Рубідій

Рубідій (Rb)
Атомний номер	37
Зовнішній вигляд простої речовини	м'який, сріблясто-білий, хімічно активний метал Рубідій
Властивості атома
Атомна маса (молярна маса)	85,4678 а.о.м. (г/моль)
Радіус атома	248 пм
Енергія іонізації (перший електрон)	402,8(4,17) кДж/моль (еВ)
Електронна конфігурація	[Kr] 5s^1
Хімічні властивості
Ковалентний радіус	216 пм
Радіус іона	(+1e)147 пм
Електронегативність (за Полінгом)	0,82
Електродний потенціал	0
Ступені окиснення	1
Термодинамічні властивості
Густина	1,532 г/см³
Молярна теплоємність	0,360 Дж/(К·моль)
Теплопровідність	58,2 Вт/(м·К)
Температура плавлення	312,2 К
Теплота плавлення	2,20 кДж/моль
Температура кипіння	961 К
Теплота випаровування	75,8 кДж/моль
Молярний об'єм	55,9 см³/моль
Кристалічна ґратка
Структура ґратки	кубічна об'ємноцентрована
Період ґратки	5,590 Å
Відношення с/а	n/a
Температура Дебая	52[1] К
Інші властовості
Критична точка	н/д
H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og * La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu ** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Рубідій у Вікісховищі

Рубідій (Rb) — хімічний елемент з атомним номером 37 та його проста речовина. Елемент належить до групи 1 періодичної таблиці, тобто до лужних металів. Рубідій сріблясто-білий, легкоплавкий, хімічно дуже активний, на повітрі самозаймається, з водою реаґує з вибухом. Густина 1525 кг/м³; t_плав 39,47 °С; t_кип 685 °С.

Рубідій належить до групи рідкісних металів. Його вміст у земній корі порівняно високий — 1,5•10^-2, тобто більший, ніж міді, свинцю, цинку і інших елементів, але рубідій не утворює власних мінералів. Як ізоморфна домішка рубідій входить у мінерали інших лужних металів і передусім калію. До числа багатих на рубідій мінералів належать мінерали-концентратори: полуцит, лепідоліт, цинвальдит, амазоніт, біотит. Основні промислові запаси рубідію сконцентровані в апатитонефелінових породах, слюдах, карналіті і природних мінералізованих водах. При екзогенних процесах рубідій і цезій нагромаджуються спільно з калієм в соляних відкладах, рубідій входить до складу сильвіну і карналіту.

Історія

У 1859 році німецькі вчені Роберт Бунзен та Густав Кірхгоф винайшли спектральний аналіз. Рубідій став другим, після цезію, елементом відкритим таким чином. Вперше невідомий раніше спектр Бунзен і Кірхгоф помітили в 1861 році, вивчаючи зразок лепідоліту, надісланому їм з Саксонії. Пізніше вони виявили, що аналогічна лінія присутня у більш доступному осаді, що утворювався після випаровування води з мінерального джерела у Шварцвальді. Випарувавши 40 тисяч літрів води, Бунзен отримав суміш хлороплатинатів калію, цезію і рубідію, з яких потім зміг за допомогою фракціонованої кристалізації отримати чистий тартрат рубідію, а потім відновити його до металічного рубідію за допомогою сажі^[2].

Свою назву рубідій отримав за кольором найхарактерніших червоних ліній спектру (від лат. Rubidus — червоний, темно-червоний).

Ізотопи

Рубідій має єдиний стабільний ізотоп ⁸⁵Rb. Інший ізотоп, що зустрічається в природі, ⁸⁷Rb, радіоактивний із періодом напіврозпаду 48,8⨯10⁹ років, що більш ніж втричі перевищує вік Всесвіту. Вміст ⁸⁷Rb в природному рубідії становить 27,8 %, тому природний рубідій радіоактивний з активністю 670 Бк/г. Усього відомий 41 ізотоп рубідію з масовими числами від 71 до 103 (8 з них — метастабільні). Найбільш стабільний з них, ⁸³Rb, має період напіврозпаду 86 днів^[3].

Отримання

Лепідоліт, один з основних мінералів рубідію

Технологічна схема переробки солікамських карналітів^[4]

Рубідій — 23-й за розповсюдженістю елемент у земній корі.^[5] Він не утворює власних мінералів, проте може бути знайдений як домішка у багатьох мінералах, що містять інші лужні метали. Він зустрічається у цеолітах, таких як полуцит і лейцит, і у літіїстих слюдах, наприклад, лепідоліті і цинвальдиті^[6]. Лепідоліт і полуцит можуть містити до 3,5 % і до 1,5 % оксиду рубідію відповідно. Ці мінерали часто знаходять у пегматитах.

Значні поклади рубідієвмістних мінералів існують в Намібії, Замбії, Китаї, Канаді, менші запаси існують у багатьох країнах Європи, Азії і Північної Америки^[5].

Рубідій отримують попутно при переробці калійних солей і лепідолітових концентратів. Солі рубідію отримують як побічний продукт у виробництві солей літію, магнію і калію, металічний рубідій — металотермічно відновлюючи його солі з подальшим очищенням від домішок ректифікацією і вакуумною дистиляцією.

Застосування

• Скло: одне з основних застосувань рубідію. Додавання невеликої кількості рубідію в скло дозволяє зробити його більш провідним і стабільним. Таке скло використовують для виробництва оптоволокна^[7].
• Давачі: оскільки рубідій має фотоелектричні властивості, а енергія його активації дуже низька, рубідієве скло використовують для різноманітних сенсорів, детекторів руху, приладів нічного бачення тощо.^[8][7] Сплав рубідію і телуру також використовують для різноманітних датчиків і активаторів, оскільки він є чутливим до випромінювання у дуже широкому діапазоні, від ближнього інфрачервоного до середнього ультрафіолетового. Електроди у термоемісійних перетворювачах, що перетворюють енергію теплового випромінювання на електричну, вкривають рубідієм.^[9]
• Фотоелементи: додавання рубідію і цезію в перовськітові сонячні панелі покращує їх ефективність, оскільки запобігає протіканню небажаних хімічних реакцій при їх виробництві.^[10]
• Атомні годинники: рубідієві годинники менш точні ніж цезієві і водневі (похибка становить тисячні долі секунди на рік, тоді як рекорд цезієвих годинників — менш ніж одна стомільйонна).^[11][12] Проте рубідієві годинники можуть бути значно компактнішими (найменші можуть розміщуватися на чипі) і значно дешевшими (тисячі доларів) ніж годинники інших типів.^[13][14] Через це, вони надзвичайно популярні в усіх сферах, що не потребують феноменальної точності.^[15]
• Медицина: рубідій входить до складу деяких антишокових препаратів, використовується для лікування епілепсії і розладів щитоподібної залози^[7]. Деякі сполуки рубідію мають психотропні властивості, і використовуються для лікування психічних розладів.^[8] Рубідій є дуже подібним до калію, і легко заміщує його в організмі, через це радіоактивні ізотопи рубідію можуть використовуватися як мічені атоми. Випромінювач позитронів рубідій-82 використовується у томографії^[7].
• Вакуумна техніка: рубідій добре зв'язує кисень, тому використовується для його зв'язування при отриманні надглибокого вакууму.^[16]
• Квантові комп'ютери: системи з атомів рубідію є одним зі можливих варіантів реалізації квантової пам'яті.^[17] Наприклад, елементи, що працюють на рідбергових атомах рубідію використовує компанія ColdQuanta.^[18][15]
• Кріогенні дослідження: рубідій-87 був першим елементом, переведеним у особливий агрегатний стан речовини, конденсат Бозе — Ейнштейна^[19]. У подальшому він став типовою речовиною, на якій проводяться дослідження цього стану.^[15] У експериментах на МКС газ рубідію був охолоджений до температури 17 нанокельвінів.^[20]
• Радіологія: радіоактивний ізотоп рубідій-86 широко використовується в гамма-дефектоскопії і вимірювальній техніці.
• Каталізатор: у каталізі рубідій використовується як в органічному, так і неорганічний синтезі. Каталітична активність рубідію використовується в основному для переробки нафти на ряд важливих продуктів. Ацетат рубідію, наприклад, використовується для синтезу метанолу і цілого ряду вищих спиртів з водяного газу, що актуально у зв'язку з підземною газифікацією вугілля та у виробництві штучного рідкого палива для автомобілів і реактивного палива.
• Добавка до палива: хлорид рубідію додають в бензин для підвищення його октанового числа^[21].
• Піротехніка: рубідій використовують у феєрверках для забарвлення їх у фіолетовий колір.^[16]

Біологічна роль

Живі організми не мають специфічної потреби в рубідії або принаймні така потреба не відома. Однак клітини вбирають в себе іони рубідію з їжі і води, аналогічно до іонів натрію, через це людське тіло містить приблизно пів грама цього металу.^[22] Рубідій у природі дещо радіоактивний завдяки значному вмісту слабко радіоактивного ізотопу ⁸⁷Rb.

Примітки

1. A Course In Thermodynamics, Volume 2(англ.)
2. Петрянов-Соколов, 1983, с. 471.
3. Isotopes of the Element Rubidium(англ.)
4. В.Е.Плющев, Б.Д.Степин - Химия и технология соединений лития, рубидия и цезия.
5. Rubidium(англ.)
6. Rubidium(англ.)
7. Rubidium Market – Growth, Trends, and Forecast (2020 – 2025)(англ.)
8. Криптон, рубидий, стронций, иттрий, цирконий (рос.)
9. Rubidium (англ.)
10. Scientists discover why cesium and rubidium enhance perovskite solar cells(англ.)
11. A Review of Contemporary Atomic FrequencyStandards(англ.)
12. The most precise atomic clock ever made is a cube of quantum gas(англ.)
13. Microchip’s new atomic clock improves performance, yet stays small(англ.)
14. PRS10 — Rubidium frequency standard with low phase noise(англ.)
15. Рубидий: от атомных часов до квантовых мозгов(рос.)
16. Rubidium
17. A waveguide frequency converter connecting rubidium-based quantum memories to the telecom C-band(англ.)
18. Cold Atom Source Cells [Архівовано 2020-12-01 у Wayback Machine.](англ.)
19. Bose-Einstein Condensates with Rubidium Atoms(англ.)
20. Бозе-конденсат на МКС показал рекордное время свободного расширения(рос.)
21. Rubidium chloride(англ.)
22. The Concentration of Common Cesium and Rubidium in Human Body(англ.)

Див. також

• Гідрид рубідію

Література

• Глосарій термінів з хімії / укладачі: Й. Опейда, О. Швайка ; Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет. — Донецьк : Вебер, 2008. — 738 с. — ISBN 978-966-335-206-0.
• Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2007. — Т. 2 : Л — Р. — 670 с. — ISBN 57740-0828-2.
• Водород — палладий // Популярная библиотека химических элементов / И.В. Петрянов-Соколов. — 3. — М. : Наука, 1983. — Т. 1. — 559 с.