Populyarnaya biblioteka himicheskih elementov<< Kripton | Oglavlenie | Stroncii >>
Rubidii
Izdatel'stvo "Nauka", 1977
Elektronnaya versiya: "Nauka i Tehnika", 2002
S pervogo vzglyada rubidii ne proizvodit osobogo vpechatleniya. Pravda, ego demonstriruyut ne na chernom barhate, a v zapayannoi i predvaritel'no vakuumirovannoi steklyannoi ampule. Svoim vneshnim vidom - blestyashei serebristo-beloi poverhnost'yu etot shelochnoi metall napominaet bol'shinstvo drugih metallov. Odnako pri bolee blizkom znakomstve vyyavlyaetsya ryad prisushih emu neobychainyh, podchas unikal'nyh osobennostei.
Tak, stoit lish' neskol'ko minut poderzhat' v rukah ampulu s rubidiem, kak on prevrashaetsya v poluzhidkuyu massu - ved' temperatura plavleniya rubidiya vsego 39oC.
Atomnaya massa rubidiya srednyaya mezhdu atomnymi massami medi i serebra, no ego svoistva rezko otlichny ot svoistv metallov-"sosedei". Vprochem, etogo sledovalo ozhidat', esli uchest' mestopolozhenie rubidiya v periodicheskoi sisteme. Prezhde vsego on legok (plotnost' 1,5 g/sm3) i ploho provodit elektricheskii tok. No samoe primechatel'noe - eto ego isklyuchitel'naya himicheskaya aktivnost'. V vakuume rubidii hranyat ne zrya - na vozduhe on momental'no vosplamenyaetsya. Pri etom obrazuyutsya soedineniya s vysokim soderzhaniem kisloroda - perekisi i nadperekisi rubidiya. Ne menee zhadno (s vosplameneniem) soedinyaetsya on s hlorom i drugimi galogenami, a s seroi i fosforom - dazhe so vzryvom.
Voobshe rubidii vstupaet v reakciyu pochti so vsemi elementami; v literature opisany ego soedineniya s vodorodom i azotom (gidridy i nitridy), s borom i kremniem (boridy i silicidy), s zolotom, kadmiem i rtut'yu (auridy, kadmidy, merkuridy) i mnogie drugie.
Pri obychnoi temperature rubidii razlagaet vodu stol' burno, chto vydelyayushiisya vodorod tut zhe vosplamenyaetsya. Pri 300oC ego pary razrushayut steklo, vytesnyaya iz nego kremnii.
Izvestno, chto mnogie metally obladayut fotoelektricheskimi svoistvami. Svet, popadayushii na katody, izgotovlennye iz etih metallov, vozbuzhdaet v cepi elektricheskii tok. No esli v sluchae platiny, naprimer, dlya etogo trebuyutsya luchi s ochen' maloi dlinoi volny, to u rubidiya, naprotiv, fotoeffekt nastupaet pod deistviem naibolee dlinnyh voln vidimogo spektra - krasnyh. Eto znachit, chto dlya vozbuzhdeniya toka v rubidievom fotoelemente trebuyutsya men'shie zatraty energii. V etom otnoshenii rubidii ustupaet tol'ko ceziyu, kotoryi chuvstvitelen ne tol'ko k svetovym, no i k nevidimym infrakrasnym lucham.
Isklyuchitel'no vysokaya aktivnost' rubidiya proyavlyaetsya i v tom, chto odin iz ego izotopov - 87Rb (a na ego dolyu prihoditsya 27,85% prirodnyh zapasov rubidiya) - radioaktiven: on samoproizvol'no ispuskaet elektrony (beta-luchi) i prevrashaetsya v izotop stronciya s periodom poluraspada v 50...60 mlrd let.
Okolo 1% stronciya obrazovalos' na Zemle imenno etim putem, i esli opredelit' sootnoshenie izotopov stronciya i rubidiya s atomnoi massoi 87 v kakoi-libo gornoi porode, to mozhno s bol'shoi tochnost'yu vychislit' ee vozrast.
Takoi metod prigoden primenitel'no k naibolee drevnim porodam i mineralam. S ego pomosh'yu ustanovleno, naprimer, chto samye starye skaly amerikanskogo kontinenta voznikli 2100 mln. let tomu nazad.
Kak vidite, u etogo vneshne neprityazatel'nogo serebristogo-belogo metalla est' nemalo interesnyh svoistv.
Pochemu ego nazvali rubidiem? Rubidus - po-latyni "krasnyi". Kazalos' by, eto imya skoree podhodit medi, chem ochen' obyknovennomu po okraske rubidiyu. No ne budem speshit' s vyvodami.
Eto nazvanie bylo dano elementu N 37 ego pervootkryvatelyami Kirhgofom i Bunzenom. Sto s lishnim let nazad, izuchaya s pomosh'yu spektroskopa razlichnye mineraly, oni zametili, chto odin iz obrazcov lepidolita, prislannyi iz Rozeny (Saksoniya), daet osobye linii v temno-krasnoi oblasti spektra. Eti linii ne vstrechalis' v spektrah ni odnogo izvestnogo veshestva. Vskore analogichnye temno-krasnye linii byli obnaruzheny v spektre osadka, poluchennogo posle ispareniya celebnyh vod iz mineral'nyh istochnikov Shvarcval'da. Estestvenno bylo predpolozhit', chto eti linii prinadlezhat kakomu-to novomu, do togo neizvestnomu elementu. Tak v 1861 g. byl otkryt rubidii. No soderzhanie ego v oprobovannyh obrazcah bylo nichtozhnym, i, chtoby izvlech' malo-mal'ski oshutimye kolichestva, Bunzenu prishlos' vyparivat' svyshe 40 m3 mineral'nyh vod. Iz uparennogo rastvora on osadil smes' hloroplatinatov kaliya, rubidiya i ceziya. Dlya otdeleniya rubidiya ot ego blizhaishih rodstvennikov (i osobenno ot bol'shogo izbytka kaliya) uchenyi podverg osadok mnogokratnoi frakcionirovannoi kristallizacii i poluchil iz naimenee rastvorimoi frakcii hloridy rubidiya i ceziya. Bunzen perevel ih zatem v karbonaty i tartraty (soli vinnoi kisloty), chto pozvolilo eshe luchshe ochistit' rubidii i osvobodit' ego ot osnovnoi massy ceziya. Ogromnyi trud i nezauryadnaya izobretatel'nost' prinesli svoi plody: Bunzenu udalos' razreshit' ves'ma slozhnyi vopros i poluchit' ne tol'ko otdel'nye soli rubidiya, no i sam element.
Metallicheskii rubidii byl vpervye poluchen pri vosstanovlenii sazhei kislogo tartrata. V nastoyashee vremya nailuchshii sposob izvlecheniya rubidiya - vosstanovlenie ego hlorida metallicheskim kal'ciem. Reakciyu vedut v zheleznoi probirke, pomeshennoi v trubchatyi kvarcevyi pribor. V vakuume pri 700...800oC rubidii otdaet kal'ciyu svoi hlor, a sam vozgonyaetsya. Ego pary sobirayutsya v special'nom otrostke pribora; tam oni ohlazhdayutsya, posle chego ves' otrostok s zaklyuchennym v nem rubidiem otpaivayut. Posle povtornoi peregonki v vakuume pri 365oC mozhno poluchit' metallicheskii rubidii vysokoi stepeni chistoty.
Skol'ko rubidiya na zemnom share i gde on vstrechaetsya? Na poslednii vopros otvetit' legche: prakticheski vezde; a vot na pervyi otvety dovol'no protivorechivy. Raznye issledovateli nazyvayut raznye cifry. Seichas prinyato schitat', chto soderzhanie rubidiya v zemnoi kore sostavlyaet 1,5.10-2%. Eto bol'she, chem u takih izvestneishih metallov, kak med', cink, olovo, svinec. No vydelit' rubidii znachitel'no slozhnee, chem olovo ili svinec, i delo ne tol'ko v bol'shoi himicheskoi aktivnosti elementa N 37. Beda v tom, chto rubidii ne obrazuet skoplenii, u nego net sobstvennyh mineralov. On kraine rasseyan i vstrechaetsya vmeste s drugimi shelochnymi metallami, vsegda soputstvuya kaliyu.
Rubidii obnaruzhen v ochen' mnogih gornyh porodah i mineralah, no ego koncentraciya tam kraine nizka. Tol'ko lepidolity soderzhat neskol'ko bol'she Rb2O, inogda 0,2%, a izredka i do 1...3%. Soli rubidiya rastvoreny v vode morei, okeanov i ozer. Koncentraciya ih i zdes' ochen' nevelika, v srednem poryadka 100mkg/l. Znachit, v mirovom okeane rubidiya v sotni raz men'she, chem v zemnoi kore. Vprochem, v otdel'nyh sluchayah soderzhanie rubidiya v vode vyshe: v Odesskih limanah ono okazalos' ravnym 670 mkg/l, a v Kaspiiskom more - 5700mkg/l. Povyshennoe soderzhanie rubidiya obnaruzheno i v nekotoryh mineral'nyh istochnikah Brazilii.
Rubidii naiden v morskih vodoroslyah, v chae, kofe, v saharnom trostnike i tabake: v zole tabachnyh list'ev okazalos' do 0,004% rubidiya (a kaliya v nih v 1000 raz bol'she).
Iz morskoi vody rubidii pereshel v kaliinye solyanye otlozheniya, glavnym obrazom v karnallity. V strassfurtskih i solikamskih karnallitah soderzhanie rubidiya kolebletsya v predelah ot 0,037 do 0,15%. Mineral karnallit - slozhnoe himicheskoe soedinenie, obrazovannoe hloridami kaliya i magniya s vodoi; ego formula KClžMgCl2ž6H2O. Rubidii daet sol' analogichnogo sostava RbClžMgCl2ž6H2O, prichem obe soli - kalievaya i rubidievaya - imeyut odinakovoe stroenie i obrazuyut nepreryvnyi ryad tverdyh rastvorov, kristallizuyas' sovmestno. Karnallit horosho rastvorim v vode, potomu "vskrytie" minerala ne predstavlyaet bol'shogo truda. Seichas razrabotany i opisany v literature vpolne racional'nye i ekonomichnye metody izvlecheniya rubidiya iz karnallita, poputno s drugimi elementami.
Moshnye zalezhi karnallita, nesomnenno, - odin iz naibolee perspektivnyh istochnikov rubidievogo syr'ya. Hotya koncentraciya rubidiya zdes' i nevelika, no obshie zapasy solei takovy, chto kolichestvo rubidiya izmeryaetsya millionami tonn.
Gde primenyaetsya rubidii? Kuda on idet i kakuyu pol'zu prinosit? Uvy, chitatel'! Posluzhnoi spisok rubidiya nevelik. Mirovoe proizvodstvo etogo metalla nichtozhno (neskol'ko desyatkov kilogrammov v god), a stoimost' nepomerno velika: 2,5 dollara za 1 g. Ob'yasnyaetsya eto glavnym obrazom nichtozhnymi zapasami rubidiya v osnovnyh kapitalisticheskih stranah. I vse-taki sovershenno "bezrabotnym" elementom ego ne nazovesh'.
Rubidievye preparaty inogda primenyayutsya v medicine kak snotvornye i boleutolyayushie sredstva, a takzhe pri lechenii nekotoryh form epilepsii. Otdel'nye ego soedineniya ispol'zuyutsya v analiticheskoi himii kak specificheskie reaktivy na marganec, cirkonii, zoloto, palladii i serebro. Sam metall izredka upotreblyayut dlya izgotovleniya fotoelementov, no po chuvstvitel'nosti i diapazonu deistviya rubidievye fotokatody ustupayut nekotorym drugim, v chastnosti cezievym.
Mezhdu tem issledovaniya, provedennye uchenymi razlichnyh stran, pokazali, chto rubidii i ego soedineniya obladayut mnogimi prakticheski cennymi kachestvami. Sredi nih pervostepennoe znachenie imeet kataliticheskaya aktivnost'.
Eshe v 1921 g. nemeckie himiki Fisher i Tropsh nashli, chto karbonat rubidiya - prevoshodnyi komponent katalizatora dlya polucheniya sinteticheskoi nefti - sintola. Sintolom byla nazvana smes' spirtov, al'degidov i ketonov, obrazuyushayasya iz vodyanogo gaza (smesi vodoroda s okis'yu ugleroda) pri 410oC i davleniya 140...150 atm v prisutstvii special'nogo katalizatora. Posle dobavleniya benzola etu smes' mozhno bylo ispol'zovat' v kachestve motornogo topliva. Katalizatorom sluzhila zheleznaya struzhka, propitannaya gidrookis'yu kaliya. No esli kalii zamenit' rubidiem, to effektivnost' processa znachitel'no povyshaetsya. Vo-pervyh, vyhod maslyanistyh produktov i vysshih spirtov stanovitsya vdvoe bol'she; vo-vtoryh, rubidievyi katalizator (v otlichie ot kalievogo) ne pokryvaetsya sazhei i poetomu sohranyaet svoyu pervonachal'nuyu aktivnost' znachitel'no dol'she.
Pozdnee byli zapatentovany special'nye katalizatory s rubidiem dlya sinteza metanola i vysshih spirtov, a takzhe stirola i butadiena. Ishodnymi produktami sluzhili: v pervom sluchae - vodyanoi gaz, vo vtorom - etilbenzol i butilenovaya frakciya nefti.
Stirol i butadien - ishodnye veshestva dlya polucheniya sinteticheskogo kauchuka i poetomu ih proizvodstvo zanimaet vidnoe mesto v himicheskoi promyshlennosti vysokorazvityh stran. Obychno katalizatorami zdes' sluzhat okisly zheleza s primes'yu okislov drugih metallov, glavnym obrazom medi, cinka, hroma, marganca ili magniya, propitannye solyami kaliya.
No esli vmesto kaliya vvesti v sostav katalizatora do 5% karbonata rubidiya, to skorost' reakcii udvaivaetsya. Krome togo, znachitel'no povyshaetsya tak nazyvaemoe selektivnoe deistvie katalizatora i ego ustoichivost', t.e. process idet v zhelaemom napravlenii, bez obrazovaniya pobochnyh produktov, a katalizator sluzhit dol'she i ne trebuet chastoi smeny.
V poslednie gody predlozheny katalizatory, soderzhashie v tom ili inom vide rubidii, dlya gidrogenizacii, degidrogenizacii, polimerizacii i nekotoryh drugih reakcii organicheskogo sinteza. Tak, naprimer, metallicheskii rubidii oblegchaet process polucheniya ciklogeksana iz benzola. V etom sluchae process idet pri znachitel'no bolee nizkih temperaturah i davleniyah, chem pri aktivacii ego natriem ili kaliem, i emu pochti ne meshayut "smertel'nye" dlya obychnyh katalizatorov yady - veshestva, soderzhashie seru.
Karbonat rubidiya okazyvaet polozhitel'noe deistvie na process polimerizacii aminokislot; s ego pomosh'yu polucheny sinteticheskie polipeptidy s molekulyarnoi massoi do 40000, prichem reakciya protekaet bez inercii, momental'no.
Ochen' interesnoe issledovanie bylo provedeno v SShA v svyazi s rabotami po izyskaniyu novyh vidov aviacionnogo topliva. Bylo naideno, chto tartrat rubidiya mozhet byt' katalizatorom pri okislenii sazhi okislami azota, znachitel'no snizhaya temperaturu etoi reakcii po sravneniyu s solyami kaliya.
Po nekotorym dannym, rubidii uskoryaet izotopnyi obmen ryada elementov. V chastnosti, ego sposobnost' neposredstvenno soedinyat'sya kak s vodorodom, tak i s deiteriem mozhet byt' ispol'zovana dlya polucheniya tyazhelogo vodoroda, tak kak deiterid rubidiya obladaet bol'shei letuchest'yu, chem obychnyi gidrid. Ne isklyucheno, chto gidrid i osobenno borogidridy rubidiya smogut byt' primeneny v kachestve vysokokaloriinyh dobavok k tverdym toplivam.
Izvestno, chto soedineniya rubidiya s sur'moi, vismutom, tellurom, prigodnye dlya izgotovleniya fotokatodov, obladayut poluprovodnikovymi svoistvami, a ego odnozameshennye fosfaty i arsenaty mogut byt' polucheny v vide p'ezoelektricheskih kristallov.
Nakonec u evtekticheskih *) smesei hloridov rubidiya s hloridami medi, serebra ili litiya elektricheskoe soprotivlenie padaet s povysheniem temperatury stol' rezko, chto oni mogut stat' ves'ma udobnymi termistorami v razlichnyh elektricheskih ustanovkah, rabotayushih pri temperature 150...290oC.
[ * Evtektikoi nazyvaetsya naibolee legkoplavkii sostav iz dvuh (ili neskol'kih) veshestv, vzyatyh v opredelennom sootnoshenii. ]
Takov daleko ne polnyi perechen' teh vozmozhnostei, kotorymi raspolagaet rubidii...
Na Severnom Urale sredi dremuchih lesov raspolozhen starinnyi russkii gorod Solikamsk. Za gody Sovetskoi vlasti na vysokom beregu Kamy, vblizi starogo Solikamska, vyros novyi, siyayushii ognyami gorod. Zdes' nahoditsya odna iz pervyh shaht Solikamskogo kaliinogo kombinata. Spuskayas' v etu shahtu, popadaesh' na dovol'no shirokuyu ploshadku, chem-to napominayushuyu stanciyu metro. Zdes' tak zhe svetlo, i uyutno, a steny "oblicovany" blestyashim, kak mramor, kaliino-natrievym mineralom sil'vinitom. Sil'vinit okrashen v razlichnye cveta: to on snezhno-belyi (chisteishii sil'vin - hlorid kaliya), to perelivaetsya vsemi ottenkami ot svetlo-rozovogo do pochti krasnogo i ot svetlo-golubogo do temno-sinego. On pronizan prozrachnymi i bescvetnymi kristallami hlorida natriya. No sredi nih inogda popadayutsya krupnye blestyashie i sovershenno chernye kubiki.
Otkuda vzyalas' povarennaya sol' chernogo cveta?
Polagayut, chto eto - pocherk rubidiya, chto hlorid natriya pochernel pod deistviem radioaktivnyh izluchenii 87Rb. Tak rubidii napominaet o sebe, daet znat' o svoem sushestvovanii.
Ne tol'ko spektrografisty
Pervootkryvateli rubidiya i ceziya nemeckie uchenye R.Bunzen i G.Kirhgof proslavilis' ne tol'ko kak sozdateli spektral'nogo analiza. Kazhdomu iz nih prinadlezhit nemalo i interesnyh rabot i otkrytii.
Kirhgof
Gustav Robert Kirhgof - fizik s mirovym imenem. On ustanovil zakonomernosti techeniya elektricheskogo toka v razvetvlennyh cepyah, vvel v fiziku ponyatie absolyutno chernogo tela, sformuliroval osnovnoi zakon teplovogo izlucheniya.
V 1861 g. Kirhgof ustanovil, chto Solnce sostoit iz raskalennoi zhidkoi massy, okruzhennoi atmosferoi parov, i vyskazal pravil'nye predpolozheniya o himicheskom sostave etih parov. Vsyu zhizn' Kirhgof byl ubezhdennym materialistom. Spektral'nyi analiz, osnovy kotorogo zalozheny Kirhgofom i Bunzenom, stal vazhneishim fiziko-himicheskim metodom nauchnyh issledovanii. On shiroko primenyaetsya i v nashe vremya.
Bunzen
Robert Vil'gel'm Bunzen - vydayushiisya nemeckii himik XIXv. Pervoi krupnoi rabotoi Buizena bylo issledovanie organicheskih soedinenii mysh'yaka. V 1841 g. on izobrel ugol'no-cinkovyi gal'vanicheskii element, elektrodvizhushaya sila kotorogo dostigala 1,7 v. Po tem vremenam eto byl samyi moshnyi gal'vanicheskii element. Ispol'zuya batareyu takih elementov, Bunzen poluchil elektrolizom iz rasplavov solei magnii, kal'cii, litii, stroncii, barii.
Mnogo vnimaniya udelyal uchenyi opredeleniyu fizicheskih konstant vazhneishih veshestv. On razrabotal tochnye metody gazovogo analiza, izobrel i usovershenstvoval mnogie laboratornye pribory i oborudovanie. Razovymi gorelkami i kolbami Bunzena dlya fil'trovaniya do sih por pol'zuyutsya v laboratoriyah vsego mira.
Bunzen byl samootverzhenno predan nauke. Rabotaya s mysh'yakom, on tyazhelo otravilsya, vo vremya odnogo iz vzryvov v laboratorii poteryal glaz.
Zaslugi uchenogo byli priznany vsem mirom. V 1862 g. Rossiiskaya Akademiya nauk izbrala ego inostrannym chlenom-korrespondentom.
<< Kripton | Oglavlenie | Stroncii >>
|
Publikacii s klyuchevymi slovami:
himicheskie elementy - atomy - periodicheskaya tablica Mendeleeva
Publikacii so slovami: himicheskie elementy - atomy - periodicheskaya tablica Mendeleeva | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> | |
