V roce 1861 nedávno vynalezená fyzikální metoda pro studium látek – spektrální analýza – znovu prokázala svou sílu a spolehlivost jako záruku skvělé budoucnosti ve vědě a technice. S jeho pomocí byl objeven druhý dosud neznámý chemický prvek rubidium. Poté, s objevem periodického zákona v roce 1869 D. I. Mendělejevem, zaujalo rubidium spolu s dalšími prvky své místo v tabulce, což přineslo řád chemické vědě.
Další studie rubidia ukázala, že tento prvek má řadu zajímavých a cenných vlastností. Zde se podíváme na nejcharakterističtější a nejdůležitější z nich.
Obecné vlastnosti chemického prvku
Rubidium má atomové číslo 37, to znamená, že v jeho atomech složení jader zahrnuje právě takový počet kladně nabitých částic - protonů. Respektiveneutrální atom má 37 elektronů.
Symbol prvku - Rb. V periodickém systému je rubidium klasifikováno jako prvek skupiny I, perioda je pátá (v krátkoperiodické verzi tabulky patří do hlavní podskupiny skupiny I a nachází se v šesté řadě). Je to alkalický kov, je to měkká, velmi tavitelná, stříbrno-bílá krystalická látka.
Historie objevů
Čest objevit chemický prvek rubidium patří dvěma německým vědcům – chemikovi Robertu Bunsenovi a fyzikovi Gustavu Kirchhoffovi, autorům spektroskopické metody pro studium složení hmoty. Poté, co použití spektrální analýzy vedlo v roce 1860 k objevu cesia, vědci pokračovali ve výzkumu a hned další rok při studiu spektra minerálu lepidolitu objevili dvě neidentifikované tmavě červené čáry. Právě díky charakteristickému odstínu nejsilnějších spektrálních čar, kterým bylo možné prokázat existenci dříve neznámého prvku, dostal svůj název: slovo rubidus se z latiny překládá jako „karmínový, tmavě červený“.
V roce 1863 Bunsen jako první izoloval kovové rubidium z minerální pramenité vody odpařením velkého množství roztoku, oddělením solí draslíku, cesia a rubidia a nakonec redukcí kovu pomocí sazí. Později se N. Beketovovi podařilo získat rubidium z jeho hydroxidu pomocí hliníkového prášku.
Fyzikální charakteristika prvku
Rubidium je lehký kovhustota 1,53 g/cm3(při nulové teplotě). Tvoří krystaly s kubickou mřížkou centrovanou na tělo. Rubidium taje při pouhých 39 °C, to znamená při pokojové teplotě, jeho konzistence se již blíží pastovité. Kov vře při 687 °C a jeho páry jsou zelenomodré.
Rubidium je paramagnet. Pokud jde o vodivost, je více než 8krát lepší než rtuť při 0 °C a je téměř tolikrát nižší než stříbro. Stejně jako ostatní alkalické kovy má rubidium velmi nízký práh fotoelektrického efektu. K vybuzení fotoproudu v něm stačí dlouhovlnné (tedy nízkofrekvenční a nesoucí méně energie) paprsky červeného světla. V tomto ohledu jej v citlivosti předčí pouze cesium.
Izotopy
Rubidium má atomovou hmotnost 85 468. V přírodě se vyskytuje ve formě dvou izotopů, které se liší počtem neutronů v jádře: rubidium-85 tvoří největší podíl (72,2 %) a mnohem menší množství - 27,8% - rubidium-87. Jádra jejich atomů kromě 37 protonů obsahují 48, respektive 50 neutronů. Lehčí izotop je stabilní, zatímco rubidium-87 má obrovský poločas rozpadu 49 miliard let.
V současnosti bylo uměle získáno několik desítek radioaktivních izotopů tohoto chemického prvku: od ultralehkého rubidia-71 po rubidium-102 přetížené neutrony. Poločasy umělých izotopů se pohybují od několika měsíců do 30 nanosekund.
Základní chemické vlastnosti
Jak je uvedeno výše, v řadě chemických prvků patří rubidium (jako sodík, draslík, lithium, cesium a francium) k alkalickým kovům. Zvláštností elektronové konfigurace jejich atomů, která určuje chemické vlastnosti, je přítomnost pouze jednoho elektronu na vnější energetické úrovni. Tento elektron snadno opustí atom a kovový ion zároveň získá energeticky výhodnou elektronovou konfiguraci inertního prvku před ním v periodické tabulce. Pro rubidium je to konfigurace kryptonu.
Rubidium, stejně jako ostatní alkalické kovy, má tedy výrazné redukční vlastnosti a oxidační stav +1. Alkalické vlastnosti jsou výraznější se zvyšující se atomovou hmotností, protože se také zvyšuje poloměr atomu, a proto je vazba mezi vnějším elektronem a jádrem oslabena, což vede ke zvýšení chemické aktivity. Proto je rubidium aktivnější než lithium, sodík a draslík a cesium je zase aktivnější než rubidium.
Shrneme-li vše výše uvedené o rubidiu, prvek lze analyzovat, jako na obrázku níže.
Sloučeniny tvořené rubidiem
Na vzduchu tento kov díky své výjimečné reaktivitě prudce oxiduje při vznícení (plamen má fialovo-růžovou barvu); během reakce se tvoří superoxid a peroxid rubidia, vykazující vlastnosti silných oxidačních činidel:
- Rb + O2 → RbO2.
- 2Rb + O2 →Rb2O2.
Oxid se tvoří, pokud je přístup kyslíku k reakci omezen:
- 4Rb + O2 → 2Rb2O.
Jedná se o žlutou látku, která reaguje s vodou, kyselinami a oxidy kyselin. V prvním případě se vytvoří jedna z nejsilnějších alkálií - hydroxid rubidium, ve zbytku - soli, například síran rubidium Rb2SO4, z nichž většina je rozpustná.
Ještě prudčeji, doprovázené explozí (protože rubidium i uvolněný vodík se okamžitě vznítí), kov reaguje s vodou, čímž vzniká hydroxid rubidium, extrémně agresivní sloučenina:
- 2Rb + 2H2O → 2RbOH +H2.
Rubidium je chemický prvek, který může také přímo reagovat s mnoha nekovy – s fosforem, vodíkem, uhlíkem, křemíkem a halogeny. Halogenidy rubidia - RbF, RbCl, RbBr, RbI - jsou snadno rozpustné ve vodě a v některých organických rozpouštědlech, jako je ethanol nebo kyselina mravenčí. Interakce kovu se sírou (tření se sirným práškem) probíhá explozivně a vede k tvorbě sulfidu.
Existují také špatně rozpustné sloučeniny rubidia, jako je chloristan RbClO4, používají se v analytice k určení tohoto chemického prvku.
Být v přírodě
Rubidium není vzácný prvek. Nachází se téměř všude, včetněsložení mnoha minerálů a hornin a je také obsažen v oceánu, v podzemních a říčních vodách. V zemské kůře dosahuje obsah rubidia celkové hodnoty obsahu mědi, zinku a niklu. Na rozdíl od mnoha mnohem vzácnějších kovů je však rubidium extrémně stopový prvek, jeho koncentrace v hornině je velmi nízká a netvoří vlastní minerály.
Ve složení minerálů doprovází rubidium draslík všude. Nejvyšší koncentrace rubidia se nachází v lepidolitech, minerálech, které také slouží jako zdroj lithia a cesia. Rubidium je tedy vždy přítomno v malých množstvích tam, kde se nacházejí jiné alkalické kovy.
Něco málo o použití rubidia
Stručný popis chem. prvek rubidium lze doplnit několika slovy o oblastech, ve kterých se tento kov a jeho sloučeniny používají.
Rubidium se používá při výrobě fotobuněk, v laserové technologii, je součástí některých speciálních slitin pro raketovou techniku. V chemickém průmyslu se používají soli rubidia kvůli jejich vysoké katalytické aktivitě. Jeden z umělých izotopů, rubidium-86, se používá při detekci defektů v gama záření a kromě toho ve farmaceutickém průmyslu pro sterilizaci léků.
Další izotop, rubidium-87, se používá v geochronologii, kde se používá k určení stáří nejstarších hornin kvůli jejich velmi dlouhému poločasu rozpadu (metoda rubidium-stroncium).
Pokud několik desetiletíZatímco dříve se věřilo, že rubidium je chemický prvek, jehož rozsah se pravděpodobně nebude rozšiřovat, nyní se pro tento kov objevují nové vyhlídky, například v katalýze, ve vysokoteplotních turbínových jednotkách, ve speciální optice a v dalších oblastech. Rubidium tedy hraje a nadále bude hrát důležitou roli v moderních technologiích.
