Рубидий — химический элемент¶

Рубидий — химический элемент первой группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы первой группы), пятого периода периодической системы, с атомным номером 37. Обозначается символом Rb. Относится к группе щелочных металлов. Простое вещество рубидий — мягкий, легкоплавкий серебристо-белый металл, обладающий высокой химической активностью. Название происходит от латинского rubidus — «красный, тёмно-красный», что связано с цветом спектральных линий элемента.

¶История

Рубидий был открыт в 1861 году немецкими учёными Робертом Бунзеном и Густавом Кирхгофом при спектральном анализе минеральных вод из источников Бад-Дюркхайма. Исследуя щёлочные фракции, полученные после выделения калия и натрия, они обнаружили новые линии в тёмно-красной части спектра, не принадлежавшие ни одному известному элементу. Это послужило основанием для названия.

В 1863 году Бунзен получил металлический рубидий восстановлением его солей. В России первым исследователем рубидия был химик Николай Бекетов, изучавший его восстановительные свойства и вытеснение из соединений. Промышленное применение элемента началось лишь в XX веке, когда возник спрос на рубидий в электронике и оптике.

¶Физические свойства

Рубидий — мягкий металл, легко режется ножом. Температура плавления составляет около 39 °C, температура кипения — около 688 °C. Плотность — примерно 1,53 г/см³. По этим параметрам рубидий близок к калию и цезию. Металл имеет объёмно-центрированную кубическую кристаллическую решётку.

Характерная особенность рубидия — способность к фотоэмиссии: под действием света видимого диапазона он испускает электроны. Это свойство лежит в основе работы фотоэлементов. Природный рубидий состоит из двух изотопов, один из которых (рубидий-87) радиоактивен с очень большим периодом полураспада.

¶Химические свойства

Рубидий — один из самых активных металлов. На воздухе мгновенно окисляется, а при контакте с водой реагирует бурно, с выделением водорода и воспламенением. Поэтому его хранят в вакууме, инертной атмосфере или под слоем керосина (в отличие от лития, рубидий в керосине не тонет, так что условия хранения подбирают особо).

В соединениях рубидий проявляет степень окисления +1. Образует оксид, гидроксид (сильное основание), галогениды, карбонат, сульфат и другие соли, хорошо растворимые в воде. Гидроксид рубидия по силе близок к гидроксиду калия. Соли рубидия окрашивают пламя в красно-фиолетовый цвет.

¶Распространение в природе

Рубидий — рассеянный элемент, в свободном виде в природе не встречается. Его содержание в земной коре оценивается примерно в 0,015 %. По распространённости он близок к цинку и меди. Рубидий сопутствует калию в минералах, поскольку их ионные радиусы близки. Основные минералы-носители — лепидолит, поллуцит, карналлит, а также полевые шпаты и слюды.

Попутно рубидий извлекают из отходов переработки литиевых руд и из рассолов. В морской воде содержатся небольшие, но значимые количества элемента.

¶Получение

Металлический рубидий получают главным образом восстановлением его соединений. Применяют восстановление хлорида рубидия кальцием или магнием в вакууме, а также термическое разложение некоторых соединений. Для глубокой очистки используют вакуумную дистилляцию и зонную плавку. Чистый рубидий выпускают в запаянных ампулах.

¶Применение

Основные области применения рубидия:

• Электроника и оптика. Фотоэлементы, фотоумножители, приборы ночного видения, где используются фотокатоды на основе рубидия.
• Атомная техника. Изотоп рубидий-87 применяется в квантовых стандартах частоты — атомных часах, а также в лазерах с высокой стабильностью частоты.
• Химия и катализ. Соединения рубидия служат катализаторами в органическом синтезе.
• Медицина и исследования. Радиоактивные изотопы используются в диагностике, в частности для изучения кровотока.
• Специальные стёкла и керамика. Оксиды рубидия вводят в состав некоторых оптических стёкол.

Объёмы мирового производства рубидия относительно невелики по сравнению с другими щелочными металлами, что связано с ограниченным спросом и сложностью получения.

¶Биологическая роль и безопасность

Рубидий не является жизненно необходимым элементом для человека, но по химическому поведению близок к калию и может частично его замещать в организме. Соединения рубидия малотоксичны, однако металлический рубидий чрезвычайно опасен: он воспламеняется на воздухе и бурно реагирует с водой, поэтому требует специальных мер предосторожности при хранении и работе.

¶Интересные факты

• Рубидий плавится от тепла человеческой руки, если температура металла близка к комнатной.
• Спектральные линии рубидия были использованы для его открытия — один из первых случаев, когда элемент обнаружили «на кончике пера», до выделения вещества.
• В атомных часах на основе рубидия-87 достигается точность хода, при которой погрешность составляет доли секунды за многие тысячи лет.

Источники: Большая российская энциклопедия; Химическая энциклопедия; работы Р. Бунзена и Г. Кирхгофа; учебные курсы по неорганической химии.