Строение рубидия. Степень окисления рубидия. Применение изотопов рубидия

Рубидий – щелочной металл, лёгкий и мягкий, серебристо-белый, хотя его название говорит совсем о другом цвете: на латыни «rubidus» означает «красный», или даже «тёмно-красный» - так назвали его учёные Густав Роберт Кирхгоф и Роберт Вильгельм Бунзен в 1861 году. Первый учёный был великим физиком, а второй – химиком-экспериментатором; они рассматривали минералы с помощью спектроскопа – прибора, изобретённого Киргофом, - заметили в одном из образцов минералов-концентраторов особые красные линии, и решили, что это неизвестный элемент. Так и оказалось, но выделить новый минерал оказалось трудно: Бунзену пришлось проделать огромную работу – химик неустанно трудился в течение 2-х лет, - прежде чем рубидий очистился и отделился от других элементов – солей калия, цезия и т.д.

Сегодня химики называют рубидий типичным рассеянным элементом, так как в земной коре его много, но он практически всегда является примесью других минералов; он часто содержится в вулканических породах; соли рубидия часто встречаются в минеральной воде разных источников, в воде морей и озёр (в том числе в подземных водах), и в минералах-концентраторах – в них различных химических элементов в десятки раз больше, чем в обычной руде.

Чистый рубидий – элемент во многом уникальный. Его можно хранить только в вакууме, в специальных запаянных стеклянных ампулах – на открытом воздухе он тут же воспламеняется, вступая в мгновенную реакцию с кислородом. Химическая активность рубидия вообще очень высока: он быстро вступает в реакцию практически со всеми известными химическими элементами – с металлами и неметаллами, а иногда даже взрывается при этом.

Об уникальности рубидия можно судить и по температуре его плавления – он плавится уже при температуре 39°C, так что, стоит только подержать некоторое время ампулу с этим металлом в руках, как он прямо «на глазах» станет полужидким – другие металлы этим не отличаются, кроме ртути – всем известно, что именно из-за этого свойства она с успехом используется в медицинских термометрах.

Разумеется, нас больше интересует роль рубидия в живых организмах, в том числе и в организме человека, однако и здесь этот элемент можно считать необычным – его роль в этом отношении не выяснена, и рассматривают его обычно вместе с цезием, параллельно изучая их воздействие на организм.

Источники рубидия

В тканях растений и животных рубидий есть, но его там очень мало: например, в листьях табака – растения, считающегося одним из его источников, рубидия в 1000 раз меньше, чем калия. В морских растениях – водорослях, его ещё меньше, однако в живой ткани он может накапливаться: в частности, он обнаружен в актиниях, морских червях, ракообразных, моллюсках, иглокожих и некоторых рыбах. В некоторых наземных растениях рубидий тоже накапливается – например, в определённых сортах свеклы и винограда.

Плохо изучен и обмен рубидия в организме, но мы с пищей получаем его каждый день до 1,5-4 мг, и в основном с чёрным чаем и кофе, а также с питьевой водой. В организме человека в норме должно быть около 1 г рубидия.

Роль рубидия в организме

В кровь рубидий попадает очень быстро, через 1-1,5 часа после того, как поступает в желудок; накапливается рубидий в головном мозге и скелетных мышцах, костях, лёгких, мягких тканях.

Рубидий обладает антигистаминными свойствами, а в прежние времена, в XIX веке, им лечили некоторые заболевания нервной системы – в частности, эпилепсию. В остальном физиологическая роль рубидия тоже изучена мало.

Рубидий относится к токсичным элементам 2-го класса опасности – вещества этого класса определяются, как высокоопасные для человека: например, к этому же классу относятся серная кислота и мышьяк.

О симптомах недостаточности рубидия, как и об их причинах, медики тоже знают мало – опыты проводились на некоторых животных. Если им не хватало рубидия в корме, то это отражалось на их способности к размножению: эмбрионы развивались плохо, наблюдались выкидыши и преждевременные роды. Также у животных замедлялись рост и развитие в целом, снижался аппетит, и уменьшалась продолжительность жизни.

При повышенном содержании рубидия наблюдаются те же симптомы – замедление роста и развития и сокращение срока жизни, однако для этого его нужно принимать очень много – около 1000 мг в сутки. Радиоактивный изотоп рубидия считается опасным для здоровья, но с точки зрения специальных наук – радиобиологии, радиационной химии и др., - данный элемент можно считать слаборадиоактивным или даже стабильным, так как его период полураспада по сравнению со временем человеческой жизни невообразимо огромен – это 4,923×1010 лет. Если попытаться перевести это на понятный нам язык, то получится около 50-60 миллиардов лет – даже наша планета ещё не просуществовала столько времени.

Тем не менее, считается рискованным для здоровья постоянно работать в определённых отраслях производства: в стекольной, химической и электронной промышленности, и к тому же рубидий может в больших количествах поступать в организм с пищей и водой – это зависит от геологических особенностей местности. При избытке рубидия могут возникать головные боли и нарушения сна, аритмия, хронические воспалительные заболевания дыхательных путей, местное раздражение слизистых оболочек и кожи, а также протеинурия – повышенное содержание белка в моче.

При отравлении рубидием обычно назначается симптоматическое лечение, предполагающее устранение отдельных симптомов, а также лечение комплексообразователями (обычно препаратами натрия и калия), образующими с токсичными и радиоактивными веществами водорастворимые соединения, которые потом выводятся через почки.

Однако стоит сказать и о том, что и современная медицина, и биология продолжают изучать возможности применения рубидия в лечении многих болезней.

Как правило, рубидий изучается параллельно с цезием: сегодня установлено, что они могут стимулировать кровообращение, и оказывать сосудосуживающее и гипертензивное действие. С этими целями их применял в XIX веке ещё известный русский учёный и врач С.С. Боткин: он доказал, что соли цезия и рубидия повышают давление, и держат его длительное время.

В отношении иммунной системы эти элементы тоже проявляют активность: они повышают сопротивляемость организма заболеваниям, так как увеличивают активность лейкоцитов и лизоцима – антибактериального агента, разрушающего стенки клеток болезнетворных бактерий и вызывающего этим их быструю гибель.

Соли рубидия и цезия также помогают организму легче переносить гипоксию – кислородную недостаточность, и в современной медицине рубидий всё-таки тоже применяется: его йодистые, бромистые и хлористые соли обладают успокаивающим и болеутоляющим действием.

Применение рубидия

Рубидий применяется в разных областях, однако нельзя сказать, что он используется активно: в мире его производится мало – счёт идёт на десятки, а не на сотни кг в год, а стоит он довольно дорого. Соединения рубидия применяются в аналитической химии, при изготовлении специальной оптики, измерительных приборов, в электронной и атомной промышленности.

Рубидий входит в состав специальных эффективных смазок, применяемых в ракетной и космической технике при работе в условиях вакуума.

В электротехнике применяются светящиеся трубки, при изготовлении которых используется рубидий; соединения рубидия используются при изготовлении специальных стёкол и в рентгеновской технике, а также в термоэлектрических генераторах и ионных двигателях.

В геохронологии, при определении геологического возраста пород и минералов, применяется так называемый стронциевый метод, позволяющий устанавливать этот возраст очень точно – специалисты определяют содержание в этих породах рубидия и 87Sr. Именно с помощью этого метода учёным удалось определить возраст древнейших пород американского континента – им 2 млрд. 100 млн. лет.

Гатаулина Галина
для женского журнала сайт

При использовании и перепечатке материала активная ссылка на женский онлайн журнал обязательна

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Рубидий расположен в пятом периоде I группе главной (А) подгруппе Периодической таблицы. Обозначение – Rb. Рубидий в виде простого вещества представляет собой металл серебристо-белого цвета с объемно-центрированной кристаллической решеткой.

Плотность - 1,5 г/см 3 . Температура плавления 39,5 o С, кипения - 750 o С. Мягкий, легко режется ножом. На воздухе самовоспламеняется.

Степень окисления рубидия в соединениях

Рубидий - элемент IA группы Периодической системы Д.И. Менделеева. Он входит в группу щелочных металлов, которые в своих соединениях проявляют постоянную и положительную единственно возможную степень окисления равную (+1) , например Rb +1 Cl -1 , Rb +1 H -1 , Rb +1 2 O -2 , Rb +1 O -2 H +1 , Rb +1 N +5 O -2 3 и др.

Рубидий также существует в виде простого вещества - металла, а степень окисления металлов в элементарном состоянии равна нулю , так как распределение электронной плотности в них равномерно.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Рубидий

РУБИ́ДИЙ -я; м. [от лат. rubidus - красноватый] Химический элемент (Rb), мягкий металл серебристо-белого цвета, по своим свойствам сходный с калием и натрием.

◁ Руби́диевый, -ая, -ое.

(лат. Rubidium), химический элемент I группы периодической системы; относится к щелочным металлам. Название от лат. rubidus - тёмно-красный (открыт по линиям в красной части спектра). Серебристо-белый металл пастообразной консистенции. Плотность 1,532 г/см 3 , t пл 39,32°C, t кип 687°C. На воздухе мгновенно воспламеняется, с водой реагирует со взрывом. В природе рассеян, сопутствует калию и литию и добывается из их минералов. Применяется ограниченно (катоды для фотоэлементов, добавка в газоразрядные трубки, катализатор в органическом синтезе).

РУБИ́ДИЙ (лат. rubidium, от лат. rubidus - красный), Rb (читается «рубидий»), химический элемент с атомным номером 37, атомная масса 85,4678. Природный рубидий состоит из смеси стабильного нуклида 85 Rb (72,15% по массе) и слабо - -радиоактивного 87 Rb (период полураспада Т 1/2 = 4,8·10 10 лет). Расположен в группе IA (щелочные металлы), в 5-м периоде. Электронная конфигурация внешнего слоя 5s 1 , Степень окисления +1 (валентность I).
Радиус нейтрального атома рубидия 0,248 нм, радиус иона Rb + 0,166 нм (координационное число 6). Энергии последовательной ионизации атома Rb 4,177, 27,5, 40,0, 52,6 и 71 эВ. Сродство к электрону 0,49 эВ. Работа выхода электрона 2,16 эВ. Электроотрицательность по Полингу (см. ПОЛИНГ Лайнус) 0,8.
История открытия
Немецкие исследователи Р. В. Бунзен (см. БУНЗЕН Роберт Вильгельм) и Г. Р. Кирхгоф выполнили в 1861 спектральные исследования минерала лепидолита (см. ЛЕПИДОЛИТ) и осадка, образующегося после выпаривания минеральных вод из источников Шварцвальда. Спектры содержали темно-красную линию, принадлежащую новому элементу.
После выпаривания минеральных вод из полученного остатка с помощью хлорплатината аммония (NH 4) 2 PtCl 6 была осаждена смесь хлорплатинатов калия, рубидия и цезия. Затем, хлорплатинаты были переведены в карбонаты и в соли винной кислоты - тартраты. Путем многократной дробной перекристаллизации кислых тартратов Бунзену удалось очистить рубидий от калия и цезия и получить первый препарат соли рубидия. В 1863 Бунзен за счет восстановления кислого тартрата рубидия с помощью сажи приготовил первый образец металлического рубидия.
Нахождение в природе
Содержание рубидия в земной коре 1,5·10 -2 % по массе. Не образует собственных минералов, как правило, сопутствует K или Li. Находится в минеральных источниках, озерной, морской и подземной водах.
Получение
Рубидий в основном получают при переработке или лепидолита на соединения Li, или карналлита, служащего сырьем при производстве Mg. Остаток, образующийся после отделения основных количеств Li, K и Mg и содержащий соли K, Rb и Cs, разделяют на фракции методами дробной кристаллизации, сорбции, экстракции и ионного обмена.
Металлический рубидий обычно готовят восстановлением галогенидов Rb кальцием (см. КАЛЬЦИЙ) или магнием. (см. МАГНИЙ)
Физические и химические свойства
Рубидий - мягкий серебристо-белый металл.
При обычной температуре имеет пастообразную консистенцию, температура плавления +39,32°C. Температура кипения рубидия 687,2°C. Кристаллическая решетка металла кубическая объемно центрированная, параметр ячейки а = 0,570 нм. Рубидий - легкий металл, его плотность 1,532 кг/дм 3 .
Реакционная способность рубидия очень высока. Его стандартный электродный потенциал -2,925 В. На воздухе и в атмосфере кислорода металлический рубидий воспламеняется, образуя смесь пероксида рубидия Rb 2 O 2 и надпероксид рубидия RbO 2 . При незначительном содержании кислорода в газе, с которым реагирует Rb, возможно образование и оксида Rb 2 O. C водой рубидий реагирует со взрывом:
2Rb + 2H 2 O = 2RbOH + H 2
При нагревании под повышенным давлением Rb реагирует с H с образованием гидрида RbH. Rb непосредственно реагирует с галогенами, S с образованием сульфида Rb 2 S. С азотом рубидий в обычных условиях не реагирует, а нитрид рубидия Rb 3 N образуется при пропускании электрического разряда между электродами из рубидия, помещенными в жидкий азот. При нагревании рубидий реагирует с красным фосфором, образуя фосфид рубидия Rb 2 P 5 . Также при нагревании рубидий реагирует с графитом, причем в зависимости от условий проведения реакции возникают карбиды составов C 8 Rb и C 24 Rb.
Для рубидия характерно взаимодействие с аммиаком с образованием амида RbNH 2 . При реакции рубидия с ацетиленом возникает ацетиленид Rb 2 C 2 . Металлический рубидий способен восстанавливать кремний из стекла и из SiO 2 .
Со многими металлами рубидий образует интерметаллиды.
Гидроксид рубидия RbOH - сильное хорошо растворимое в воде основание, ведет себя аналогично КОН и NaOH.
Такие соли рубидия, как хлорид RbCl, сульфат Rb 2 SO 4 , нитрат RbNO 3 , карбонат Rb 2 CO 3 хорошо растворимы в воде перхлорат рубидия RbClO 4 и хлорплатинат рубидия Rb 2 PtCl 6 плохо растворимы в воде
Применение
Металлический рубидий входит в состав смазочных композиций, используемых в реактивной и космической технике. Используется как компонент материала катодов фотоэлементов и фотоэлектрических умножителей. Пары рубидия используются в разрядных трубках, в лампах низкого давления. Некоторые соединения рубидия используют при изготовлении специальных стекол.
Особенности обращения
Хранят в ампулах из стекла пирекс в атмосфере аргона или в стальных герметичных сосудах под слоем обезвоженного вазелинового масла или парафина.

Энциклопедический словарь . 2009 .

Смотреть что такое "рубидий" в других словарях:

Щелочной металл серебристого цвета, аналог калия. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. РУБИДИЙ металл серебристого цвета с желтоватым оттенком. Полный словарь иностранных слов, вошедших в употребление в… … Словарь иностранных слов русского языка

Rb (a. rubidium; н. Rubidium; ф. rubidium; и. rubidio), хим. элемент I группы периодич. системы Менделеева, ат. н. 37, ат. м. 85,4678; относится к щелочным металлам. В природе встречается в виде смеси двух стабильных изотопов: 85Rb… … Геологическая энциклопедия

- (хим.; Rubidium; Rb = 85,44 при 0=16, среднее из определенийБунзена, Пикара и Годефруа) второй металлический элемент, открытый (в1861 г.) Бунзеном и Кирхгоффом помощью спектрального анализа; он получилсвое название за две темно красные (rubidus)… … Энциклопедия Брокгауза и Ефрона

РУБИДИЙ - хим. элемент, символ Rb (лат. Rubidium), ат. н. 37, ат. м. 85,47, относится к щелочным металлам; очень рассеян и не имеет собственных минералов. Как примесь входит в минералы калия, цезия и лития, из которых его извлекают. Рубидий мягкий,… … Большая политехническая энциклопедия

- (Rubidium), Rb, химический элемент I группы периодической системы, атомный номер 37, атомная масса 85,4678; относится к щелочным металлам. Открыт немецкими учеными Р. Бунзеном и Г. Кирхгофом в 1861 … Современная энциклопедия

- (лат. Rubidium) Rb, химический элемент I группы периодической системы Менделеева, атомный номер 37, атомная масса 85,4678. Относится к щелочным металлам. Название от лат. rubidus темно красный (открыт по линиям в красной части спектра).… … Большой Энциклопедический словарь

РУБИДИЙ, Rb (а. rubidium; н. Rubidium; ф. rubidium; и. rubidio), — химический элемент I группы периодической системы Менделеева , атомный номер 37, атомная масса 85,4678; относится к щелочным металлам. В природе встречается в виде смеси двух стабильных изотопов: 85 Rb (72,15%) и 87 Rb (27,85%), последний радиоактивен и, испуская b-частицу, превращается в стабильный изотоп 87 Sr. Известно также 19 искусственных изотопов рубидия.

Открыт немецкими учёными Р. Бунзеном и Г. Кирхгофом в 1861 при спектральном исследовании осадка, выпаренного из минеральных вод Шварцвальда. Название элементу учёные дали по цвету наиболее характерных красных линий его спектра (от лат. rubidus — красный). Металлический рубидий впервые получен Р. Бунзеном в 1863.

Свойства рубидия

Рубидий — мягкий серебристо-белый металл; кристаллическая решётка кубическая, объёмноцентрированная: а = 0,57 нм. Плотность 1525 кг/м 3 ; t плавления 39,47°С; t кипения 685°С; теплопроводность l 22,2 Вт/(м.К); теплоёмкость Ср0 31,09 Дж/(моль.К). Удельное электрическое сопротивление 11,6.10 -6 Ом.см, температурный коэффициент линейного расширения 90.10 -6 К -1 .

Степень окисления +1. Мгновенно воспламеняется на воздухе, с кислородом рубидий соединяется бурно, давая пероксид рубидия (Rb 2 О 2) и надпероксид рубидия (RbО 2). С водой рубидий реагирует со взрывом , при этом выделяется водород и образуется раствор гидроксида рубидия (RbOH), который по своим свойствам похож на гидроксиды щелочных металлов. Рубидий реагирует со всеми неорганическими кислотами. Почти все соединения рубидия хорошо растворяются в воде.

Рубидий в природе

Рубидий в рассеянном состоянии довольно широко распространён в природе, однако, несмотря на относительно высокое содержание в земной коре (1,5 .10 -2 %, т.е. больше, чем меди , цинка и других элементов), рубидий не образует собственных минералов . В качестве изоморфной примеси рубидий входит в минералы других щелочных металлов и прежде всего калия . По сравнению с калием рубидий концентрируется в минералах более поздних стадий дифференциации. К числу богатых рубидием минералов относятся минералы-концентраторы: поллуцит , лепидолит , циннвальдит , амазонит , биотит . Среднее содержание рубидия в горных породах увеличивается в ряду от основных к кислым от 0,1.10 -4 до 1,7.10 -4 г/т. Относительно высокая концентрация рубидия наблюдается в минералах низкотемпературных пегматитовых жил (до 1-3% рубидий). Основные промышленные запасы рубидия сконцентрированы в

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Рубидий - тридцать седьмой элемент Периодической таблицы. Обозначение - Rb от латинского «rubidium». Расположен в пятом периоде, IA группе. Относится к металлам. Заряд ядра равен 37.

В виде простого вещества представляет собой белый (рис. 1), мягкий, весьма низкоплавкий (температура плавления равна 39,3°С) металл. Пар рубидия окрашен в зеленовато-синий цвет. Растворяется в жидком аммиаке с образованием темно-синего раствора. Чрезвычайно реакционноспособный; сильнейший восстановитель. Энергично реагирует с кислородом воздуха и водой (идет воспламенение металла и выделяющегося водорода), разбавленными кислотами,неметаллами, аммиаком, сероводородом. Не реагирует с азотом. Хорошо сохраняется лишь под слоем парафинового или вазелинового масла. С ртутью образует амальгаму. Окрашивает пламя газовой горелки в фиолетовый цвет.

Рис. 1. Рубидий. Внешний вид.

Атомная и молекулярная масса рубидия

Относительной молекулярная масса вещества (M r) - это число, показывающее, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента (A r) — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.

Поскольку в свободном состоянии рубидий существует в виде одноатомных молекул Rb, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 85,4678.

Изотопы рубидия

Известно, что в природе рубидий может находиться в виде двух стабильных изотопов 85 Rb (72,2%) и 87 Rb (27,8%). Их массовые числа равны 85 и 87 соответственно. Ядро атома изотопа рубидия 85 Rb содержит тридцать семь протонов и сорок восемь нейтронов, а изотопа 85 Rb - столько же протонов и пятьдесят нейтронов.

Существуют искусственные нестабильные изотопы рубидия с массовыми числами от 71-го до 102-х, а также шестнадцать изомерных состояния ядер, среди которых наиболее долгоживущим является изотоп 86 Rb с периодом полураспада равным 18,642 суток.

Ионы рубидия

На внешнем энергетическом уровне атома рубидия имеется один электрон, который является валентным:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 5s 1 .

В результате химического взаимодействия рубидий отдает свой валентный электрон, т.е. является его донором, и превращается в положительно заряженный ион:

Rb 0 -1e → Rb + .

Молекула и атом рубидия

В свободном состоянии рубидий существует в виде одноатомных молекул Rb. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу рубидия:

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1