Рубидий — элемент 1-й группы, пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева. Атомный номер – 37. Обозначается символом Rb (лат. Rubidium – насыщенно красный). Простое вещество рубидий — мягкий легкоплавкий щелочной металл серебристо-белого цвета.
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.