Рубидий является химическим элементом таблицы Менделеева с атомным номером 37 и условным обозначением Rb. Рубидий представляет собой очень мягкий серебристо-белый металл из группы щелочных металлов.
Как был открыт Рубидий
Рубидий был открыт Робертом Бунзеном и Густавом Кирхгофом в 1861 году в Гейдельберге (Германия). Этот химический элемент был обнаружен учеными в минерале лепидолите с помощью спектроскопии пламени. Из-за ярко-красных линий в его спектре излучения, они выбрали название, производное от латинского слова
rubidus, что означает «темно-красный».
Рубидий является второстепенным компонентом лепидолита. Немецкие ученые обработали 150 кг лепидолита, который содержит всего 0,24% монооксида рубидия Rb2O. Калий и рубидий образуют нерастворимые соли с платинохлористоводородной кислотой, но эти соли имеют небольшую разницу в растворимости в горячей воде. Следовательно менее растворимый гексахлороплатинат рубидия может быть получен фракционной кристаллизацией.
После восстановления гексахлороплатината водородом в результате процесса было получено 0,51 грамм хлорида рубидия(RbCl), который использовался для дальнейших исследований. Бунзен и Кирхгоф начали свое первое крупномасштабное выделение соединений цезия и рубидия с 44 000 литров минеральной воды, что дало 7,3 грамма хлорида цезия и 9,2 грамма хлорида рубидия. Рубидий был вторым элементом (первым был цезий), который был открыт с помощью спектроскопии. Это произошло всего через год после изобретения спектроскопа Бунзеном и Кирхгофом.
Где и как добывают Рубидий
Добыча рубидия в год составляет порядка 2 — 3 тонн. Такое малое количество добычи объясняется тем, что применение этого металла не находит широкого распространения и минералов богатых этим химическим элементом не так уж и много. Существует несколько методов разделения рубидия, цезия и калия из квасцов. Фракционная кристаллизация является главным из них. Она заключается в обработке квасцов (Cs, Rb) Al(SO4)2·12H2O. После 30 стадий очистки получается выделить чистый рубидий. Так же имеются сведения еще о двух методах получения. Речь идет о хлоростаннате и ферроцианидном процессе, но о применении этих процессов сведений нет.
В середине 50-х и 60-х годов основным источником получения рубидия был Алькарб, который является побочным продуктом получения калия. Алькарб содержал 21% рубидия, а остальное приходилось на цезий и калий. Сегодня рубидий добывают в основном как побочный продукт при получении цезия. Чистый рубидий получают из поллуцита. Основным источником рубидия является шахта Танко (Канада).
Распространенность Рубидия
Рубидий является 23 самым распространенным элементом в земной коре. Он распространен приблизительно так же как цинк и гораздо больше, чем медь. В естественных условиях его можно обнаружить в таких минералах как лейцит, поллуцит, карналлит и циннвальдит. Они все содержат до 0.1% рубидия. Самым главным коммерческим источником этого химического элемента является лепидолит. Он содержит от 0.3% до 3.5% рубидия. Так же его иногда обнаруживают в калиевых минералах и хлоридах калия в коммерчески важных количествах.
Морская вода содержит в среднем 125 мкг/л рубидия по сравнению с гораздо более высоким значением для калия 408 мг/л и гораздо более низким значением 0,3 мкг/л для цезия. Рубидий является 18-м элементом по содержанию в морской воде.
Применение Рубидия
Наиболее важным применением рубидия являются разработки и исследования в научной сфере и электронных приложениях. Так же рубидий иногда применяют в фейерверках, чтобы придать пурпурный цвет. Рубидий, особенно испаренный 87Rb, является одним из наиболее часто используемых атомных частиц, используемых для >лазерного охлаждения и бозе-эйнштейновской конденсации. Его желательные особенности для этого применения включают легкую доступность недорогого диодного лазерного излучения с соответствующей длиной волны и умеренные температуры, необходимые для получения значительного давления пара.
Рубидий использовался для поляризации 3He, создавая объемы намагниченного газа 3He, причем ядерные спины выровнены, а не случайны. Пары рубидия оптически накачиваются лазером, и поляризованный Rb поляризует 3He за счет сверхтонкого взаимодействия. Такие спин-поляризованные ячейки 3He полезны для измерений поляризации нейтронов и для получения пучков поляризованных нейтронов для других целей.
Резонансный элемент в атомных часах использует сверхтонкую структуру энергетических уровней рубидия, а рубидий полезен для высокоточного отсчета времени. Он используется в качестве основного компонента вторичных эталонов частоты (рубидиевых генераторов) в передатчиках сотовых станций и другом электронном передающем, сетевом и испытательном оборудовании. Эти рубидиевые стандарты часто используются с GPS для создания «первичного стандарта частоты», который имеет большую точность и дешевле, чем цезиевые стандарты. Такие стандарты рубидия часто производятся серийно для телекоммуникационной отрасли.
Другие потенциальные или текущие применения рубидия включают рабочую жидкость в паровых турбинах, в качестве геттера в вакуумных трубках и в качестве компонента фотоэлемента. Рубидий также используется в качестве ингредиента в специальных типах стекла, в производстве супероксида путем сжигания в кислороде, при изучении каналов ионов калия в биологии и в качестве пара в атомных магнитометрах. В частности, 87Rb используется с другими щелочными металлами при разработке магнитометров без спиновой релаксации (SERF).
Интересные факты
Интересных фактов связанных с рубидием достаточно много. Стоит начать с того, что рубидий является очень пожароопасным веществом. Он бурно реагирует с водой и способен вызвать пожар. Его хранят либо в сухом минеральном масле, либо в запечатанной стеклянной ампуле. Организм человека склонен рассматривать ионы Rb, как если бы они были ионами калия, и поэтому концентрирует рубидий во внутриклеточной жидкости организма (то есть внутри клеток).
Ионы не особенно токсичны. Человек весом 70 кг содержит в среднем 0,36 г рубидия, и увеличение этого значения от 50 до 100 раз не показало отрицательных эффектов у испытуемых. Биологический период полураспада рубидия в организме человека составляет 31 — 46 дней. Частичное замещение калия рубидием в организме человека возможно, но когда более 50% калия в мышечной ткани крыс было заменено рубидием — крысы погибли.
