1861 онд саяхан зохион бүтээсэн бодисыг судлах физик арга - спектрийн шинжилгээ нь шинжлэх ухаан, технологийн агуу ирээдүйн баталгаа болох хүч чадал, найдвартай байдлыг дахин харуулсан. Түүний тусламжтайгаар урьд өмнө мэдэгдээгүй хоёр дахь химийн элемент болох рубидиумыг илрүүлсэн. Дараа нь 1869 онд Д. И. Менделеев үечилсэн хуулийг нээсэнээр рубидий бусад элементүүдийн хамт хүснэгтэд байр сууриа эзэлсэн нь химийн шинжлэх ухаанд эмх цэгцтэй болсон.
Рубидиумын цаашдын судалгаагаар энэ элемент нь хэд хэдэн сонирхолтой, үнэ цэнэтэй шинж чанартай болохыг харуулсан. Бид эндээс тэдний хамгийн онцлог, чухал зүйлийг авч үзэх болно.
Химийн элементийн ерөнхий шинж чанар
Рубидиум нь 37 атомын дугаартай, өөрөөр хэлбэл түүний атомууд дахь цөмийн найрлагад ийм тооны эерэг цэнэгтэй бөөмс болох протонууд багтдаг. Тус тусад ньсаармаг атом нь 37 электронтой.
Элементийн тэмдэг - Rb. Тогтмол системд рубидиумыг I бүлгийн элемент гэж ангилдаг, үе нь тавдугаарт (хүснэгтийн богино хугацааны хувилбарт I бүлгийн үндсэн дэд бүлэгт багтдаг бөгөөд зургаа дахь эгнээнд байрладаг). Энэ нь шүлтлэг металл бөгөөд зөөлөн, маш хайлдаг, мөнгөлөг цагаан талст бодис юм.
Нээлтийн түүх
Рубидиумын химийн элементийг нээсэн нэр төрийн хэрэг нь бодисын найрлагыг судлах спектроскопийн аргын зохиогч химич Роберт Бунсен, физикч Густав Кирххоф нарын хоёр эрдэмтэнд хамаатай. Спектрийн шинжилгээг ашигласнаар 1860 онд цезийг нээхэд хүргэсний дараа эрдэмтэд судалгаагаа үргэлжлүүлж, дараа жил нь лепидолит эрдсийн спектрийг судлахдаа хоёр үл мэдэгдэх бараан улаан шугамыг илрүүлжээ. Хамгийн хүчтэй спектрийн шугамын өвөрмөц сүүдэрийн ачаар урьд нь үл мэдэгдэх элемент байгаа эсэхийг тогтоох боломжтой болсон бөгөөд энэ нь ийм нэртэй болсон: рубидус гэдэг үгийг Латин хэлнээс "час улаан, хар улаан" гэж орчуулсан.
1863 онд Бунсен анх удаа рашаан уснаас их хэмжээний уусмалыг ууршуулж, кали, цезий, рубидийн давсыг ялгаж, эцэст нь хөө тортог ашиглан металлыг ангижруулж металл рубидийг ялгаж авсан. Хожим нь Н. Бекетов хөнгөн цагааны нунтаг ашиглан рубидиумыг гидроксидоос гаргаж авч чадсан.
Элементийн физик шинж чанар
Рубидиум нь хөнгөн металл, түүнд байдагнягт 1.53г/см3 (тэг температурт). Куб бие төвтэй тортой талстыг үүсгэдэг. Рубидиум нь зөвхөн 39 хэмд хайлдаг, өөрөөр хэлбэл тасалгааны температурт түүний тууштай байдал нь аль хэдийн зуурмаг шиг байдаг. Метал 687 °C-т буцалж, уур нь ногоон хөх өнгөтэй байна.
Рубидиум нь парамагнет юм. Дамжуулах чадварын хувьд 0 хэмд мөнгөн уснаас 8 дахин илүү, мөнгөнөөс бараг хэд дахин бага байдаг. Бусад шүлтлэг металлын нэгэн адил рубидиум нь маш бага фотоэлектрик эффектийн босготой байдаг. Түүний доторх фото гүйдлийг өдөөхөд урт долгионы урттай (өөрөөр хэлбэл бага давтамжтай, бага энерги агуулсан) улаан гэрлийн туяа хангалттай. Энэ утгаараа зөвхөн цезий л түүнээс илүү мэдрэмжтэй байдаг.
Изотопууд
Рубиди нь 85.468 атомын жинтэй. Энэ нь байгальд цөм дэх нейтроны тоогоор ялгаатай хоёр изотоп хэлбэрээр тохиолддог: рубидиум-85 нь хамгийн их хувийг (72.2%) эзэлдэг. хамаагүй бага хэмжээ - 27.8% - рубидиум-87. Тэдний атомын цөмд 37 протоноос гадна 48 ба 50 нейтрон байдаг. Илүү хөнгөн изотоп нь тогтвортой байдаг бол рубидиум-87 нь асар их хагас задралын хугацаа нь 49 тэрбум жил юм.
Одоогоор энэ химийн элементийн хэдэн арван цацраг идэвхт изотопуудыг зохиомлоор гаргаж авсан: хэт хөнгөн рубидий-71-ээс нейтроны хэт ачаалалтай рубидий-102 хүртэл. Хиймэл изотопуудын хагас задралын хугацаа хэдхэн сараас 30 наносекунд хүртэл байдаг.
Химийн үндсэн шинж чанарууд
Дээр дурдсанчлан, хэд хэдэн химийн элементүүдэд рубидиум (натри, кали, литий, цезий, франций гэх мэт) шүлтлэг металлд хамаардаг. Химийн шинж чанарыг тодорхойлдог тэдгээрийн атомын электрон бүтцийн онцлог нь гадаад энергийн түвшинд зөвхөн нэг электрон байх явдал юм. Энэ электрон атомыг амархан орхиж, металлын ион нь үелэх систем дэх түүний урд байрлах идэвхгүй элементийн энергийн таатай электрон тохиргоог олж авдаг. Рубидиумын хувьд энэ нь криптоны тохиргоо юм.
Тиймээс рубиди нь бусад шүлтлэг металлын нэгэн адил тодорхой бууруулагч шинж чанартай бөгөөд исэлдэлтийн төлөв +1 байна. Шүлтлэг шинж чанар нь атомын жин нэмэгдэх тусам илүү тод илэрдэг, учир нь атомын радиус нэмэгдэж, үүний дагуу гадаад электрон ба цөмийн хоорондын холбоо суларч, химийн идэвхжил нэмэгдэхэд хүргэдэг. Иймээс рубиди нь лити, натри, калиас илүү идэвхтэй, харин цезий нь рубидиас илүү идэвхтэй байдаг.
Рубидиумын тухай дээрх бүх зүйлийг нэгтгэн дүгнэвэл доорх зурган дээрх шиг элементийг задлан шинжилж болно.
Рубидийн үүсгэсэн нэгдлүүд
Агаарт энэ металл нь онцгой урвалд ордог тул гал авалцах үед хүчтэй исэлддэг (дөл нь ягаан-ягаан өнгөтэй байдаг); урвалын явцад хүчтэй исэлдүүлэгч бодисын шинж чанарыг харуулдаг супероксид ба рубидийн хэт исэл үүсдэг:
- Rb + O2 → RbO2.
- 2Rb + O2 →Rb2O2.
Хүчилтөрөгчийн урвалд орох боломж хязгаарлагдмал тохиолдолд исэл үүсдэг:
- 4Rb + O2 → 2Rb2O.
Энэ нь ус, хүчил, хүчиллэг исэлтэй урвалд ордог шар өнгөтэй бодис юм. Эхний тохиолдолд хамгийн хүчтэй шүлтлэгүүдийн нэг үүсдэг - рубидиум гидроксид, үлдсэн хэсэгт - давс, жишээлбэл, рубидиум сульфат Rb2SO4, ихэнх нь уусдаг.
Бүр илүү хүчтэй дэлбэрэлт дагалддаг (учир нь рубиди болон ялгарсан устөрөгч хоёулаа шууд гал авалцдаг) метал нь устай урвалд орж, маш түрэмгий нэгдэл болох рубидийн гидроксид үүсгэдэг:
- 2Rb + 2H2O → 2RbOH +H2.
Рубидиум нь фосфор, устөрөгч, нүүрстөрөгч, цахиур, галоген зэрэг олон бус металлуудтай шууд урвалд орж чаддаг химийн элемент юм. Рубидиум галогенид - RbF, RbCl, RbBr, RbI - ус болон зарим органик уусгагчид, тухайлбал этанол эсвэл шоргоолжны хүчилд амархан уусдаг. Металлын хүхэртэй харилцан үйлчлэлцэх (хүхрийн нунтагаар үрэх) нь тэсрэх шинж чанартай бөгөөд сульфид үүсэхэд хүргэдэг.
Мөн перхлорат RbClO4 зэрэг рубидийн муу уусдаг нэгдлүүд байдаг бөгөөд тэдгээрийг аналитикт химийн элементийг тодорхойлоход ашигладаг.
Байгаль дээр байх
Рубидиум нь ховор элемент биш юм. Энэ нь бараг хаа сайгүй олддог, багтсанолон ашигт малтмал, чулуулгийн найрлагатай, мөн далай, газар доорх болон голын усанд агуулагддаг. Дэлхийн царцдас дахь рубидиумын агууламж нь зэс, цайр, никелийн агууламжийн нийт утгад хүрдэг. Гэсэн хэдий ч олон ховор металлаас ялгаатай нь рубидиум нь маш ул мөр элемент бөгөөд чулуулаг дахь агууламж нь маш бага бөгөөд өөрөө эрдэс бодис үүсгэдэггүй.
Эрдсийн найрлагад рубидиум калийг хаа сайгүй дагалддаг. Рубидиумын хамгийн их концентраци нь лити, цезийн эх үүсвэр болох лепидолит, эрдэс бодисуудаас олддог. Тиймээс рубидиум нь бусад шүлтлэг металлууд байдаг газарт үргэлж бага хэмжээгээр агуулагддаг.
Рубидиумын хэрэглээний талаар бага зэрэг
Химийн товч тайлбар. Рубидиум элементийг энэ металл болон түүний нэгдлүүдийг ашигладаг газруудын талаар хэдэн үгээр нэмж болно.
Рубидиумыг лазер технологид фотоэлел үйлдвэрлэхэд ашигладаг бөгөөд пуужингийн технологийн зарим тусгай хайлшийн нэг хэсэг юм. Химийн үйлдвэрт рубидиумын давсыг өндөр катализаторын идэвхжилтэй тул ашигладаг. Хиймэл изотопуудын нэг болох рубидиум-86 нь гамма туяаны согогийг илрүүлэхэд ашигладаг бөгөөд үүнээс гадна эмийн үйлдвэрт эмийг ариутгахад ашигладаг.
Өөр нэг изотоп болох рубидий-87-г геохронологид ашигладаг бөгөөд хагас задралын хугацаа маш урт байдаг тул хамгийн эртний чулуулгийн насыг тодорхойлоход ашигладаг (рубидий-стронцийн арга).
Хэрэв хэдэн арван жилРубидиум нь химийн элемент бөгөөд цар хүрээ нь өргөжих боломжгүй гэж үздэг байсан бол одоо катализ, өндөр температурт турбины төхөөрөмж, тусгай оптик болон бусад салбарт энэ металлын шинэ хэтийн төлөв гарч ирж байна. Тиймээс рубидиум орчин үеийн технологид чухал үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд цаашид ч тоглох болно.
