1861-ben az anyagok tanulmányozására nemrég feltalált fizikai módszer - a spektrális elemzés - ismét bebizonyította erejét és megbízhatóságát, a tudomány és a technológia nagy jövőjének garanciájaként. Segítségével fedezték fel a második eddig ismeretlen kémiai elemet, a rubídiumot. Aztán, amikor D. I. Mengyelejev 1869-ben felfedezte a periodikus törvényt, a rubídium más elemekkel együtt helyet fogl alt a táblázatban, ami rendet hozott a kémiai tudományban.
A rubídium további vizsgálata kimutatta, hogy ennek az elemnek számos érdekes és értékes tulajdonsága van. Itt a legjellemzőbbeket és a legfontosabbakat fogjuk megvizsgálni.
Egy kémiai elem általános jellemzői
A rubídium rendszáma 37, vagyis atomjaiban az atommagok összetétele éppen ennyi pozitív töltésű részecskét – protont – tartalmaz. Illetőlegegy semleges atomnak 37 elektronja van.
Elem szimbólum - Rb. A periodikus rendszerben a rubídium az I. csoport elemei közé tartozik, a periódus az ötödik (a táblázat rövid periódusú változatában az I. csoport fő alcsoportjába tartozik és a hatodik sorban található). Ez egy alkálifém, egy puha, nagyon olvadó, ezüstfehér kristályos anyag.
Felfedezési előzmények
A rubídium kémiai elem felfedezésének megtiszteltetése két német tudóst illet – Robert Bunsen vegyészt és Gustav Kirchhoff fizikust, az anyag összetételének tanulmányozására szolgáló spektroszkópiai módszer szerzőit. Miután a spektrális elemzés 1860-ban a cézium felfedezéséhez vezetett, a tudósok folytatták a kutatást, és már a következő évben a lepidolit ásvány spektrumának tanulmányozásakor két azonosítatlan sötétvörös vonalat fedeztek fel. Nevét a legerősebb spektrumvonalak jellegzetes árnyalatának köszönheti, amellyel egy eddig ismeretlen elem létezését lehetett megállapítani: a rubidus szót latinból „bíbor, sötétvörös”-nek fordítják.
1863-ban Bunsen volt az első, aki a fémes rubídiumot izolálta az ásványvíz forrásvízből nagy mennyiségű oldat elpárologtatásával, a kálium-, cézium- és rubídiumsók elválasztásával, majd a fém kormol történő redukálásával. Később N. Beketovnak sikerült alumíniumpor segítségével kinyernie a rubídiumot annak hidroxidjából.
Az elem fizikai jellemzői
A rubidium könnyűfém, vansűrűség 1,53 g/cm3(nulla hőmérsékleten). Köbös testközpontú ráccsal kristályokat képez. A rubídium mindössze 39 °C-on, azaz szobahőmérsékleten olvad meg, állaga már közel pépes. A fém 687 °C-on forr, gőzei zöldeskék színűek.
A Rubidium egy paramágnes. Vezetőképességét tekintve több mint 8-szor jobb, mint a higany 0 °C-on, és majdnem ugyanannyiszor rosszabb, mint az ezüst. Más alkálifémekhez hasonlóan a rubídiumnak is nagyon alacsony a fotoelektromos hatásküszöbe. A benne lévő fotoáram gerjesztéséhez elegendő a hosszú hullámhosszú (azaz alacsony frekvenciájú és kevesebb energiát hordozó) vörös fénysugarak. Ebből a szempontból csak a cézium múlja felül érzékenységben.
Izotópok
A rubidium atomtömege 85,468. A természetben két izotóp formájában fordul elő, amelyek az atommagban lévő neutronok számában különböznek egymástól: a rubídium-85 alkotja a legnagyobb arányt (72,2%), és sokkal kisebb mennyiségben - 27,8% - rubídium-87. Atomjaik magja 37 proton mellett 48, illetve 50 neutront tartalmaz. A könnyebb izotóp stabil, míg a rubídium-87 felezési ideje hatalmas, 49 milliárd év.
Jelenleg ennek a kémiai elemnek több tucat radioaktív izotópját nyerték mesterségesen: az ultrakönnyű rubídium-71-től a neutronokkal túlterhelt rubídium-102-ig. A mesterséges izotópok felezési ideje néhány hónaptól 30 nanomásodpercig terjed.
Alapvető kémiai tulajdonságok
Mint fentebb megjegyeztük, a kémiai elemek sorozatában a rubídium (mint például a nátrium, kálium, lítium, cézium és francium) az alkálifémek közé tartozik. Atomjaik elektronikus konfigurációjának sajátossága, amely meghatározza a kémiai tulajdonságokat, hogy csak egy elektron jelenléte van a külső energiaszinten. Ez az elektron könnyen elhagyja az atomot, és a fémion ezzel egyidejűleg felveszi a periódusos rendszerben előtte lévő inert elem energetikailag kedvező elektronkonfigurációját. A rubídium esetében ez a kripton konfiguráció.
Így a rubídiumnak, mint más alkálifémeknek, kifejezett redukáló tulajdonságai vannak, és +1 oxidációs állapota van. Az alkáli tulajdonságok hangsúlyosabbak az atomtömeg növekedésével, mivel az atom sugara is növekszik, és ennek megfelelően a külső elektron és az atommag közötti kötés gyengül, ami a kémiai aktivitás növekedéséhez vezet. Ezért a rubídium aktívabb, mint a lítium, a nátrium és a kálium, a cézium pedig aktívabb, mint a rubídium.
Összefoglalva a fentieket a rubídiumról, az elem az alábbi ábrán látható módon értelmezhető.
Rubidium által alkotott vegyületek
Levegőben ez a fém kivételes reakciókészsége miatt hevesen oxidálódik, gyulladással (a láng ibolya-rózsaszín színű); a reakció során szuperoxid és rubídium-peroxid képződik, amelyek erős oxidálószerek tulajdonságait mutatják:
- Rb + O2 → RbO2.
- 2Rb + O2 →Rb2O2.
Oxid képződik, ha az oxigén hozzáférése a reakcióhoz korlátozott:
- 4Rb + O2 → 2Rb2O.
Ez egy sárga színű anyag, amely reakcióba lép vízzel, savakkal és savas oxidokkal. Az első esetben az egyik legerősebb lúg képződik - rubídium-hidroxid, a többiben - sók, például rubídium-szulfát Rb2SO4, amelyek többsége oldható.
Még hevesebben, robbanás kíséretében (mivel mind a rubídium, mind a felszabaduló hidrogén azonnal meggyullad), a fém vízzel reagál, ami rendkívül agresszív vegyület, rubídium-hidroxidot képez:
- 2Rb + 2H2O → 2RbOH +H2.
A rubídium egy kémiai elem, amely számos nemfémmel is közvetlenül reagálhat – foszforral, hidrogénnel, szénnel, szilíciummal és halogénekkel. A rubídium-halogenidek - RbF, RbCl, RbBr, RbI - jól oldódnak vízben és néhány szerves oldószerben, például etanolban vagy hangyasavban. A fém és a kén kölcsönhatása (kénporral való dörzsölés) robbanásveszélyes, és szulfidképződéshez vezet.
A rubídiumnak vannak rosszul oldódó vegyületei is, mint például a perklorát RbClO4, ezeket az analitikában használják ennek a kémiai elemnek a meghatározására.
A természetben lenni
A rubídium nem ritka elem. Szinte mindenhol megtalálható, benne vanszámos ásvány és kőzet összetétele, valamint az óceánban, a földalatti és a folyóvizekben is megtalálható. A földkéregben a rubídium-tartalom eléri a réz-, cink- és nikkeltartalom összértékét. Azonban sok ritkább fémtől eltérően a rubídium rendkívül nyomelem, koncentrációja a kőzetben nagyon alacsony, és nem képez saját ásványokat.
Az ásványi anyagok összetételében a rubídium mindenhol kíséri a káliumot. A rubídium legmagasabb koncentrációja a lepidolitokban található, amelyek lítium- és céziumforrásként is szolgálnak. Tehát a rubídium mindig kis mennyiségben van jelen ott, ahol más alkálifémek is találhatók.
Egy kicsit a rubídium használatáról
A chem. rövid leírása. A rubídium elemet kiegészíthetjük néhány szóval arról, hogy milyen területeken használják ezt a fémet és vegyületeit.
A rubidiumot fotocellák gyártásában használják, a lézertechnológiában, néhány speciális rakétatechnológiai ötvözet része. A vegyiparban a rubídiumsókat nagy katalitikus aktivitásuk miatt használják. A mesterséges izotópok egyikét, a rubídium-86-ot a gamma-sugaras hibák kimutatására, valamint a gyógyszeriparban használják gyógyszerek sterilizálására.
Egy másik izotóp, a rubídium-87, a geokronológiában használatos, ahol nagyon hosszú felezési ideje miatt a legrégebbi kőzetek korának meghatározására szolgál (rubídium-stroncium módszer).
Ha több évtizedetMíg egykor azt hitték, hogy a rubídium olyan kémiai elem, amelynek hatóköre valószínűleg nem fog bővülni, most ennek a fémnek a lehetőségei nyílnak meg, például a katalízisben, a magas hőmérsékletű turbinaegységekben, a speciális optikában és más területeken. Tehát a rubídium fontos szerepet játszik és fog játszani a modern technológiákban.
