През 1861 г. наскоро изобретения физически метод за изследване на веществата - спектрален анализ - за пореден път демонстрира своята мощ и надеждност, като гаранция за голямо бъдеще в науката и технологиите. С негова помощ е открит вторият неизвестен досега химичен елемент - рубидий. След това, с откриването на периодичния закон през 1869 г. от Д. И. Менделеев, рубидий, заедно с други елементи, заема своето място в таблицата, което въвежда ред в химическата наука.
По-нататъшно изследване на рубидий показа, че този елемент има редица интересни и ценни свойства. Тук ще разгледаме най-характерните и важни от тях.
Общи характеристики на химичен елемент
Рубидият има атомен номер 37, тоест в неговите атоми съставът на ядрата включва точно такъв брой положително заредени частици - протони. Съответнонеутрален атом има 37 електрона.
Символ на елемент - Rb. В периодичната система рубидият е класифициран като елемент от група I, периодът е пети (в краткопериодната версия на таблицата той принадлежи към основната подгрупа от група I и се намира на шестия ред). Това е алкален метал, е меко, много топимо, сребристо-бяло кристално вещество.
История на откриването
Честта да открият химичния елемент рубидий принадлежи на двама немски учени - химикът Роберт Бунзен и физикът Густав Кирхоф, авторите на спектроскопския метод за изследване на състава на материята. След като използването на спектрален анализ довежда до откриването на цезий през 1860 г., учените продължават изследванията си и още на следващата година, когато изследват спектъра на минерала лепидолит, откриват две неидентифицирани тъмночервени линии. Благодарение на характерния нюанс на най-силните спектрални линии, чрез който беше възможно да се установи съществуването на неизвестен досега елемент, той получи името си: думата rubidus се превежда от латински като „пурпурно, тъмночервено“.
През 1863 г. Бунзен е първият, който изолира метален рубидий от минерална изворна вода чрез изпаряване на голямо количество разтвор, отделяне на калиеви, цезиеви и рубидиеви соли и накрая редуциране на метала с помощта на сажди. По-късно Н. Бекетов успява да извлече рубидий от неговия хидроксид с помощта на алуминиев прах.
Физическа характеристика на елемента
Рубидият е лек метал, има гоплътност 1.53g/cm3(при нулева температура). Образува кристали с кубична решетка, центрирана по тялото. Рубидият се топи само при 39 °C, тоест при стайна температура, неговата консистенция вече е близка до пастообразна. Металът кипи при 687 °C и неговите пари са зеленикаво-сини.
Рубидият е парамагнит. По отношение на проводимостта той е повече от 8 пъти по-добър от живака при 0 ° C и е почти толкова пъти по-нисък от среброто. Подобно на други алкални метали, рубидият има много нисък праг на фотоелектричен ефект. За да се възбуди фототок в него, са достатъчни дълговълнови (тоест нискочестотни и носещи по-малко енергия) лъчи на червената светлина. В това отношение само цезият го превъзхожда по чувствителност.
Изотопи
Рубидият има атомно тегло 85,468. Среща се в природата под формата на два изотопа, които се различават по броя на неутроните в ядрото: рубидий-85 е най-голям дял (72,2%), а в много по-малко количество - 27,8% - рубидий-87. Ядрата на техните атоми, освен 37 протона, съдържат съответно 48 и 50 неутрона. По-лекият изотоп е стабилен, докато рубидий-87 има огромен полуживот от 49 милиарда години.
В момента няколко десетки радиоактивни изотопи на този химичен елемент са получени изкуствено: от свръхлек рубидий-71 до рубидий-102, претоварен с неутрони. Времето на полуразпад на изкуствените изотопи варира от няколко месеца до 30 наносекунди.
Основни химически свойства
Както беше отбелязано по-горе, в серия от химични елементи, рубидий (като натрий, калий, литий, цезий и франций) принадлежи към алкалните метали. Особеността на електронната конфигурация на техните атоми, която определя химичните свойства, е наличието само на един електрон на външно енергийно ниво. Този електрон лесно напуска атома, а металният йон в същото време придобива енергийно благоприятна електронна конфигурация на инертния елемент пред него в периодичната таблица. За рубидий това е конфигурацията на криптон.
По този начин, рубидий, подобно на други алкални метали, има изразени редуциращи свойства и степен на окисление +1. Алкалните свойства са по-изразени с увеличаване на атомното тегло, тъй като радиусът на атома също се увеличава и съответно връзката между външния електрон и ядрото е отслабена, което води до увеличаване на химическата активност. Следователно рубидият е по-активен от лития, натрия и калия, а цезият от своя страна е по-активен от рубидий.
Обобщавайки всичко по-горе за рубидий, елементът може да бъде анализиран, както е на илюстрацията по-долу.
Съединения, образувани от рубидий
Във въздуха този метал, поради изключителната си реактивност, се окислява бурно, при запалване (пламъкът има виолетово-розов цвят); по време на реакцията се образуват супероксид и рубидиев пероксид, проявяващи свойствата на силни окислители:
- Rb + O2 → RbO2.
- 2Rb + O2 →Rb2O2.
Окис се образува, ако достъпът на кислород до реакцията е ограничен:
- 4Rb + O2 → 2Rb2O.
Това е жълто вещество, което реагира с вода, киселини и киселинни оксиди. В първия случай се образува една от най-силните основи - рубидиев хидроксид, в останалите - соли, например рубидиев сулфат Rb2SO4, повечето от които са разтворими.
Още по-силно, придружено от експлозия (тъй като рубидий и освободеният водород моментално се възпламеняват), металът реагира с вода, което образува рубидиев хидроксид, изключително агресивно съединение:
- 2Rb + 2H2O → 2RbOH +H2.
Рубидият е химичен елемент, който също може директно да реагира с много неметали - с фосфор, водород, въглерод, силиций и халогени. Рубидиевите халиди - RbF, RbCl, RbBr, RbI - са лесно разтворими във вода и в някои органични разтворители, като етанол или мравчена киселина. Взаимодействието на метала със сярата (триването със серен прах) става експлозивно и води до образуването на сулфид.
Съществуват също и слабо разтворими съединения на рубидий, като перхлорат RbClO4, те се използват в анализите за определяне на този химичен елемент.
Да бъдеш сред природата
Рубидият не е рядък елемент. Среща се почти навсякъде, включва се всъставът на много минерали и скали, а също така се съдържа в океана, в подземните и речните води. В земната кора съдържанието на рубидий достига общата стойност на съдържанието на мед, цинк и никел. Въпреки това, за разлика от много по-редки метали, рубидият е изключително микроелемент, концентрацията му в скалата е много ниска и той не образува свои собствени минерали.
В състава на минералите рубидият придружава калия навсякъде. Най-висока концентрация на рубидий се намира в лепидолитите, минерали, които също служат като източник на литий и цезий. Така че рубидий винаги присъства в малки количества, където се намират други алкални метали.
Малко за употребата на рубидий
Кратко описание на хим. елементът рубидий може да бъде допълнен с няколко думи за областите, в които се използва този метал и неговите съединения.
Рубидият се използва в производството на фотоклетки, в лазерната технология, част е от някои специални сплави за ракетна технология. В химическата промишленост се използват рубидиеви соли поради високата им каталитична активност. Един от изкуствените изотопи, рубидий-86, се използва за откриване на дефекти с гама лъчи и, в допълнение, във фармацевтичната индустрия за стерилизация на лекарства.
Друг изотоп, рубидий-87, се използва в геохронологията, където се използва за определяне на възрастта на най-старите скали поради много дългия му полуразпад (метод на рубидий-стронций).
Ако няколко десетилетияДокато някога се смяташе, че рубидий е химичен елемент, чийто обхват е малко вероятно да се разшири, сега се появяват нови перспективи за този метал, например в катализата, във високотемпературните турбинни агрегати, в специалната оптика и в други области. Така че рубидият играе и ще продължи да играе важна роля в съвременните технологии.
