Το 1861, η πρόσφατα εφευρεθείσα φυσική μέθοδος για τη μελέτη ουσιών - φασματική ανάλυση - απέδειξε για άλλη μια φορά τη δύναμη και την αξιοπιστία της, ως εγγύηση για ένα μεγάλο μέλλον στην επιστήμη και την τεχνολογία. Με τη βοήθειά του ανακαλύφθηκε το δεύτερο μέχρι τότε άγνωστο χημικό στοιχείο, το ρουβίδιο. Στη συνέχεια, με την ανακάλυψη του περιοδικού νόμου το 1869 από τον D. I. Mendeleev, το ρουβίδιο, μαζί με άλλα στοιχεία, πήρε τη θέση του στον πίνακα, που έφερε τάξη στη χημική επιστήμη.
Περαιτέρω μελέτη του ρουβιδίου έδειξε ότι αυτό το στοιχείο έχει μια σειρά από ενδιαφέρουσες και πολύτιμες ιδιότητες. Θα εξετάσουμε εδώ τα πιο χαρακτηριστικά και σημαντικά από αυτά.
Γενικά χαρακτηριστικά ενός χημικού στοιχείου
Το ρουβίδιο έχει ατομικό αριθμό 37, δηλαδή στα άτομα του, η σύνθεση των πυρήνων περιλαμβάνει ακριβώς έναν τέτοιο αριθμό θετικά φορτισμένων σωματιδίων - πρωτόνια. Αντίστοιχαένα ουδέτερο άτομο έχει 37 ηλεκτρόνια.
Σύμβολο στοιχείου - Rb. Στο περιοδικό σύστημα, το ρουβίδιο ταξινομείται ως στοιχείο της ομάδας Ι, η περίοδος είναι πέμπτη (στην έκδοση βραχείας περιόδου του πίνακα, ανήκει στην κύρια υποομάδα της ομάδας Ι και βρίσκεται στην έκτη σειρά). Είναι ένα αλκαλικό μέταλλο, είναι μια μαλακή, πολύ εύτηκτη, ασημί-λευκή κρυσταλλική ουσία.
Ιστορικό ανακάλυψης
Η τιμή της ανακάλυψης του χημικού στοιχείου ρουβίδιο ανήκει σε δύο Γερμανούς επιστήμονες - τον χημικό Robert Bunsen και τον φυσικό Gustav Kirchhoff, τους συγγραφείς της φασματοσκοπικής μεθόδου για τη μελέτη της σύστασης της ύλης. Αφού η χρήση της φασματικής ανάλυσης οδήγησε στην ανακάλυψη του καισίου το 1860, οι επιστήμονες συνέχισαν την έρευνά τους και τον επόμενο χρόνο, όταν μελέτησαν το φάσμα του ορυκτού λεπιδολίτη, ανακάλυψαν δύο άγνωστες σκούρες κόκκινες γραμμές. Χάρη στη χαρακτηριστική απόχρωση των ισχυρότερων φασματικών γραμμών, με τις οποίες κατέστη δυνατό να διαπιστωθεί η ύπαρξη ενός προηγουμένως άγνωστου στοιχείου, πήρε το όνομά του: η λέξη rubidus μεταφράζεται από τα λατινικά ως "βυσσινί, σκούρο κόκκινο".
Το 1863, ο Bunsen ήταν ο πρώτος που απομόνωσε μεταλλικό ρουβίδιο από μεταλλικό νερό πηγής εξατμίζοντας μεγάλη ποσότητα διαλύματος, διαχωρίζοντας άλατα καλίου, καισίου και ρουβιδίου και τελικά μειώνοντας το μέταλλο χρησιμοποιώντας αιθάλη. Αργότερα, ο N. Beketov κατάφερε να ανακτήσει το ρουβίδιο από το υδροξείδιο του χρησιμοποιώντας σκόνη αλουμινίου.
Φυσικό χαρακτηριστικό του στοιχείου
Το ρουβίδιο είναι ελαφρύ μέταλλο, έχειπυκνότητα 1,53 g/cm3(σε μηδενική θερμοκρασία). Σχηματίζει κρυστάλλους με κυβικό πλέγμα με κέντρο το σώμα. Το ρουβίδιο λιώνει μόνο στους 39 °C, δηλαδή σε θερμοκρασία δωματίου, η σύστασή του είναι ήδη σχεδόν πολτοποιημένη. Το μέταλλο βράζει στους 687 °C και οι ατμοί του είναι πρασινωπό-μπλε.
Το ρουβίδιο είναι ένας παραμαγνήτης. Όσον αφορά την αγωγιμότητα, είναι περισσότερο από 8 φορές ανώτερος από τον υδράργυρο στους 0 ° C και είναι σχεδόν τόσες φορές κατώτερος από το ασήμι. Όπως και άλλα αλκαλικά μέταλλα, το ρουβίδιο έχει πολύ χαμηλό όριο φωτοηλεκτρικού φαινομένου. Για να διεγείρεται ένα φωτορεύμα σε αυτό, επαρκούν ακτίνες κόκκινου φωτός μεγάλου μήκους κύματος (δηλαδή χαμηλής συχνότητας και μεταφοράς λιγότερης ενέργειας). Από αυτή την άποψη, μόνο το καίσιο το ξεπερνά σε ευαισθησία.
Ισότοπα
Το ρουβίδιο έχει ατομικό βάρος 85,468. Εμφανίζεται στη φύση με τη μορφή δύο ισοτόπων που διαφέρουν ως προς τον αριθμό των νετρονίων στον πυρήνα: το ρουβίδιο-85 αποτελεί το μεγαλύτερο ποσοστό (72,2%) και σε πολύ μικρότερη ποσότητα - 27,8% - ρουβίδιο-87. Οι πυρήνες των ατόμων τους, εκτός από 37 πρωτόνια, περιέχουν 48 και 50 νετρόνια, αντίστοιχα. Το ελαφρύτερο ισότοπο είναι σταθερό, ενώ το ρουβίδιο-87 έχει τεράστιο χρόνο ημιζωής 49 δισεκατομμυρίων ετών.
Προς το παρόν, αρκετές δεκάδες ραδιενεργά ισότοπα αυτού του χημικού στοιχείου έχουν ληφθεί τεχνητά: από υπερελαφρύ ρουβίδιο-71 έως ρουβίδιο-102 υπερφορτωμένο με νετρόνια. Ο χρόνος ημιζωής των τεχνητών ισοτόπων κυμαίνεται από μερικούς μήνες έως 30 νανοδευτερόλεπτα.
Βασικές χημικές ιδιότητες
Όπως σημειώθηκε παραπάνω, σε μια σειρά χημικών στοιχείων, το ρουβίδιο (όπως το νάτριο, το κάλιο, το λίθιο, το καίσιο και το φράγκιο) ανήκει στα αλκαλιμέταλλα. Η ιδιαιτερότητα της ηλεκτρονικής διαμόρφωσης των ατόμων τους, που καθορίζει τις χημικές ιδιότητες, είναι η παρουσία ενός μόνο ηλεκτρονίου στο εξωτερικό ενεργειακό επίπεδο. Αυτό το ηλεκτρόνιο φεύγει εύκολα από το άτομο και το μεταλλικό ιόν ταυτόχρονα αποκτά μια ενεργειακά ευνοϊκή ηλεκτρονική διαμόρφωση του αδρανούς στοιχείου μπροστά του στον περιοδικό πίνακα. Για το ρουβίδιο, αυτή είναι η διαμόρφωση κρυπτών.
Έτσι, το ρουβίδιο, όπως και άλλα αλκαλικά μέταλλα, έχει έντονες αναγωγικές ιδιότητες και κατάσταση οξείδωσης +1. Οι αλκαλικές ιδιότητες είναι πιο έντονες με την αύξηση του ατομικού βάρους, καθώς η ακτίνα του ατόμου αυξάνεται επίσης και, κατά συνέπεια, ο δεσμός μεταξύ του εξωτερικού ηλεκτρονίου και του πυρήνα εξασθενεί, γεγονός που οδηγεί σε αύξηση της χημικής δραστηριότητας. Επομένως, το ρουβίδιο είναι πιο ενεργό από το λίθιο, το νάτριο και το κάλιο και το καίσιο, με τη σειρά του, είναι πιο δραστικό από το ρουβίδιο.
Συνοψίζοντας όλα τα παραπάνω σχετικά με το ρουβίδιο, το στοιχείο μπορεί να αναλυθεί, όπως στην παρακάτω εικόνα.
Ενώσεις που σχηματίζονται από το ρουβίδιο
Στον αέρα, αυτό το μέταλλο, λόγω της εξαιρετικής αντιδραστικότητάς του, οξειδώνεται βίαια, με την ανάφλεξη (η φλόγα έχει ένα ιώδες-ροζ χρώμα). κατά τη διάρκεια της αντίδρασης, σχηματίζονται υπεροξείδιο και υπεροξείδιο του ρουβιδίου, που παρουσιάζουν τις ιδιότητες ισχυρών οξειδωτικών παραγόντων:
- Rb + O2 → RbO2.
- 2Rb + O2 →Rb2O2.
Σχηματίζεται οξείδιο εάν η πρόσβαση του οξυγόνου στην αντίδραση είναι περιορισμένη:
- 4Rb + O2 → 2Rb2O.
Πρόκειται για μια κίτρινη ουσία που αντιδρά με νερό, οξέα και οξείδια οξέος. Στην πρώτη περίπτωση, σχηματίζεται ένα από τα ισχυρότερα αλκάλια - υδροξείδιο του ρουβιδίου, στα υπόλοιπα - άλατα, για παράδειγμα, θειικό ρουβίδιο Rb2SO4, τα περισσότερα από τα οποία είναι διαλυτά.
Ακόμη πιο βίαια, συνοδευόμενη από έκρηξη (καθώς τόσο το ρουβίδιο όσο και το απελευθερωμένο υδρογόνο αναφλέγονται αμέσως), το μέταλλο αντιδρά με το νερό, το οποίο σχηματίζει υδροξείδιο του ρουβιδίου, μια εξαιρετικά επιθετική ένωση:
- 2Rb + 2H2O → 2RbOH +H2.
Το ρουβίδιο είναι ένα χημικό στοιχείο που μπορεί επίσης να αντιδράσει άμεσα με πολλά αμέταλλα - με φώσφορο, υδρογόνο, άνθρακα, πυρίτιο και αλογόνα. Τα αλογονίδια του ρουβιδίου - RbF, RbCl, RbBr, RbI - είναι εύκολα διαλυτά στο νερό και σε ορισμένους οργανικούς διαλύτες, όπως η αιθανόλη ή το μυρμηκικό οξύ. Η αλληλεπίδραση του μετάλλου με το θείο (τρίψιμο με σκόνη θείου) συμβαίνει εκρηκτικά και οδηγεί στον σχηματισμό θειούχου.
Υπάρχουν επίσης ελάχιστα διαλυτές ενώσεις του ρουβιδίου, όπως το υπερχλωρικό RbClO4, χρησιμοποιούνται στην ανάλυση για τον προσδιορισμό αυτού του χημικού στοιχείου.
Όντας στη φύση
Το ρουβίδιο δεν είναι σπάνιο στοιχείο. Βρίσκεται σχεδόν παντού, περιλαμβάνεται σεη σύνθεση πολλών ορυκτών και πετρωμάτων, και περιέχεται επίσης στον ωκεανό, σε υπόγεια και ποτάμια νερά. Στον φλοιό της γης, η περιεκτικότητα σε ρουβίδιο φτάνει τη συνολική τιμή της περιεκτικότητας σε χαλκό, ψευδάργυρο και νικέλιο. Ωστόσο, σε αντίθεση με πολλά πολύ πιο σπάνια μέταλλα, το ρουβίδιο είναι ένα εξαιρετικά ιχνοστοιχείο, η συγκέντρωσή του στο βράχο είναι πολύ χαμηλή και δεν σχηματίζει τα δικά του ορυκτά.
Στη σύνθεση των μετάλλων, το ρουβίδιο συνοδεύει παντού το κάλιο. Η υψηλότερη συγκέντρωση ρουβιδίου βρίσκεται στους λεπιδόλιθους, ορυκτά που χρησιμεύουν επίσης ως πηγή λιθίου και καισίου. Έτσι, το ρουβίδιο υπάρχει πάντα σε μικρές ποσότητες όπου βρίσκονται άλλα αλκαλικά μέταλλα.
Λίγα για τη χρήση του ρουβιδίου
Σύντομη περιγραφή του χημ. Το στοιχείο ρουβιδίου μπορεί να συμπληρωθεί με λίγα λόγια για τις περιοχές στις οποίες χρησιμοποιείται αυτό το μέταλλο και οι ενώσεις του.
Το ρουβίδιο χρησιμοποιείται στην παραγωγή φωτοκυττάρων, στην τεχνολογία λέιζερ, είναι μέρος ορισμένων ειδικών κραμάτων για τεχνολογία πυραύλων. Στη χημική βιομηχανία χρησιμοποιούνται άλατα ρουβιδίου λόγω της υψηλής καταλυτικής τους δράσης. Ένα από τα τεχνητά ισότοπα, το ρουβίδιο-86, χρησιμοποιείται στην ανίχνευση ελαττωμάτων ακτίνων γάμμα και, επιπλέον, στη φαρμακοβιομηχανία για την αποστείρωση φαρμάκων.
Ένα άλλο ισότοπο, το ρουβίδιο-87, χρησιμοποιείται στη γεωχρονολογία, όπου χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της ηλικίας των παλαιότερων πετρωμάτων λόγω του πολύ μεγάλου χρόνου ημιζωής του (μέθοδος ρουβιδίου-στροντίου).
Αν αρκετές δεκαετίεςΕνώ κάποτε πίστευαν ότι το ρουβίδιο είναι ένα χημικό στοιχείο του οποίου το πεδίο είναι απίθανο να επεκταθεί, τώρα αναδύονται νέες προοπτικές για αυτό το μέταλλο, για παράδειγμα, στην κατάλυση, σε μονάδες στροβίλου υψηλής θερμοκρασίας, σε ειδική οπτική και σε άλλους τομείς. Έτσι, το ρουβίδιο παίζει και θα συνεχίσει να παίζει σημαντικό ρόλο στις σύγχρονες τεχνολογίες.
