallande produkt 83Rb _ synth. 86,2 dagar EZ 83 kr 84Rb _ synth. 32,9 dagar EZ 84 kr β + 84 kr β − 84Sr _ 85Rb _ 72,17 % stabil - - 86Rb _ synth. 18,7 dagar β − 86Sr _ 87Rb _ 27,83 % 4,88⋅10 10  år β − 87Sr _

Rubidium ( kemisk symbol  - Rb , från lat.  Rubidium ) - ett kemiskt element i den 1: a gruppen (enligt den föråldrade klassificeringen  - huvudundergruppen i den första gruppen, IA), den femte perioden av det periodiska systemet av kemiska element av D. I. Mendelejev , med atomnummer 37.

Det enkla ämnet rubidium  är en mjuk, smältbar , silvervit alkalimetall [ 4] .

Rubidiummetall liknar kalium och cesium i utseende, mjukhet och ledningsförmåga [5] . Rubidium bör inte förvaras i det fria, eftersom en reaktion kommer att uppstå med frigöring av en stor mängd värme, ibland till och med leda till antändning av metallen [6] . Rubidium är den första alkalimetallen i gruppen som har en densitet högre än vatten, så den sjunker, till skillnad från metallerna ovanför den i gruppen.

Historik

År 1861 upptäckte de tyska forskarna Robert Wilhelm Bunsen och Gustav Robert Kirchhoff , som studerade naturliga aluminiumsilikater med spektralanalys , ett nytt grundämne i dem, senare kallat rubidium av färgen på de starkaste linjerna i spektrumet. Namnet, som kommer från det latinska ordet rubidus , som betyder "djupröd" [7] [8] .

Rubidium hade minimalt industriellt värde fram till 1920 -talet [9] . Sedan dess har den viktigaste tillämpningen av rubidium varit forskning och utveckling, främst inom områdena kemi och elektronik. 1995 användes rubidium-87 för att producera ett Bose-Einstein-kondensat [10] , för vilket upptäckarna Eric Allin Cornell , Carl Wiemann och Wolfgang Ketterle fick 2001 års Nobelpris i fysik [11] .

Detektion av rubidiumradioaktivitet

Rubidiums naturliga radioaktivitet upptäcktes av Campbell och Wood 1906 med joniseringsmetoden [12] och bekräftades av W. Strong 1909 med fotografisk emulsion [13] . År 1930 visade L. V. Mysovsky och R. A. Eichelberger , med hjälp av en molnkammare, att denna radioaktivitet åtföljs av utsläpp av beta-partiklar [14] . Det visade sig senare bero på beta-sönderfallet av den naturliga isotopen 87Rb .

Namnets ursprung

Namnet ges av färgen på de mest karakteristiska röda linjerna i spektrumet (från latin  rubidus  - röd, mörkröd).

Att vara i naturen

Världens resurser av rubidium

Halten rubidium i jordskorpan är 7,8⋅10 −3  %, vilket är ungefär lika med den totala halten nickel , koppar och zink . När det gäller förekomsten i jordskorpan ligger rubidium ungefär på 23:e plats, ungefär lika vanligt som zink, och vanligare än koppar [15] . Men i naturen är det i ett dispergerat tillstånd, rubidium är ett typiskt dispergerat element . Rubidiums egna mineraler är okända. Rubidium finns tillsammans med andra alkaliska grundämnen , det följer alltid med kalium . Den finns i en mängd olika bergarter och mineraler som finns i bland annat Nordamerika, Sydafrika och Ryssland, men koncentrationen där är extremt låg. Endast lepidoliter innehåller något mer rubidium, ibland 0,3 %, och ibland upp till 3,5 % (i termer av Rb 2 O ) [16] .

Rubidiumsalter löses i vattnet i haven, oceanerna och sjöarna. Deras koncentration här är också mycket låg, i genomsnitt cirka 125 µg/l, vilket är mindre än värdet för kalium - 408 µg/l [17] . I vissa fall är innehållet av rubidium i vatten högre: i Odessas flodmynningar visade det sig vara 670 μg/l och i Kaspiska havet  - 5700 μg/l. Ett ökat innehåll av rubidium hittades också i vissa mineralkällor i Brasilien.

Från havsvatten passerade rubidium in i kaliumsaltavlagringar, främst till karnalliter . I Strassfurt och Solikamsk karnaliter varierar innehållet av rubidium från 0,037 till 0,15 %. Mineralet karnalit  är en komplex kemisk förening som bildas av kalium- och magnesiumklorider med vatten; dess formel är KCl MgCl 2 6H 2 O. Rubidium ger ett salt med liknande sammansättning RbCl MgCl 2 6H 2 O, och båda salterna - kalium och rubidium - har samma struktur och bildar en kontinuerlig serie av fasta lösningar som kristalliserar tillsammans. Carnallite är mycket lösligt i vatten, så att öppna mineralet är inte svårt. Rationella och ekonomiska metoder för utvinning av rubidium från karnalit, tillsammans med andra grundämnen, har nu utvecklats och beskrivits i litteraturen.

Insättningar

Mineraler som innehåller rubidium ( lepidolite , zinnwaldite , pollucite , amazonite ) finns i Tyskland , Tjeckien , Slovakien , Namibia , Zimbabwe , Turkmenistan och andra länder [18] .

I rymden

Onormalt hög rubidiumhalt observeras i Thorn-Zhitkow-objekt (som består av en röd jätte eller superjätte med en neutronstjärna inuti ) [19] .

Fysiska egenskaper

Den kompletta elektroniska konfigurationen av rubidium är: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 5s 1 .

Rubidium bildar silvervita mjuka kristaller som har en metallisk lyster på ett fräscht snitt. Brinell-hårdhet 0,2 MN/m 2 (0,02 kgf/mm 2 ).

Kristallgittret av rubidium är kroppscentrerat kubiskt, a  = 5,71 Å (vid rumstemperatur).

Atomradie 2,48 Å, jonradie Rb + 1,49 Å.

Densitet 1,525 g / cm 3 (0 ° C), smältpunkt 38,9 ° C, kokpunkt 703 ° C.

Specifik värme 335,2 J/(kg K) [0,08 cal/(g °C)], termisk linjär expansionskoefficient 9,0⋅10 −5 K −1 (vid 0—38 °C), modulelasticitet 2,4 GN/m² (240 kgf/mm²), volym elektrisk resistivitet 11,29⋅10 −6 ohm cm (vid 20 °C); rubidium är paramagnetiskt .

Kemiska egenskaper

Alkalimetall , extremt instabil i luft (reagerar med luft i närvaro av spår av vatten, brandfarlig). Bildar alla sorters salter - mestadels lättlösliga.

Rubidiumföreningar

Rubidiumhydroxid RbOH  är mycket frätande på glas och andra struktur- och behållarmaterial, medan smält RbOH förstör de flesta metaller.

Får

Det mesta av det utvunna rubidiumet erhålls som en biprodukt från produktionen av litium från lepidolit . Efter isolering av litium i form av karbonat eller hydroxid fälls rubidium ut från moderlutarna i form av en blandning av aluminiumrubidium, aluminiumkalium och aluminiumcesiumalun RbAl (SO 4 ) 2 12H 2 O, KAl(SO 4 Blandningen separeras genom upprepad omkristallisation . _ _ _

Rubidium isoleras också från den förbrukade elektrolyten, vilket är ett resultat av produktionen av magnesium från karnalit . Rubidium isoleras från det genom sorption vid utfällning av järn- eller nickelferrocyanider . Därefter kalcineras ferrocyaniderna och rubidiumkarbonat med kalium- och cesiumföroreningar erhålls. När man erhåller cesium från pollucit extraheras rubidium från moderluten efter utfällning av Cs 3 [Sb 2 Cl 9 ]. Rubidium kan också utvinnas från tekniska lösningar som bildas vid framställning av aluminiumoxid från nefelin .

För att extrahera rubidium används extraktionsmetoder och jonbyteskromatografi. Rubidiumföreningar med hög renhet erhålls med användning av polyhalider.

En betydande del av det producerade rubidiumet släpps ut under produktionen av litium, så uppkomsten av ett stort intresse för litium för användning i termonukleära processer på 1950-talet och i batterier på 2000-talet ledde till en ökning av produktionen av litium, och följaktligen rubidium. Det är därför rubidiumföreningar har blivit mer tillgängliga.

Applikation

Även om rubidium är sämre än cesium i ett antal tillämpningar , spelar denna sällsynta alkalimetall en viktig roll i modern teknik. Följande huvudsakliga tillämpningar av rubidium kan noteras: katalys , elektronisk industri, specialoptik, kärnkraftsindustri, medicin (dess föreningar har normotymiska [20] egenskaper).

Rubidium används inte bara i sin rena form, utan också i form av ett antal legeringar och kemiska föreningar. Den bildar amalgamer med kvicksilver och legeringar med guld, järn, cesium, natrium och kalium, men inte litium (även om rubidium och litium är i samma grupp) [21] . Rubidium har en bra råvarubas, gynnsammare än för cesium. Omfattningen av rubidium i samband med tillväxten av dess tillgänglighet expanderar.

Rubidium-86-isotopen används i stor utsträckning vid upptäckt av gammastrålar, mätteknik och även vid sterilisering av läkemedel och livsmedel. Rubidium och dess legeringar med cesium är ett mycket lovande kylmedel och arbetsmedium för högtemperaturturbinenheter (i detta avseende har rubidium och cesium blivit viktiga de senaste åren, och de extremt höga kostnaderna för metaller går förbi i förhållande till möjligheter att dramatiskt öka effektiviteten hos turbinenheter, vilket innebär , och minska bränsleförbrukningen och miljöföroreningarna). Rubidiumbaserade system som används mest som kylmedel är ternära legeringar: natrium - kalium -rubidium och natrium-rubidium- cesium .

Vid katalys används rubidium i både organisk och oorganisk syntes. Rubidiums katalytiska aktivitet används främst för oljeraffinering till ett antal viktiga produkter. Rubidiumacetat används till exempel för att syntetisera metanol och ett antal högre alkoholer från vattengas, vilket är relevant i samband med underjordisk kolförgasning och vid framställning av konstgjort flytande bränsle för bilar och flygbränsle. Ett antal legeringar av rubidium med tellur har en högre känslighet i det ultravioletta området av spektrumet än cesiumföreningar, och i detta avseende kan det i detta fall konkurrera med cesium som material för fotokonverterare. Som en del av speciella smörjmedelskompositioner (legeringar) används rubidium som ett mycket effektivt smörjmedel i vakuum (raket- och rymdteknik).

Rubidiumhydroxid används för att framställa en elektrolyt för kemiska strömkällor med låg temperatur samt en tillsats till kaliumhydroxidlösning för att förbättra dess prestanda vid låga temperaturer och öka elektrolytens elektriska ledningsförmåga . Metalliskt rubidium används i hydridbränsleceller.

Rubidiumklorid i en legering med kopparklorid används för att mäta höga temperaturer (upp till 400 °C ).

Rubidiumånga används som arbetsvätska i lasrar , särskilt i rubidiumatomklockor .

Rubidiumklorid används som elektrolyt i bränsleceller , och detsamma kan sägas om rubidiumhydroxid, som är mycket effektiv som elektrolyt i bränsleceller med direkt koloxidation.

Rubidiumföreningar används ibland i fyrverkerier för att ge dem en lila färg [22] .

Biologisk roll

Rubidium är ett av grundämnena med en otillräckligt studerad biologisk roll. Det tillhör mikronäringsämnen . Vanligtvis betraktas rubidium tillsammans med cesium , så deras roll i människokroppen studeras parallellt.

Rubidium i levande organismer

Rubidium är ständigt närvarande i vävnaderna hos växter och djur. Landlevande växter innehåller endast cirka 0,000064 % rubidium, medan marina växter innehåller ännu mindre. Rubidium kan dock ackumuleras i växter, såväl som i muskler och mjuka vävnader hos havsanemoner, kräftdjur, maskar, fiskar och tagghudingar, och värdet på ackumuleringskoefficienten är från 8 till 26. Den högsta ackumuleringskoefficienten (2600) ) av den artificiella radioaktiva isotopen 86Rb hittades i andmat Lemna polyrrhiza och bland sötvattensryggradslösa djur, Galba palustris . Rubidiums fysiologiska roll ligger i dess förmåga att hämma prostaglandinerna PGE 1 och PGE 2 , PGE 2 -alfa och i närvaro av antihistaminegenskaper.

Rubidium metabolism

Utbytet av rubidium i människokroppen är ännu inte helt förstått. Varje dag kommer upp till 1,5-4,0 mg rubidium in i människokroppen med mat. Efter 60-90 minuters oralt intag av rubidium i kroppen kan det detekteras i blodet . Den genomsnittliga nivån av rubidium i blodet är 2,3-2,7 mg/l.

De viktigaste manifestationerna av rubidiumbrist i kroppen

Rubidiumbrist är dåligt förstådd. Dess halt under 250 μg/l i fodret hos försöksdjur kan leda till minskad livslängd, aptitlöshet, tillväxt- och utvecklingsförseningar, för tidigt födda barn, missfall.

Toxicitet

Rubidiumjoner, när de kommer in i människokroppen, ackumuleras i celler, eftersom kroppen behandlar dem på samma sätt som kaliumjoner [23] . Rubidium har dock låg toxicitet, en människokropp som väger 70 kg innehåller 0,36 gram rubidium, och även med en ökning av detta antal med 50-100 gånger observeras inga negativa effekter [24] .

Försiktighetsåtgärder

Elementärt rubidium är farligt att hantera. Det förvaras vanligtvis i pyrexglasampuller i argonatmosfär eller i förseglade stålkärl under ett lager av uttorkad olja (vaselin, paraffin). Rubidium kasseras genom att den återstående metallen behandlas med pentanol .

Isotoper

I naturen finns det två isotoper av rubidium [25] : stabilt 85 Rb (innehåll i en naturlig blandning: 72,2%) och beta-radioaktivt 87 Rb (27,8%). Halveringstiden för den senare är 49,23 miljarder år (nästan 11 gånger jordens ålder ) [26] . Sönderfallsprodukten är en stabil isotop av strontium-87. Den gradvisa ackumuleringen av radiogent strontium i mineral innehållande rubidium gör det möjligt att bestämma åldern på dessa mineral genom att mäta deras rubidium- och strontiumhalt (se rubidium -strontiummetoden i geokronometri ). På grund av radioaktiviteten av 87 Rb har naturligt rubidium en specifik aktivitet på cirka 670 kBq /kg.

30 radioaktiva isotoper av rubidium erhölls artificiellt (i intervallet masstal från 71 till 102), utan att räkna med 16 exciterade isomera tillstånd .

Anteckningar

1. ↑ Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg , Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang-Kun Zhu. Grundämnenas atomvikter 2011 (IUPAC Technical Report  )  // Pure and Applied Chemistry . - 2013. - Vol. 85 , nr. 5 . - P. 1047-1078 . - doi : 10.1351/PAC-REP-13-03-02 . Arkiverad från originalet den 5 februari 2014.
2. ↑ Ledare: Zefirov N. S. (chefredaktör). Chemical Encyclopedia: i 5 vol. - M .: Soviet Encyclopedia, 1995. - T. 4. - S. 282. - 639 sid. — 20 000 exemplar.  - ISBN 5-85270-039-8.
3. ↑ Rubidium på Integral Scientist Modern Standard Periodic System . Hämtad 5 augusti 2009. Arkiverad från originalet 5 september 2008. (obestämd)
4. ↑ Åh, Julius. Rubidium // Analys, upptäckt och kommersiellt värde av de sällsynta metallerna  (engelska) . – Mining Science Pub. Co., 1910.
5. ↑ Elementens elektriska ledningsförmåga . Hämtad 17 april 2019. Arkiverad från originalet 19 april 2019. (obestämd)
6. ↑ Reaktioner av element i grupp 1 med syre . Hämtad 17 april 2019. Arkiverad från originalet 17 april 2019. (obestämd)
7. ↑ Kirchhoff, G.; Bunsen, R. Chemische Analyze durch Spectralbeobachtungen  (engelska)  // Annalen der Physik und Chemie  : journal. - 1861. - Vol. 189 , nr. 7 . - s. 337-381 . - doi : 10.1002/andp.18611890702 . - . Arkiverad från originalet den 20 december 2021.
8. ↑ Weeks, Mary ElviraUpptäckten av elementen. XIII. Några spektroskopiska upptäckter  //  Journal of Chemical Education : journal. - 1932. - Vol. 9 , nej. 8 . - P. 1413-1434 . doi : 10.1021 / ed009p1413 . - .
9. ↑ Butterman, W.C.; Reese, Jr., R. G. Mineralvaruprofiler Rubidium . United States Geological Survey. Hämtad 13 oktober 2010. Arkiverad från originalet 25 september 2011. (obestämd)
10. ↑ Pressmeddelande: 2001 års Nobelpris i fysik . Hämtad 1 februari 2010. Arkiverad från originalet 30 augusti 2009. (obestämd)
11. ↑ Levi, Barbara Goss. Cornell, Ketterle och Wieman delar Nobelpriset för Bose-Einstein Condensates  (tyska)  // Physics Today  : magazin. - 2001. - Bd. 54 , nr. 12 . - S. 14-16 . - doi : 10.1063/1.1445529 . — .
12. ↑ N. R. Campbell, A. Wood. Alkalimetallernas radioaktivitet  // Proceedings of the Cambridge Philosophical  Society : journal. - 1906. - Vol. XIV . - S. 15-21 .
13. ↑ W. W. Stark. On the Possible Radioactivity of Erbium, Potassium and Rubidium  (engelska)  // Physical Review  : journal. - 1909. - Vol. 29 , nr. 2 . - S. 170-173 . - doi : 10.1103/PhysRevSeriesI.29.170 . - .
14. ↑ Meshcheryakov M. G. , Perfilov N. A. Till minne av Lev Vladimirovich Mysovsky (Med anledning av hans sjuttioårsdag)  // Uspekhi fizicheskikh nauk  : Collection of UFN. - M .: Ryska vetenskapsakademin , 1963. - Utgåva. november . Arkiverad från originalet den 10 augusti 2017. (ryska)
15. ↑ Butterman, William C.; Brooks, William E.; Reese, Jr., Robert G. Mineralvaruprofil: Rubidium . United States Geological Survey (2003). Hämtad 4 december 2010. Arkiverad från originalet 25 september 2011. (obestämd)
16. ↑ Wise, MA Spårelementskemi av litiumrika glimmer från granitiska pegmatiter med sällsynta element  //  Mineralogy and Petrology: journal. - 1995. - Vol. 55 , nr. 13 . - S. 203-215 . - doi : 10.1007/BF01162588 . - .
17. ↑ Norton, JJ Litium, cesium och rubidium—De sällsynta alkalimetallerna // United States mineral resources  (neopr.) / Brobst, DA; Pratt, W.P. - US Geological Survey Professional, 1973. - T. Paper 820. - S. 365-378.
18. ↑ Rubidium - Egenskaper av kemiska element . Hämtad 20 september 2010. Arkiverad från originalet 28 september 2012. (obestämd)
19. ↑ Existensen av en superjätte med en neutronstjärna inuti är bekräftad . Hämtad 15 mars 2016. Arkiverad från originalet 16 mars 2016. (obestämd)
20. ↑ Droger för psykisk ohälsa Arkivexemplar av 1 februari 2014 på Wayback Machine // Scientific Center for Mental Health vid Ryska akademin för medicinska vetenskaper.
21. ↑ Holleman, Arnold F.; Wiberg, Egon; Wiberg, Nils. Vergleichende Übersicht über die Gruppe der Alkalimetalle // Lehrbuch der Anorganischen Chemie  (tyska) . — 91–100. - Walter de Gruyter , 1985. - S. 953-955. - ISBN 978-3-11-007511-3 .
22. ↑ Koch, E.-C. Special Materials in Pyrotechnics, Part II: Application of Cesium and Rubidium Compounds in Pyrotechnics  (engelska)  // Journal Pyrotechnics : journal. - 2002. - Vol. 15 . - S. 9-24 . Arkiverad från originalet den 13 juli 2011.
23. ↑ Relman, AS (1956). "Det fysiologiska beteendet hos rubidium och cesium i förhållande till det hos kalium" . Yale Journal of Biology and Medicine . 29 (3): 248-62. PMC2603856  . _ PMID  13409924 .
24. ↑ Fieve, Ronald R.; Meltzer, Herbert L.; Taylor, Reginald M. (1971). "Rubidiumkloridintag av frivilliga försökspersoner: initial erfarenhet". Psykofarmakologi . 20 (4): 307-14. DOI : 10.1007/BF00403562 . PMID  5561654 . S2CID  33738527 .
25. ↑ G. Audi et al. The NUBASE Evaluation of Nuclear and Decay Properties  (engelska)  // Nuclear Physics A  : journal. - Atomic Mass Data Center, 2003. - Vol. 729 , nr. 1 . - S. 3-128 . - doi : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001 . - .
26. ↑ Planck Collaboration. Planck 2015 resultat. XIII. Kosmologiska parametrar (Se tabell 4 på sidan 31 i pfd)  (engelska)  // Astronomy and Astrophysics  : journal. - 2016. - Vol. 594 . —P.A13 . _ - doi : 10.1051/0004-6361/201525830 . - . - arXiv : 1502.01589 .

Litteratur

• Perelman. F. M. Rubidium och cesium. M.: AN Ukrainian SSR, 1960. 140 sid. från sjuk.
• Plyushchev VE, Stepin BD Kemi och teknik för föreningar av litium, rubidium och cesium. - M.-L.: Kemi, 1970. - 407 sid.
• Ripan R., Chetyanu I. Oorganisk kemi. Kemi av metaller. - M . : Mir, 1971. - T. 1. - 561 sid.

Länkar

• Rubidium
• Rubidium på Webelements
• Rubidium på Popular Library of Chemical Elements

Ordböcker och uppslagsverk	Stor dansk Stor katalanska Stor norsk Stor ryss Brockhaus och Efron runt världen Litet Brockhaus och Efron Britannica (online) Brockhaus Treccani Universalis Granatäpple
I bibliografiska kataloger	BNF : 12165566c GND : 4178576-9 J9U : 987007546156605171 LCCN : sh85115684