- Классификация цветных металлов
- Легкие металлы
- Алюминий
- Магний
- Титан
- Тяжелые металлы
- Медь
- Цинк
- Свинец
- Латуни
- Использование цветных металлов
- Рубидий металл. Свойства рубидия. Применение рубидия
- Цветные металлы — свойства, группы, применение
- Свойства
- Группы
- Применение
- Рубидий – польза, особенности металла и меры предосторожности
- Что представляет собой
- Как был открыт
- Как представлен в природе
- Физико-химические характеристики
- Технология производства
- Где используется
- Стоимость
- Рубидий | это… Что такое Рубидий?
- История
- Происхождение названия
- Нахождение в природе
- Мировые ресурсы рубидия
- Месторождения
- Получение
- Физические свойства
- Химические свойства
- Соединения рубидия
- Применение
- Биологическая роль
- Изотопы
- Стоимость
- Примечания
- Рубидий
- Рубидий в природе
- Физические свойства
- Химические свойства
- Биологические свойства
- Радиоактивности рубидия
- Изотопы
- Подготовил Евгений Лавриненко (СМ)
Ведущей отраслью в экономике нашей страны является металлургия. Для успешного ее развития нужно много металла. В данной статье речь пойдет о цветных тяжелых и легких металлах и их использовании.
Классификация цветных металлов
В зависимости от физических свойств и назначения, они подразделяются на такие группы:
- Легкие цветные металлы. Список этой группы большой: в ее состав входит кальций, стронций, цезий, калий, а также литий. Но в металлургической промышленности чаще всего используются алюминий, титан и магний.
- Тяжелые металлы пользуются большой популярностью. Это всем известные цинк и олово, медь и свинец, а также никель.
- Благородные металлы, такие как платина, рутений, палладий, осмий, родий. Золото и серебро широко применяются для изготовления украшений.
- Редкоземельные металлы — селен и цирконий, германий и лантан, неодим, тербий, самарий и другие.
- Тугоплавкие металлы — ванадий и вольфрам, тантал и молибден, хром и марганец.
- Малые металлы, такие как висмут, кобальт, мышьяк, кадмий, ртуть.
- Сплавы – латунь и бронза.
Легкие металлы
Они имеют широкое распространение в природе. Эти металлы обладают маленькой плотностью. У них высокая химическая активность. Они представляют собой прочные соединения.
Металлургия этих металлов начала развиваться в девятнадцатом веке. Их получают путем электролиза солей в расплавленном виде, электротермии и металлотермии.
Легкие цветные металлы, списоккоторых имеет много пунктов, используются для производства сплавов.
Алюминий
Относится к легким металлам. Имеет серебристый цвет и точку плавления около семисот градусов. В промышленных условиях используется в сплавах. Он применяется везде, где нужен металл. У алюминия плотность низкая, а прочность – высокая. Этот металл легко режется, пилится, сваривается, сверлится, паяется и сгибается.
Сплавы образует с металлами различных свойств, такими как медь, никель, магний, кремний. Они обладают большой прочностью, не ржавеют при неблагоприятных погодных условиях. У алюминия высокая электро- и теплопроводность.
Магний
Он относится к группе легких цветных металлов. Имеет серебристо-белый цвет и пленочное окисное покрытие. Обладает маленькой плотностью, хорошо обрабатывается. Металл устойчив к воздействию горючими веществами: бензином, керосином, минеральными маслами, но подвержен растворению в кислотах. Магний не магнитен. Обладает низкими упругими и литейными свойствами, подвергается коррозии.
Титан
Это легкий металл. Он не магнитен. Имеет серебристый цвет с отливом голубоватого тона. Обладает высокой прочностью и устойчивостью к коррозии. Но у титана маленькая электропроводность и теплопроводность. Теряет механические свойства при температуре 400 градусов, приобретает хрупкость при 540 градусах.
Механические свойства титана повышаются в сплавах с молибденом, марганцем, алюминием, хромом и другими. В зависимости от легирующего металла, сплавы имеют разную прочность, среди них есть и высокопрочные. Такие сплавы применяются в самолетостроении, машиностроении, судостроении. Из них производят ракетную технику, бытовые приборы и многое другое.
Тяжелые металлы
Тяжелые цветные металлы, список которых весьма широк, получают из сульфидных и окисленных полиметаллических руд. В зависимости от их типов, методы получения металлов отличаются по способу и сложности производства, в процессе которого должны полностью извлекаться ценные составляющие сырья.
Металлы этой группы бывают гидрометаллургическими и пирометаллургическими. Полученные любым методом металлы называются черновыми. Они подвергаются процедуре рафинирования. Только после этого их можно использовать в промышленных целях.
Медь
Цветные металлы, список которых представлен выше, в промышленности используются не все. В данном случае речь идет о распространенном тяжелом металле – меди. У нее высокая теплопроводность, электропроводность и пластичность.
Сплавы меди нашли широкое применение в такой отрасли промышленности, как машиностроение, а все благодаря тому, что этот тяжелый металл хорошо сплавляется с другими.
Цинк
Он тоже представляет цветные металлы. Список названий большой. Однако далеко не все тяжелые цветные металлы, к которым относится цинк, используются в промышленности. Этот металл хрупкий.
Но если нагреть его до ста пятидесяти градусов, он будет без проблем коваться и с легкостью прокатываться.
У цинка высокие антикоррозионные свойства, но он поддается разрушению при воздействии щелочью и кислотой.
Свинец
Список цветных металлов будет неполным без свинца. Он серого цвета с проблеском голубого оттенка. Температура плавления составляет триста двадцать семь градусов. Он тяжелый и мягкий. Хорошо куется молотком, при этом не твердеет. Из него выливают различные формы. Устойчив к воздействию кислот: соляной, серной, уксусной, азотной.
Латуни
Это сплавы из меди и цинка с добавлением марганца, свинца, алюминия и других металлов. Стоимость латуни меньше, чем меди, а прочность, вязкость и коррозионная стойкость – выше. У латуни хорошие литейные свойства. Из нее производят детали путем штамповки, раскатки, вытяжки, вальцовки. Из этого металла делают гильзы для снарядов и многое другое.
Использование цветных металлов
Цветными называют не только сами металлы, но и их сплавы. Исключение составляет так называемый «чермет»: железо и, соответственно, его сплавы. В странах Европы цветные металлы носят название нежелезистых.
Цветные металлы, список которых немаленький, нашли широкое применение в разных отраслях во всем мире, в том числе и в России, где являются основной специализацией. Производятся и добываются на территориях всех регионов страны.
Легкие и тяжелые цветные металлы, список которых представлен большим разнообразием наименований, составляют отрасль промышленности под названием «Металлургия». Это понятие включает в себя добычу, обогащение руд, выплавку как металлов, так и их сплавов.
В настоящее время отрасль цветной металлургии получила широкое распространение. Качество цветных металлов очень высокое, они отличаются долговечностью и практичностью, применяются в строительной индустрии: ими отделывают здания и сооружения. Из них производят профильный металл, проволоку, ленты, полосы, фольгу, листы, прутки различной формы.
Рубидий металл. Свойства рубидия. Применение рубидия
Рубидий – металл, имя которого напоминает название драгоценного камня рубин. Минерал красный. Это оправдывает его имя, переводимое как «алый».
Рубидий же серебристо-серый. В чем подвох? В истории обнаружения металла. Его выделили из минерала лепидолита.
Разложив камень по составным, химики «потеряли» 2,5% массы. Сначала, списали на испарившуюся при реакциях воду.
Потом, решили провести спектральный анализ. Обнаружилась линия темно-красного цвета.
Известные науки элементы такой не обладали. Так, в 1863-ем году и был открыт металл рубидий. Что человечеству удалось узнать о нем за полтора минувших столетия, расскажем далее.
Химические и физические свойства рубидия
Рубидий металлический образует кристаллы. Они напоминают кубы. Характерный для металлов блеск просматривается лишь на срезе агрегатов.
Разрезать их не проблема, — материал мягкий, словно сыр. Это особенность большинства щелочных металлов, к коим относится и рубидий. Формула его характеризуется одним электроном на внешнем уровне.
Всего их 5. Неудивительно, что элемент является мощным восстановителем, активен в химическом плане. Отдаленный от ядра электрон легко замещается.
Так образуются все виды солей, к примеру, хлорид рубидия. Как и остальные соединения, он легко растворим в воде.
В природе выявлено два изотопа 37-го элемента таблицы Менделеева. 85-ый атом рубидия стабилен, а вот 87-ой – радиоактивен, хоть и слабо.
После полного распада 87-ой изотоп преобразуется в стабильную разновидность стронция. В искусственных условиях элемент рубидий дал 20 изотопов.
Все радиоактивные. Номера изотопов равны их атомной массе. Если она меньше 85-ти, испускаются лучи бета+.
Такой рубидий, зачастую, распадается за несколько минут, а порой, и секунд. Наиболее устойчив 81-ый изотоп.
Его полураспад составляет 4 часа. После, выделяется криптон. Это газ, тоже радиоактивный.
Если металл входит в соединения с другими, то всегда одновалентен, то есть образует лишь одну химическую связь с другим атомом.
Степень окисления при этом равна +1. Оксид рубидия образуется лишь в условиях нехватки кислорода.
Если же его достаточно, идет бурная реакция, итогом которой становится пероксид и надпероксид 37-го элемента.
В кислородной среде щелочной металл рубидий загорается. В этом и заключается буйство реакции.
Еще опаснее сочетание с водой. Происходит взрыв. Осторожничать приходится и с карбидом рубидия.
Химический элемент в веществе способен самовоспламениться в углекислой среде. В воде соединение, как и чистый металл, взрывается.
Рубидий, при этом, сгорает. Остается лишь углерод. Он выделяется в виде угля. Так что, это один из способов добычи топлива.
Применение рубидия
Первое применение элементу нашла природа. Она заложила 1 миллиграмм металла в организм каждого человека.
Рубидий есть в костях, легких, головном мозге, женских яичниках, крови. 37-ой элемент выполняет роль антиаллергена, оказывает противовоспалительное действие, слегка затормаживает, успокаивая нервы.
В крови рубидий, цвет спектральной черты которого сливается с тоном эритроцитов, борется со свободными радикалами.
Металл снижает и действие окислителей. Благодаря этому, клетки крови живут дольше и лучше функционируют. Повышается иммунитет, уровень гемоглобина.
Медики прописывают препараты рубидия в качестве болеутоляющих и снотворных.
Кроме этого, 37-ой элемент получают эпилептики. Врачи рассчитывают на тормозящее нервные импульсы действие препарата.
Рубидий выводится из организма вместе с мочой. Поэтому, требуется восполнение. Суточная норма потребления элемента – 1-2 миллиграмма.
Получить их можно, употребляя бобовые, злаки, орехи, белые грибы, почти все фрукты и ягоды, особенно, черную смородину.
Вне организма рубидий присутствует в телевизионных трубках, устройствах, воспроизводящих оптические фонограммы и в фотокатодах.
Причина – фотоэффект. На него 37-ой элемент способен благодаря быстрой потере электронов под действием света.
Аналогично поведение цезия. Рубидий соперничает с ним за место на рынке фотоэлементов.
Фторид рубидия, как и прочие соли элемента, закладывают в топливные элементы. Соединения 37-го металла служит в них электролитом.
Электролитом является, так же, гидроксид рубидия. Он рекомендован для низкотемпературных химически источников тока.
Убыстрить его течение 37-ой элемент способен в качестве добавки к раствору гидроксида калия.
В роли катализатора выступает уже карбонат рубидия. Его закупают для производства синтетической нефти. Ее называют синтолом.
Специальные катализаторы с рубидием запатентованы для синтеза высших спиртов, стирола и бутадеина.
Нитрат рубидия признан средством для калибровки калориметров. Это приборы, замеряющие количество теплоты.
Техника засекает и ее выделение, и поглощение при различных химических, физических, биологических процессах.
Не обходится без рубидия и атомная промышленность. 37-ой элемент числится в составе металлических теплоносителей.
Они заключены в ядерных реакторах. Есть рубидий и в вакуумных радиолампах. Металл формирует положительные ионы на их нитях накаливания.
В космической отрасли металлический рубидий входит в состав смесей для смазки. Обнаружить 37-ой элемент можно даже в термометрах.
Речь не о ртутных образцах, а о моделях для измерения повышенных температур до 400-от градусов Цельсия. В таких термометрах находится смесь хлоридов меди и рубидия.
Электронная отрасль использует пары щелочного металла. С ними, в частности, связано изготовление высокочувствительных магнитометров. Ими пользуются при космических исследованиях и геофизических изыскания.
Добыча рубидия
Рубидий – рассеянный элемент. Это усложняет разработку солидных запасов. По распространенности в земной коре металл занимает 20-е место.
Однако, у него нет собственных минералов и руд, то есть пород, в которых рубидий является основой.
В том же лепидолите, из которого элемент когда-то выделили, он присутствует лишь в качестве примеси.
Искать рубидий приходится попутно с другими щелочными металлами. Можно использовать и морскую воду. В ней растворены соли 37-го элемента. Но, пока, этот ресурс не разрабатывается.
Промышленное получение рубидия – это выделение из электролита, оставшегося после производства магния. Его добывают из карналлита.
Остается осадок из ферроцианидов, железа и никеля. Рубидий скрыт в первых. Ферроцианиды прокаливают, получая карбонат 37-го металла. Он загрязнен цезием и калием. Остается провести очистку.
Немало рубидия извлекают на производстве лития. После его выделения, 37-ой элемент осаждают из маточных растворов.
Итог операции – алюморубидиевые квасцы. После их многократной перекристаллизации удается разделить составляющие.
Поскольку с 50-ых годов прошлого века производство лития резко увеличилось, увеличилось и предложение на рубидий.
Он перестал быть дорогостоящим дефицитом. Узнаем, во сколько оценивают металл современники.
Цена рубидия
В России рубидий производят на Заводе редких металлов. Предприятие находится в Новосибирской области, реализует упаковки по 30 граммов и 1-му килограмму.
За последний объем придется выложить около 400 000 рублей. Частные продавцы предлагают рубидий, разделенный по граммам.
За один просят, как правило, 5-6 долларов США. Вот и посчитайте. При этом, раньше цены на 37-ой элемент были еще выше.
Но, рекордсменом рубидий, все же, не являлся. Передовик – калифорний. Это самый редкий и самый дорогой металл.
Стоимость грамма превышает 6 000 000 долларов. В сравнении с этим ценником, запросы поставщиков за рубидий кажутся незначительными.
Кстати, кроме Новосибирского завода 37-ым элементом торгует и Сервермед из Мурманской области.
Цветные металлы — свойства, группы, применение
(Голосов: 37, Рейтинг: 4) |
Цветные металлы — особый класс нержавеющих металлов и сплавов, в составе которых нет железа. Сюда входят олово, медь, цинк, никель, серебро, золото.
Металлы называются цветными, потому что каждый из них имеет определенный окрас.
Они отличаются прочностью и долговечностью, поскольку формируют на своей поверхности защитную оксидную пленку и проявляют устойчивость к негативным факторам внешней среды.
В начале XX века насчитывалось около 20 наименований нежелезных металлов, а сегодня их количество уже превышает 70. Добычей, обогащением руд и выплавкой таких материалов занимается цветная металлургия.
Способ производства — высокотемпературная плавка.
За каждым изделием стоит долгая и кропотливая работа — металлы подвергаются механической обработке и проходят через ковку, сварку, прессование, штамповку, грунтование и прочие процессы.
Свойства
Цветные металлы обладают высокой тепло– и электропроводностью, коррозионной стойкостью, стабильностью в температурном диапазоне и инертностью к воздействию агрессивной среды. В отличие от железа, они не реагируют на влагу и кислород, растворяют газы при нагревании (кроме интертных) и с легкостью взаимодействуют с ними.
Группы
Ученые подразделяют цветные металлы на несколько групп:
- Тяжелые. Олово, медь, никель, цинк, свинец и т.п. Добываются из сульфидных и окисленных полиметаллических руд. Мировое производство металлов данной категории достигает нескольких миллионов тонн в год.
- Легкие. Алюминий, титан, магний, натрий, калий, кальций, бериллий, стронций, барий и другие элементы этой группы имеют самую низкую удельную массу среди остальных нежелезных металлов.
- Благородные. Золото, серебро, платина, рутений, родий, палладий, осмий и иридий входят в число редких драгоценных металлов и отличаются повышенной стойкостью к окислению и коррозии.
- Малые. Представители группы — ртуть, кобальт, мышьяк, сурьма, висмут и т.п. Добываются в небольшом количестве вместе с тяжелыми металлами.
- Тугоплавкие. Известны как самые износостойкие металлы. К ним относится цирконий, ванадий, хром, вольфрам, молибден и другие элементы с высокой плотностью и температурой плавления.
- Редкоземельные. Представлены 17 металлами серебристо–белого цвета: гольмий, тулий, скандий, самарий, европий, диспрозий, лютеций, прометий и т.д. Обладают одинаковыми химическими свойствами.
- Рассеянные. Рубидий, таллий, галлий, индий, скандий, германий, рений, гафний, селен и т.п. В виде отдельных элементов в природе не встречаются. Добываются из полезных ископаемых и руд других металлов.
- Радиоактивные. Уран, торий, протактиний, радий, актиний, нептуний, плутоний, америций, калифорний, эйнштейний, фермий, менделевий и другие элементы, полученные в результате ядерных реакций. Такие металлы испускают нейтроны, протоны, альфа– и бетачастицы или гамма–кванты.
Применение
В последние годы спрос на цветные металлы резко увеличился. Они влияют на развитие многих отраслей промышленности и широко применяются в авиа– и машиностроении, радиоэлектронике, ракетной и атомной технике, сфере высоких технологий, а также в быту.
Нежелезные металлы — незаменимое сырье в производстве металлопроката, крупных конструкций и небольших изделий.
Вы можете заказать цветные металлы и сплавы на нашем сайте. На странице каталога представлен широкий ассортимент товаров с подробным описанием и ценами. Стоимость за 1 кг зависит от вида материала и варьируется от 135 до 2200 рублей. Денежные средства принимаем на расчетный счет. Подробнее об условиях покупки цветного металла в Москве и регионах России читайте здесь.
Рубидий – польза, особенности металла и меры предосторожности
По характеристикам этот металл сходен с цезием. Но на планете его много, радиоактивность символическая. Поэтому рубидий используют как заменитель элитного, но токсичного металла.
Что представляет собой
- Рубидий – это элемент таблицы Д. Менделеева №37.
- Изначально это мягкое вещество белого с серебристостью цвета, относится к группе щелочных металлов.
- Структура кристаллической решетки – центрированный по объему куб.
По составу это два природных изотопа: стабильный и радиоактивный – 85 и 87. Плюс три десятка синтезированных единиц.
Международное обозначение-символ – Rb (Rubidium).
Как был открыт
История открытия элемента типична:
- Рубидий выявлен при спектральном анализе благодаря уникальной конфигурации линий.
- Это заслуга Вильгельма Бунзена и Роберта Кирхгофа. Изучая в 1861 году алюмосиликаты, немецкие химики обнаружили в их спектре неизвестный науке элемент.
- Через два года Бунзен получил рубидий как металл.
- На заре ХХ века обнаружилась радиоактивность металла.
Латинизированное название рубидия отражает цвет красных (rubidus – насыщенно-красный, пурпурный) линий, доминирующих по интенсивности в спектре.
Как представлен в природе
Вещество не относится к редким:
- Рубидия в литосфере столько же, сколько цинка, меди, никеля вместе взятых.
- В шкале распространенности элемент занимает 23-ю строчку.
Тонна земной коры содержит до 8 г рубидия, литр морской воды – 0,1 мг.
- Кратное превышение средней нормы зафиксировано в Каспийском, Черном морях, подземных источниках Бразилии.
- Собственных месторождений, даже минералов, не образует, рассеявшись по литосфере.
- Это примесь в минералах щелочных металлов, всегда «сопровождает» калий.
- Рубидием богаты лепидолит, поллуцит, амазонит, биотит, другие минералы.
- Им насыщенны пегматитовые жилы. Промышленные запасы концентрируют карналлиты, слюды, природные минеральные воды.
Рубидий обнаружен в Европе, России, Азии, на юге Африки.
А также в Космосе: его содержание зашкаливает в звездных системах «красный гигант/сверхгигант плюс нейтронная звезда внутри».
Физико-химические характеристики
Физические, химические свойства рубидия типичны для элементов щелочной группы:
- Взаимодействует с неорганическими кислотами.
- Во влажном воздухе воспламеняется.
- Реакция с кислородом протекает бурно.
- Большинство соединений без проблем растворяются водой.
Образец рубидия
Но взаимодействие активного металла с водой оканчивается взрывом. Образующийся гидроксид агрессивен: разрушает стекло, металлы (включая платину и золото).
Для нейтрализации этого недостатка создают особые условия хранения, транспортировки, утилизации рубидия:
- Герметичные стальные емкости (под сухим вазелином либо парафином).
- Ампулы из специального стекла, заполненные аргоном.
Для утилизации остатки металла обезвреживают пентанолом.
Руби́дий / Rubidium (Rb), 37 |
85,4678(3) а. е. м. (г/моль) |
[Kr] 5s1 |
248 пм |
216 пм |
(+1e)147 пм |
0,82 (шкала Полинга) |
−2,925 |
-1; 0; +1 |
402,8 (4,17) кДж/моль (эВ) |
1,532 г/см³ |
39,05 °C |
688 °C |
2,20 кДж/моль |
75,8 кДж/моль |
31,1 Дж/(K·моль) |
55,9 см³/моль |
кубическая объёмноцентрированая |
5,710 Å |
56 K |
(300 K) 58,2 Вт/(м·К) |
7440-17-7 |
Рубидий – единственный из щелочных металлов – тонет в воде. По этой характеристике его легко отличить от других элементов щелочной группы.
Технология производства
Конечный продукт переработки материала – металл.
Способ получения стандартен:
- Вначале извлекают соли – попутно при производстве литиевых, калиевых, магниевых солей.
- До металла их восстанавливают термически, используя металлический кальций.
- Для получения особо чистого продукта удаляют примеси, задействуя дистилляцию в вакууме либо ректификацию.
Основное сырье – карналлит. Это соединение сложного состава, что отражает формула – KCl·MgCl2·6H2O. Но металл извлекается легко, поэтому производство рентабельно.
Где используется
Материал востребован промышленностью, другими сферами:
- Атомный сегмент.
- Электроника.
- Оптика специального назначения.
- Катализатор в процессе синтеза (переработка нефти).
- Медицина.
Применение нашлось чистому веществу, сплавам, соединениям рубидия:
- Хлорид и гидроксид – электролиты топливных механизмов.
- Без ацетата невозможно производство синтетического бензина, других видов жидкого топлива.
- В сплавах применяется как смазка для техники, работающей в космосе, другом вакууме.
- Медно-рубидиевый хлорид – наполнитель приборов для измерения высоких температур.
- Пары вещества – основа атомных часов, лазеров.
Изотоп-86 востребован онкологами (гамма-дефектоскопия), как компонент измерительных приборов, стерилизатор пищевых и аптечных продуктов.
Ученые высчитали время полураспада изотопа-87 – 49 млрд. 230 млн. лет. Благодаря этому он, на пару со стронцием-87, используется как геохронометр (маркер возраста пород, «летописи» природных процессов).
Стоимость
На практике рубидий конкурирует с цезием. Победу обеспечивают главные достоинства: природная доступность и обусловленная этим стоимость.
На рынке за кг рубидия дают 20-60 тыс. руб. (по виду продукции). То есть цена на три порядка меньше цезиевой.
Проверить совместимость мужчины и женщины по Знаку Зодиака
Рубидий | это… Что такое Рубидий?
37 | Рубидий |
[Kr]5s1 |
Руби́дий — элемент главной подгруппы первой группы, пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 37. Обозначается символом Rb (лат. Rubidium). Простое вещество рубидий (CAS-номер: 7440-17-7) — мягкий легкоплавкий щелочной металл серебристо-белого цвета.
История
В 1861 году немецкие учёные Роберт Вильгельм Бунзен и Густав Роберт Кирхгоф, изучая с помощью спектрального анализа природные алюмосиликаты, обнаружили в них новый элемент, впоследствии названный рубидием по цвету наиболее сильных линий спектра.
В 1930 году совместные исследования Л. В. Мысовского с Р. А. Эйхельбергером проводили опыты с рубидием и в камере Вильсона было зарегистрировано испускание β-частиц. Позже была открыта естественная радиоактивность изотопа [3].
Происхождение названия
Название дано по цвету наиболее характерных красных линий спектра (от лат. rubidus — красный, тёмно-красный).
Нахождение в природе
Мировые ресурсы рубидия
Содержание рубидия в земной коре составляет 7,8·10−3%. Это примерно равно содержанию никеля, меди и цинка. По распространенности в земной коре рубидий находится примерно на 20-м месте, однако в природе он находится в рассеянном состоянии, рубидий — типичный рассеянный элемент. Собственные минералы рубидия неизвестны.
Рубидий встречается вместе с другими щелочными элементами, он всегда сопутствует калию. Обнаружен в очень многих горных породах и минералах, найденных, в частности, в Северной Америке, Южной Африке и России, но его концентрация там крайне низка.
Только лепидолиты содержат несколько больше рубидия, иногда 0,2 %, а изредка и до 1—3 % (в пересчете на Rb2О).
Соли рубидия растворены в воде морей, океанов и озёр. Концентрация их и здесь очень невелика, в среднем порядка 100 мкг/л. В отдельных случаях содержание рубидия в воде выше: в Одесских лиманах оно оказалось равным 670 мкг/л, а в Каспийском море — 5700 мкг/л. Повышенное содержание рубидия обнаружено и в некоторых минеральных источниках Бразилии.
Из морской воды рубидий перешёл в калийные соляные отложения, главным образом, в карналлиты. В страссфуртских и соликамских карналлитах содержание рубидия колеблется в пределах от 0,037 до 0,15 %. Минерал карналлит — сложное химическое соединение, образованное хлоридами калия и магния с водой; его формула KCl·MgCl2·6H2O.
Рубидий даёт соль аналогичного состава RbCl·MgCl2·6H2O, причём обе соли — калиевая и рубидиевая — имеют одинаковое строение и образуют непрерывный ряд твёрдых растворов, кристаллизуясь совместно. Карналлит хорошо растворим в воде, потому вскрытие минерала не составляет большого труда.
Сейчас разработаны и описаны в литературе рациональные и экономичные методы извлечения рубидия из карналлита, попутно с другими элементами.
Месторождения
Минералы, содержащие рубидий (лепидолит, циннвальдит, поллуцит, амазонит), находятся на территории Германии, Чехии, Словакии, Намибии, Зимбабве, Туркмении и других странах[4].
Получение
Большую часть добываемого рубидия получают как побочный продукт при производстве лития из лепидолита. После выделения лития в виде карбоната или гидроксида рубидий осаждают из маточных растворов в виде смеси алюморубидиевых, алюмокалиевых и алюмоцезиевых квасцов RbAl(SO4)2·12H2O, KAl(SO4)2·12H2O, CsAl(SO4)2·12H2O. Смесь разделяют многократной перекристаллизацией.
Рубидий также выделяют и из отработанного электролита, получающегося при получении магния из карналлита. Из него рубидий выделяют сорбцией на осадках ферроцианидов железа или никеля.
Затем ферроцианиды прокаливают и получают карбонат рубидия с примесями калия и цезия. При получении цезия из поллуцита рубидий извлекают из маточных растворов после осаждения Cs3[Sb2Cl9].
Можно извлекать рубидий и из технологических растворов, образующихся при получении глинозёма из нефелина.
Для извлечения рубидия используют методы экстракции и ионообменной хроматографии. Соединения рубидия высокой чистоты получают с использованием полигалогенидов.
Значительную часть производимого рубидия выделяют в ходе получения лития, поэтому появление большого интереса к литию для использования его в термоядерных процессах в 1950-х привело к увеличению добычи лития, а, следовательно, и рубидия. Именно поэтому соединения рубидия стали более доступными.
Физические свойства
Рубидий образует серебристо-белые мягкие кристаллы, имеющие на свежем срезе металлический блеск. Твёрдость по Бринеллю 0,2 МН/м² (0,02 кгс/мм²). Кристаллическая решётка рубидия кубическая объёмно-центрированная, а=5,71 Å (при комнатной температуре). Атомный радиус 2,48 Å, радиус иона Rb+ 1,49 Å.
Плотность 1,525 г/см³ (0 °C), tпл 38,9 °C, tкип 703 °C.
Удельная теплоемкость 335,2 Дж/(кг·К) [0,08 кал/(г·°С)], термический коэффициент линейного расширения 9,0·10−5 град−1 (0-38 °C), модуль упругости 2,4 ГН/м² (240 кгс/мм²), удельное объёмное электрическое сопротивление 11,29·10−6 ом·см (20 °C); рубидий парамагнитен.
Химические свойства
Щелочной металл, крайне неустойчив на воздухе (реагирует с воздухом в присутствии следов воды с воспламенением). Образует все виды солей — большей частью легкорастворимые.
Соединения рубидия
Гидроксид рубидия RbOH — весьма агрессивное вещество к стеклу и другим конструкционным и контейнерным материалам, а расплавленный RbOH разрушает большинство металлов.
Применение
Хотя в ряде областей применения рубидий уступает цезию, этот редкий щелочной металл играет важную роль в современных технологиях. Можно отметить следующие основные области применения рубидия: катализ, электронная промышленность, специальная оптика, атомная промышленность, медицина.
Рубидий используется не только в чистом виде, но и в виде ряда сплавов и химических соединений. Рубидий имеет хорошую сырьевую базу, более благоприятную, чем для цезия. Область применения рубидия в связи с ростом его доступности расширяется.
Изотоп рубидий-86 широко используется в гамма-дефектоскопии, измерительной технике, а также при стерилизации лекарств и пищевых продуктов.
Рубидий и его сплавы с цезием — это весьма перспективный теплоноситель и рабочая среда для высокотемпературных турбоагрегатов (в этой связи рубидий и цезий в последние годы приобрели важное значение, и чрезвычайная дороговизна металлов уходит на второй план по отношению к возможностям резко увеличить КПД турбоагрегатов, а значит и снизить расходы топлива и загрязнение окружающей среды). Применяемые наиболее широко в качестве теплоносителей системы на основе рубидия — это тройные сплавы:натрий-калий-рубидий, и натрий-рубидий-цезий.
В катализе рубидий используется как в органическом, так и неорганическом синтезе. Каталитическая активность рубидия используется в основном для переработки нефти на ряд важных продуктов.
Ацетат рубидия, например, используется для синтеза метанола и целого ряда высших спиртов из водяного газа, что актуально в связи с подземной газификацией угля и в производстве искусственного жидкого топлива для автомобилей и реактивного топлива.
Ряд сплавов рубидия с теллуром обладают более высокой чувствительностью в ультрафиолетовой области спектра, чем соединения цезия, и в связи с этим он способен в этом случае составить конкуренцию цезию как материал для фотопреобразователей.
В составе специальных смазочных композиций (сплавов), рубидий применяется как высокоэффективная смазка в вакууме (ракетная и космическая техника).
Гидроксид рубидия применяется для приготовления электролита для низкотемпературных химических источников тока, а также в качестве добавки к раствору гидроксида калия для улучшения его работоспособности при низких температурах и повышения электропроводности электролита. В гидридных топливных элементах находит применение металлический рубидий.
- Хлорид рубидия в сплаве с хлоридом меди находит применение для измерения высоких температур (до 400 °C).
- Пары рубидия используются как рабочее тело в лазерах, в частности, в рубидиевых атомных часах.
- Хлорид рубидия применяется в топливных элементах в качестве электролита, то же можно сказать и о гидроксиде рубидия, который очень эффективен как электролит в топливных элементах, использующих прямое окисление угля.
Биологическая роль
Рубидий при поступлении с пищей оказывает успокаивающее, противовоспалительное и противоаллергическое действие. Недостаток рубидия в организме может приводить к психическим заболеваниям. В качестве естественного источника рубидия в некоторых клиниках используется красное сухое вино. Избыток рубидия более вреден для организма, чем его недостаток[источник не указан 284 дня].
Изотопы
В природе существуют два изотопа рубидия: стабильный период полураспада равен 4,923·1010 лет, это один из изотопов-геохронометров). Искусственным путём получены 30 радиоактивных изотопов рубидия (в диапазоне массовых чисел от 71 до 102), не считая 16 возбуждённых изомерных состояний.
Стоимость
Cтоимость рубидия весьма высока[когда?]: 2,5 доллара за 1 г.[источник не указан 299 дней]
Примечания
- Рубидий на Webelements
- Рубидий в Популярной библиотеке химических элементов
- Перельман. Ф. М. Рубидий и цезий. М.: АН УССР, 1960. 140 стр. с илл.
- Плющев В. Е., Степин Б. Д. Химия и технология соединений лития, рубидия и цезия. — М.-Л.: Химия, 1970.- 407 с
- Рипан Р., Четяну И. Неорганическая химия. Химия металлов. — М.: Мир, 1971. — Т. 1. — 561 с.
Рубидий
Металлический рубидий по внешнему виду, мягкости и проводимости имеет сходство с металлическими калием и цезием.
Рубидий не хранят на открытом воздухе, так как будет происходить реакция с выделением большого количества тепла, иногда даже приводящая к воспламенению металла.
Рубидий является первым щелочным металлом в группе, плотность которого выше, чем у воды в отличии от лития, натрия и калия.
В 1861 году немецкие учёные Роберт Вильгельм Бунзен и Густав Роберт Кирхгоф, изучая с помощью спектрального анализа природные алюмосиликаты, обнаружили в них новый элемент, впоследствии названный рубидием по насыщенно красному цвету наиболее сильных линий спектра.
Рубидий имел минимальную промышленную ценность до 1920-х годов. В наши дни наиболее важным применением рубидия являются исследования и разработки, главным образом в области химии и электроники.
В 1995 году рубидий-87 был использован для получения конденсата Бозе-Эйнштейна, научного открытия, за которое первооткрыватели Эрик Аллин Корнелл, Карл Виман и Вольфганг Кеттерле в 2001 году были удостоены Нобелевской премии по физике.
Рубидий в природе
Содержание рубидия в земной коре составляет 7,8⋅10−3%, что примерно равно суммарному содержанию никеля, меди и цинка. По распространённости в земной коре рубидий находится примерно на 23-м месте, примерно так же распространённым, как цинк, и более распространённым, чем медь. Однако, металл находится в рассеянном состоянии — это типичный рассеянный элемент.
Собственные минералы рубидия неизвестны. Рубидий встречается вместе с другими щелочными элементами и всегда сопутствует калию. Обнаружен в очень многих горных породах и минералах, найденных, в частности, в Северной Америке, Южной Африке и России, но его концентрация там крайне низка. Только лепидолиты содержат несколько больше рубидия, иногда 0,3%, а изредка и до 3,5%.
Соли рубидия растворены в воде морей, океанов и озёр. Их концентрация и здесь очень невелика, в среднем порядка 125 мкг/л, что меньше чем значение для калия — 408 мкг/л.
В отдельных случаях содержание рубидия в воде выше: в Одесских лиманах оно оказалось равным 670 мкг/л, а в Каспийском море — 5700 мкг/л.
Повышенное содержание рубидия обнаружено и в некоторых минеральных источниках Бразилии.
Из морской воды рубидий перешёл в калийные соляные отложения, главным образом, в карналлиты. В страссфуртских и соликамских карналлитах содержание рубидия колеблется в пределах от 0,037 до 0,15%. Минерал карналлит — сложное химическое соединение, образованное хлоридами калия и магния с водой; его формула — KCl·MgCl2·6H2O.
Рубидий даёт соль аналогичного состава RbCl·MgCl2·6H2O, причём обе соли — калиевая и рубидиевая — имеют одинаковое строение и образуют непрерывный ряд твёрдых растворов, кристаллизуясь совместно. Карналлит хорошо растворим в воде, потому вскрытие минерала не составляет большого труда.
В настоящий момент уже разработаны и описаны рациональные и экономичные методы извлечения рубидия из карналлита, попутно с другими элементами.
Физические свойства
Рубидий образует серебристо-белые мягкие кристаллы, имеющие на свежем срезе металлический блеск. Твёрдость по Бринеллю 0,2 МН/м² (0,02 кгс/мм²). Кристаллическая решётка рубидия кубическая объёмно-центрированная, а = 5,71 Å (при комнатной температуре).
- Плотность рубидия – 1,525 г/см³ (0°C), температура плавления – 38,9°C, температура кипения – 703°C.
- Удельная теплоемкость 335,2 Дж/(кг·К) [0,08 кал/(г·°С)], термический коэффициент линейного расширения 9,0⋅10−5 K−1 (при 0—38°C), модуль упругости 2,4 ГН/м² (240 кгс/мм²), удельное объёмное электрическое сопротивление 11,29⋅10−6 ом·см (при 20°C).
- Рубидий парамагнитен.
Химические свойства
Рубидий крайне неустойчив на воздухе, вступает в реакцию с выделением большого количества тепла. В присутствии воды реакция проходит с воспламенением. Метал образует все виды солей, большая часть из них – легкорастворимые.
Биологические свойства
Биологическая роль рубидия изучена очень мало. Металл относят к микроэлементам. Обычно рубидий рассматривают совместно с цезием, поэтому роль этих металлов в организме человека изучается параллельно.
Ежедневно в организм человека с пищей поступает до 1,5-4,0 мг рубидия. Через 60-90 минут при пероральном поступлении рубидия в организм, его можно обнаружить в крови. Средний уровень рубидия в крови составляет 2,3-2,7 мг/л.
Рубидий присутствует в тканях растений и животных. В земных растениях содержится всего около 0,000064% рубидия, а в морских — ещё меньше. Однако рубидий способен накапливаться в растениях, а также в мышцах и мягких тканях актиний, ракообразных, червей, рыб и иглокожих.
Содержание ниже 250 мкг/л рубидия в корме у подопытных животных может привести к снижению аппетита, задержкам роста и развития, преждевременным родам, выкидышам, сокращению продолжительности жизни.
Ионы рубидия при поступлении в организм человека накапливаются в клетках, так как организм относится к ним так же, как к ионам калия. Однако рубидий не очень токсичен, в организме человека массой 70 кг содержится 0,36 грамм рубидия, и даже при увеличении этого числа в 50-100 раз негативных эффектов не наблюдается.
Элементарный рубидий опасен в обращении. Его, как правило, хранят в ампулах из стекла пирекс в атмосфере аргона или в стальных герметичных сосудах под слоем обезвоженного масла (вазелинового, парафинового). Утилизируют рубидий обработкой остатков металла пентанолом.
Радиоактивности рубидия
Природная радиоактивность рубидия была открыта Кемпбеллом и Вудом в 1906 году с помощью ионизационного метода и подтверждена с помощью фотоэмульсии В. Стронгом в 1909 году.
В 1930 году Л. В. Мысовский и Р. А. Эйхельбергер с помощью камеры Вильсона показали, что эта радиоактивность сопровождается испусканием бета-частиц. Позже было показано, что она обусловлена бета-распадом природного изотопа 87Rb.
Изотопы
В природе существуют два изотопа рубидия: стабильный 85Rb (содержание в натуральной смеси: 72,2%) и бета-радиоактивный 87Rb (27,8%). Период полураспада последнего равен 49,23 млрд лет (почти в 11 раз больше возраста Земли).
Продукт распада — стабильный изотоп стронций-87. Постепенное накопление радиогенного стронция в минералах, содержащих рубидий, позволяет определять возраст этих минералов, измеряя содержание в них рубидия и стронция.
Благодаря радиоактивности 87Rb природный рубидий обладает удельной активностью около 670 кБк/кг.
Искусственным путём получены 30 радиоактивных изотопов рубидия (в диапазоне массовых чисел от 71 до 102), не считая 16 возбуждённых изомерных состояний.