Рубидий

рубидийС первого взгляда рубидий не произ­водит особого впечатления. Правда, его де­монстрируют не на черном бархате, а в за­паянной и предварительно вакуумированной стеклянной ампуле. Своим внешним видом, блестящей серебристо-белой по­верхностью этот редкий щелочной металл напоминает большинство других металлов. Однако, при более близком знакомстве выявляется ряд присущих ему необычай­ных, подчас уникальных, особенностей.

Так, стоит лишь несколько минут подер­жать в руках ампулу с рубидием, как он превращается в полужидкую массу — ведь температура плавления рубидия всего 39° С.

Атомный вес рубидия — средний между атомными весами меди и серебра, но его свойства резко отличны от свойств метал- лов-«соседей». Впрочем, этого следовало ожидать, если учесть местоположение ру­бидия в периодической системе. Прежде всего, он легок (уд. вес = 1,5) и плохо про­водит электрический ток. Но самое приме­чательное — это его исключительная хими­ческая активность. В вакууме рубидий хра­нят не зря — на воздухе он моментально воспламеняется. При этом образуются со­единения с высоким содержанием кисло­рода — перекиси и надперекиси рубидия. Не менее жадно (с воспламенением) соеди­няется он с хлором и другими галоидами, а с серой и фосфором — даже со взрывом.

Вообще, рубидий вступает в реакцию почти со всеми остальными элементами; в литературе описаны его соединения с во­дородом и азотом (гидриды и нитриды), с бором и кремнием (бориды и силициды), с золотом, кадмием и ртутью (ауриды, кадмиды, меркуриды) и многие другие.

При обычной температуре рубидий раз­лагает воду столь бурно, что выделяю­щийся водород тут же воспламеняется. При 300° С его пары разрушают стекло, вытес­няя кремний.

Известно, что многие металлы обладают фотоэлектрическими свойствами. Свет, по­падающий на катоды, изготовленные из этих металлов, возбуждает в цепи электри­ческий ток. Но если, в случае платины, на­пример, для этого требуются лучи с очень малой длиной волны, то у рубидия, напро­тив, фотоэффект наступает под действием наиболее длинных волн видимого спект­ра — красных. Это значит, что для возбуж­дения тока в рубидиевом фотоэлементе требуются меньшие затраты энергии. В этом отношении рубидий уступает только цезию, который чувствителен даже к невидимым инфракрасным лучам.

Исключительно высокая активность ру­бидия проявляется и в том, что один из его изотопов — RЬ87 (а на его долю приходится 27,85% природных запасов рубидия) ра­диоактивен: он самопроизвольно испуска­ет электроны (бета-лучи) и превращается в изотоп стронция с периодом полураспа­да в 50—60 миллиардов лет. Около 1 % стронция образовалось на Земле именно этим путем, и если определить соотноше­ние изотопов стронция и рубидия с атом­ным весом 87 в какой-либо горной породе, то можно с большой точностью вычислить ее возраст.

Такой метод пригоден применительно к наиболее древним городам и минералам. С его помощью установлено, например, что самые старые скалы Американского конти­нента возникли 2100 миллионов лет тому назад.

Как видите, у этого внешне непритяза­тельного серебристо-белого металла есть немало интересных свойств.

Почему же его называют красным? Ведь rubidus по латыни — красный.

Это красивое имя было дано элементу № 37 его первооткрывателями Г. Кирхгоффом и Р. Бунзеном. 100 с лишним лет назад, изучая с помощью спектроскопа различные минералы, они заметили, что один из об­разцов лепидолита, присланный из Розены (Саксония), дает особые линии в темно­красной области спектра. Эти линии не встречались в спектрах ни одного извест­ного вещества. Вскоре аналогичные темно­красные линии были обнаружены в спектре осадка, полученного после испарения це­лебных вод из минеральных источников Шварцвальда. Естественно было предполо­жить, что они принадлежат какому-то ново­му, до того неизвестному элементу. Так в 1861 году был открыт рубидий. Но содер­жание его в опробованных образцах было ничтожным, и чтобы извлечь мало-мальски ощутимые количества, Бунзену пришлось выпарить свыше 40 кубометров минераль­ных вод. Из упаренного раствора он осадил смесь хлороплатинатов калия, рубидия и цезия. Чтобы отделить рубидий от его бли­жайших родственников (и особенно от боль­шого избытка калия), он подверг этот оса­док многократной фракционированной кри­сталлизации и получил из наименее раство­римой фракции хлориды рубидия и цезия. Он их перевел затем в карбонаты и тартраты (соли винной кислоты), что позволило еще больше очистить рубидий и освобо­дить его от основной массы цезия. Огром­ный труд и незаурядная изобретательность принесли свои плоды: Бунзену удалось раз­решить весьма сложный вопрос и получить не только отдельные соли рубидия, но и сам металл.

Металлический рубидий был впервые получен при восстановлении сажей кислого тартрата. В настоящее время наилучший способ извлечения рубидия — восстановле­ние его хлорида металлическим кальцием. Реакцию ведут в железной пробирке, поме­щенной в трубчатый кварцевый прибор. В вакууме при 700—800˚ С рубидий отдает кальцию свой хлор, а сам возгоняется. Его пары собираются в специальном отростке прибора; там они охлаждаются, после чего весь отросток с заключенным в нем руби­дием отпаивается. После повторной пере­гонки в вакууме при 365° можно получить металлический рубидий высокой степени чистоты.

Сколько рубидия на земном шаре и где он встречается! По различным данным, общее содержание рубидия в земной коре колеблется в пределах от 0,0034% до 0,008%, т. е. его в сотни раз меньше, чем натрия или калия. Впрочем, это не так уж мало, если вспомнить, что на долю такого распространенного металла, как олово, приходится всего 0,004%, а свинца и того меньше — 0,0016% веса земной коры. Но выделить рубидий значительно сложнее, чем олово или свинец, и дело тут не только в большой химической активности элемен­та № 37. Беда в том, что рубидий не обра­зует скоплений, у него нет своих собствен­ных минералов. Он крайне рассеян и встречается вместе с другими щелочными металлами, всегда сопутствуя калию.

Рубидий обнаружен в очень многих гор­ных породах и минералах, но его концен­трации крайне низки. Только лепидолиты содержат его несколько больше, иногда 0,2%, а изредка и до 1—3%. Соли рубидия растворены в воде морей, океанов и озер. Концентрация их и здесь очень невелика, в среднем порядка 100 микрограммов на литр. Значит в мировом океане рубидия в сотни раз меньше, чем в земной коре. Впрочем, в отдельных случаях содержание рубидия в воде выше, в Одесских лиманах оно оказалось равным 670 µг/л, а в Каспий­ском море — 5700 µг/л. Повышенное со­держание рубидия обнаружено и в некото­рых минеральных источниках Бразилии.

Рубидий найден в морских водорослях, в чае, кофе, в сахарном тростнике и в та­баке: в золе табачных листьев оказалось до 0,004% рубидия (а калия в них в 1000 раз больше).

Из морской воды рубидий перешел в калийные соляные отложения, главным образом, в карналлиты. В стассфуртских 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 — КС1 • МgС12• 6Н20. Рубидий дает соль аналогичного состава — RbС1 • МgС12 • 6Н20, причем обе соли — калиевая и ру­бидиевая — имеют одинаковое строение и образуют непрерывный ряд твердых рас­творов, кристаллизуясь совместно. Карнал­лит хорошо растворим в воде, поэтому «вскрытие» минерала не представляет боль­шого труда. Сейчас разработаны и описаны в литературе вполне рациональные и эконо­мичные методы извлечения рубидия из карналлитов, попутно с другими элемен­тами.

Мощные залежи карналлита, несомнен­но, — один из наиболее перспективных ис­точников рубидиевого сырья. Хотя кон­центрация рубидия здесь и не велика, но общие запасы солей таковы, что коли­чество рубидия измеряется миллионами тонн.

Где применяется рубидий? Куда он идет и какую пользу приносит? Увы, чита­тель! Послужной список рубидия невелик. Мировое производство этого металла ни­чтожно (несколько десятков килограммов в год), а стоимость непомерно велика: 2,5 доллара за 1 грамм. Объясняется это, глав­ным образом, ничтожными запасами руби­дия в основных капиталистических странах. И все-таки совершенно «безработным» элементом его не назовешь.

Рубидиевые препараты иногда приме­няются в медицине как снотворное и боле­утоляющее средство, а также при лечении некоторых форм эпилепсии. Отдельные его соединения используются в аналитической химии, как специфические реактивы на мар­ганец, цирконий, золото, палладий и сереб­ро. Сам металл изредка употребляют для изготовления фотоэлементов, но по чувст­вительности и диапазону действия руби­диевые фотокатоды уступают некоторым другим, в частности, цезиевым.

Между тем, исследования, проведенные учеными различных стран, показали, что ру­бидий и его соединения обладают многими практически ценными качествами. Среди них первостепенное значение имеет их каталитическая способность.

Еще в 1924 году известный немецкий химик Ф. Фишер нашел, что карбонат ру­бидия — превосходный компонент катали­затора для получения синтетической неф­ти — «синтола». Синтолом была названа смесь спиртов, альдегидов и кетонов, обра­зующаяся из водяного газа (смеси водоро­да с окисью углерода) при 410˚С и дав­лении 140—150 атмосфер в присутствии специального катализатора. После добавле­ния бензола эту смесь можно было использовать в качестве моторного топлива. Ка­тализатором служила железная стружка, пропитанная гидроокисью калия. Но если калий заменить рубидием, то эффектив­ность процесса значительно повышается. Во-первых, выход маслянистых продуктов и высших спиртов становится вдвое боль­ше; во-вторых, рубидиевый катализатор (в отличие от калиевого) не покрывается сажей и поэтому сохраняет свою первона­чальную активность значительно дольше.

Позднее были запатентованы специаль­ные катализаторы с рубидием для синтеза метанола и высших спиртов, а также сти­рола и бутадиена. Исходными продуктами служили: в первом случае водяной газ, во втором — этилбензол и бутиленовая фрак­ция нефти.

Стирол и бутадиен — исходные веще­ства для получения синтетического каучука и поэтому их производство занимает вид­ное место в химической промышленности высокоразвитых стран. Обычно, катализато­рами здесь служат окислы железа с при­месью окислов других металлов, главным образом меди, цинка, хрома, марганца или магния, пропитанные солями калия.

Но если вместо калия ввести в состав катализатора до 5% карбоната рубидия, то скорость реакции удваивается. Кроме того, значительно повышается так называемое селективное действие катализатора и его устойчивость, т. е. процесс идет в желае­мом направлении, без образования побоч­ных продуктов, а катализатор служит доль­ше и не требует частой смены.

В последние годы предложены катали­заторы, содержащие в том или ином виде рубидий, для гидрогенизации, дегидрогени­зации, полимеризации и некоторых других реакций органического синтеза.

Так, например, металлический рубидий облегчает процесс получения циклогексана из бензола. В этом случае процесс идет при значительно более низких температу­рах и давлениях, чем при активации его натрием или калием, и ему почти не меша­ют «смертельные» для обычных катализа­торов яды — вещества, содержащие серу.

Карбонат рубидия оказывает положи­тельное действие на процесс полимериза­ции аминокислот; с его помощью получены синтетические полипептиды с молекуляр­ным весом до 40 ООО, причем реакция протекает без инерции, моментально.

Очень интересное исследование было проведено в США в связи с работами по изысканию новых видов авиационного топ­лива. Было найдено, что тартрат рубидия может быть катализатором при окислении сажи окислами азота, значительно снижая температуру этой реакции, по сравнению с солями калия.

По некоторым данным рубидий ускоря­ет изотопный обмен ряда элементов. В ча­стности, его способность непосредственно соединяться как с водородом, так и с дей­терием может быть использована для полу­чения тяжелого водорода, так как дейтерид рубидия обладает большей летучестью, чем обычный гидрид. Не исключено, что гидрид и особенно борогидриды рубидия смогут быть применены в качестве вы­сококалорийных добавок к твердым топ­ливам.

Известно, что соединения рубидия с сурьмой, висмутом, теллуром, пригодные для изготовления фотокатодов, обладают полупроводниковыми свойствами, а его однозамещенные фосфаты и арсенаты могут быть получены в виде пьезоэлектрических кристаллов.

Наконец, у эвтектических смесей хло­рида рубидия с хлоридами меди, серебра или лития электрическое сопротивление падает с повышением температуры столь резко, что они могут стать весьма удобны­ми термистерами в различных электриче­ских установках при температурах порядка 150—290° С.

Таков далеко не полный перечень тех возможностей, которыми располагает ру­бидий.

На Северном Урале среди дремучих ле­сов расположен маленький старинный рус­ский городок Соликамск, застроенный не­большими деревянными домами; среди них несколько возвышаются лишь два здания: бывшие монастыри — мужской и женский. Но за годы Советской власти на высоком берегу Камы, вблизи старого Соликамска вырос новый сияющий огнями город. Здесь находится одна из первых шахт Соликам­ского калийного комбината. Спускаясь в эту шахту, попадаешь на довольно широ­кую площадку, чем-то напоминающую станцию метро. Здесь также светло и уют­но, а стены «облицованы» блестящим, как мрамор, калийно-натриевым минералом сильвинитом. Сильвинит окрашен в различ­ные цвета: то он снежно-белый (чистейший сильвин — хлорид калия), то переливается всеми оттенками от светло-розового до почти красного и от светло-голубого до темно-синего. Он пронизан прозрачными и бесцветными кристаллами хлорида нат­рия. Но среди них иногда попадаются круп­ные блестящие и совершенно черные ку­бики.

Откуда взялась поваренная соль черно­го цвета?

Полагают, что это — почерк руби­дия, что хлорид натрия почернел под дей­ствием радиоактивных излучений изотопа RЬ87… Так рубидий напоминает о себе, дает знать о своем существовании.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>