Рубидий

Общие сведения и методы получения

Рубидий ( Rb )—серебрнсто-белый металл. Относится к группе щелоч­ных; его ближайшие аналоги — цезий, калий, натрий. Распространен­ность в земной коре 1,5*Ю^-2 % (по массе). Элемент получил название от латинского rubidus по пвету спектральных линий (красный, темно-красный), обнаруженных в 1861 г. Бунзеном и Киргофом при исследо­вании щелочных металлов.

Рубидий не образует собственных минералов и является типичным рассеянным элементом. Как изоморфная примесь входит в минералы калия и цезия (сильвинит, карналлит, микроклнн, биотит, пусковит и др.). Концентрация рубидия в указанных минералах 0,02—0,09 %. Во многих горных породах отношение К : Rb равно ~90. Соли рубидия растворены в морской воде и в воде минеральных источников. Извлече­ние рубидия из различных минералов и руд представляет значительные трудности. Соли рубидия получают как побочные продукты при про­изводстве солей лнтия, магния и калия.

В промышленности металлический рубидий получают в основном вакуумно-термическнм восстановлением, воздействуя, например, на RbCl кальцием или магнием при 600—700 °С в вакууме. Можно также получать металлический рубидий и электрохимическим способом, под­вергая электролизу его расплавленные галогенидные соединения. При этом на жидком свинцовом катоде получают свинцоворубидиевый сплав, из которого металлический рубидий выделяют диссоциацией в вакууме. Небольшое количество рубидия высокой чистоты можно полу­чить путем термического разложения азида при нагреве до 390— 395 °С в вакууме.

Физические свойства

Атомные характеристики. Атомный номер 37, атомная масса 85,47 а. е. м., атомный объем 55,48*10^-6 м³/моль. Атомный радиус (металлический) 0,253 нм, нонный радиус Rb + 0,149 им, ковалентный 0,216 нм. Конфи­гурация внешних электронных оболочек атома 4 p ⁶ 5 s '. Элемент состоит из стабильного изотопа ⁸⁵ Rb (72,15 %) и слабо радиоактивного изотопа

⁸⁷Rb (27,86 °/ o ). испускающего электроны с периодом полураспада 5*10¹⁰ лет. Кроме того, искусственным путем получено свыше 20 мало­устойчивых изотопов рубидия с атомной массой от 81 до 92. Изотопы с атомной массой менее 85 испускают позитроны (Р+-лучи). Так, пе­риод полураспада изотопа ^8, Rb , ⁸² Rb , ⁸³ Rb соответственно равен 4,7; 6,3 ч и 83 дням. Изотоп с атомной массой выше 85 испускают электро­ны (B--лучи), период полураспада этих изотопов составляет несколько минут и даже секунд.

Рубидий кристаллизуется в о. ц. к. структуру, при комнатной темпе­ратуре период решетки а = 0,570 нм. Энергия кристаллической решетки 86 мкДж/к моль. Потенциалы ионизации атома рубидия / (эВ): 4,176; 27,56; 40 эВ. Радиус иона Rb + 0,149 нм. Электроотрицательность 0,8. Работа выхода электронов ср=2,16 эВ.

Плотность. При комнатной температуре плотность рубидия р равна 1,532 Мг/м³.

Химические свойства

Нормальный электродный потенциал реакции Rb — e = i = Rb + при 298 К (25°С), ф₀=—2,925 В. Рубидий, как и остальные щелочные металлы, во всех соединениях проявляет степень окисления +1 и является одним из наиболее электроположительных элементов.

Рубидий Отличается более высокой реакционной способностью, чем литий, натрий и калий: иа воздухе металл мгновенно окисляется с вос­пламенением.

В ряду напряжений рубидий стоит далеко впереди водорода и вы­тесняет его из воды, образуя при этом сильное основание RbOH .

При пропускании сухого водорода над слегка нагретым рубидием образуется гидрид рубидия RbH с кристаллической решеткой типа NaCl , имеющий период а=0,6037 нм; рентгеновская плотность р =2,59 Мг/м³; теплота образования этого соединения ЛЯобр =54,98 кДж/моль.

Оксид рубидия Rb ₂ 0 может быть получен прн термическом распаде супероксида по схеме Rb 0₂-<- Rb 20₂-»- Rb ₂ 0, который начинается при на­греве Rb 0₂ до температур, превышающих 397 "С. Rb ₂ 0 имеет кристалли­ческую решетку типа CaF ₂ , период а=0,674 нм, рентгеновская плотность 4,05 Мг/м³.

Гидроксид рубидия RbOH можно получить при взаимодействии Rb ₂ 0 с Н₂ при слабом нагревании, он хорошо растворим в воде и спирте. Плавится при 574 К (301 °С), кристаллизуется в решетку типа NaCl с периодом а=0,697 нм.

Хлорид рубидия RbCl получают взаимодействием карбонатов с со­ляной кислотой, хорошо растворим в воде.

Карбид рубидия Rb ₂ C ₂ может быть получен при взаимодействии рубидия с ацетиленом по реакции 2 Rb +2 H ₂ C ₂ - v 2 RbHC ₂ - fH ₂ . Кислый ацетилид рубидия при слабом нагреве распадается на карбид и ацети­лен. Карбид рубидия обладает высокой химической активностью, са­мовоспламеняется в среде С0₂ и S 0₂. При взаимодействии карбида рубидия с водой происходит взрыв, причем металл сгорает, а углерод выделяется в виде угля.

Области применения

Металлический рубидий применяют в гидридных топливных элементах. Он входит в состав металлических теплоносителей для ядерных реакто­ров, используется для изготовления высокоэффективных фотоэлектрон­ных умножителей, в вакуумных радиолампах — в качестве геттера и для создания положительных ионов на нитях иакала. Рубидий входит в сос­тав смазочных материалов, применяемых в реактивной и космической технике. Смесь хлоридов рубидия н меди используют при изготовлении термометров для измерения высоких температур (380—390 °С). Лампы низкого давления с парами рубидия служат источниками резонансного излучения; пары рубидия также используют в лазерах в чувствительных магнитометрах, необходимых при космических и геофизических иссле­дованиях