Năm 1861, phương pháp vật lý được phát minh gần đây để nghiên cứu các chất - phân tích quang phổ - một lần nữa chứng tỏ sức mạnh và độ tin cậy của nó, như một sự đảm bảo cho một tương lai vĩ đại của khoa học và công nghệ. Với sự giúp đỡ của nó, nguyên tố hóa học thứ hai chưa được biết đến trước đây, rubidi, đã được phát hiện. Sau đó, với sự phát hiện ra định luật tuần hoàn vào năm 1869 bởi D. I. Mendeleev, rubidi cùng với các nguyên tố khác đã chiếm vị trí trong bảng, điều này đã mang lại trật tự cho khoa học hóa học.
Nghiên cứu sâu hơn về rubidi cho thấy nguyên tố này có một số đặc tính thú vị và có giá trị. Chúng tôi sẽ xem xét ở đây đặc điểm và quan trọng nhất của chúng.
Đặc điểm chung của nguyên tố hóa học
Rubidi có số hiệu nguyên tử là 37, tức là trong nguyên tử của nó, thành phần của hạt nhân chỉ bao gồm một số hạt mang điện tích dương - proton. Tương ứngmột nguyên tử trung hòa có 37 electron.
Ký hiệu nguyên tố - Rb. Trong hệ thống tuần hoàn, rubidi được xếp vào nguyên tố nhóm I, chu kỳ đứng thứ năm (trong bảng chu kỳ ngắn, nó thuộc phân nhóm chính của nhóm I và nằm ở hàng thứ sáu). Nó là một kim loại kiềm, là một chất kết tinh mềm, rất dễ chảy, màu trắng bạc.
Lịch sử khám phá
Vinh dự phát hiện ra nguyên tố hóa học rubidi thuộc về hai nhà khoa học người Đức - nhà hóa học Robert Bunsen và nhà vật lý học Gustav Kirchhoff, tác giả của phương pháp quang phổ để nghiên cứu thành phần của vật chất. Sau khi việc sử dụng phân tích quang phổ dẫn đến việc phát hiện ra xêzi vào năm 1860, các nhà khoa học tiếp tục nghiên cứu và ngay năm sau, khi nghiên cứu quang phổ của khoáng chất lepidolit, họ đã phát hiện ra hai vạch màu đỏ sẫm không xác định. Đó là nhờ bóng đặc trưng của các vạch quang phổ mạnh nhất, nhờ đó có thể xác định sự tồn tại của một nguyên tố chưa từng được biết đến trước đây, mà nó có tên: từ rubidus được dịch từ tiếng Latinh là “đỏ thẫm, đỏ sẫm.”
Năm 1863, Bunsen là người đầu tiên cô lập rubidi kim loại từ nước suối khoáng bằng cách làm bay hơi một lượng lớn dung dịch, tách muối kali, xêzi và rubidi, và cuối cùng khử kim loại bằng cách sử dụng muội than. Sau đó, N. Beketov đã tìm cách thu hồi rubidi từ hydroxit của nó bằng cách sử dụng bột nhôm.
Đặc tính vật lý của nguyên tố
Rubidi là một kim loại nhẹ, nó cómật độ 1,53g / cm3(ở nhiệt độ không). Tạo thành các tinh thể có mạng tinh thể lập phương tâm khối. Rubidi chỉ nóng chảy ở 39 ° C, tức là ở nhiệt độ phòng, độ đặc của nó gần giống như nhão. Kim loại sôi ở 687 ° C và hơi của nó có màu xanh lục.
Rubidi là một paramagnet. Về độ dẫn điện, nó cao hơn 8 lần so với thủy ngân ở 0 ° C và gần như kém hơn bạc nhiều lần. Giống như các kim loại kiềm khác, rubidi có ngưỡng hiệu ứng quang điện rất thấp. Để kích thích một dòng quang trong nó, tia sáng đỏ có bước sóng dài (tức là tần số thấp và mang ít năng lượng hơn) là đủ. Về mặt này, chỉ có xêzi vượt qua nó về độ nhạy.
Đồng vị
Rubidi có trọng lượng nguyên tử là 85,468. Nó xuất hiện trong tự nhiên dưới dạng hai đồng vị khác nhau về số nơtron trong hạt nhân: rubidi-85 chiếm tỷ lệ lớn nhất (72,2%), và lượng nhỏ hơn nhiều - 27,8% - rubidi-87. Các hạt nhân của nguyên tử của chúng, ngoài 37 proton, còn chứa 48 và 50 nơtron, tương ứng. Đồng vị nhẹ hơn là ổn định, trong khi rubidi-87 có chu kỳ bán rã rất lớn là 49 tỷ năm.
Hiện tại, hàng chục đồng vị phóng xạ của nguyên tố hóa học này đã được thu nhận một cách nhân tạo: từ rubidi-71 siêu nhẹ đến rubidi-102 quá tải với neutron. Chu kỳ bán rã của các đồng vị nhân tạo từ vài tháng đến 30 nano giây.
Tính chất hóa học cơ bản
Như đã nói ở trên, trong một loạt các nguyên tố hóa học, rubidi (như natri, kali, liti, xêzi và franxi) thuộc về kim loại kiềm. Tính đặc thù của cấu hình điện tử của các nguyên tử của chúng, quyết định tính chất hóa học, là sự hiện diện của chỉ một điện tử ở mức năng lượng bên ngoài. Electron này dễ dàng rời khỏi nguyên tử, đồng thời ion kim loại có được cấu hình điện tử thuận lợi về mặt năng lượng của nguyên tố trơ đứng trước nó trong bảng tuần hoàn. Đối với rubidi, đây là cấu hình krypton.
Vì vậy, rubidi, giống như các kim loại kiềm khác, có tính khử rõ rệt và trạng thái oxy hóa +1. Tính chất kiềm càng rõ rệt khi khối lượng nguyên tử tăng lên, vì bán kính của nguyên tử cũng tăng, và do đó, liên kết giữa electron ngoài cùng và hạt nhân bị yếu đi, dẫn đến tăng hoạt động hóa học. Do đó, rubidi hoạt động mạnh hơn lithium, natri và kali, và đến lượt nó, xêzi hoạt động mạnh hơn rubidi.
Tổng hợp tất cả những điều trên về rubidi, phần tử có thể được phân tích cú pháp, như trong hình minh họa bên dưới.
Hợp chất được hình thành bởi rubidi
Trong không khí, kim loại này do phản ứng đặc biệt nên bị oxi hóa mạnh, khi bắt lửa (ngọn lửa có màu hồng tím); trong quá trình phản ứng, superoxide và rubidi peroxide được tạo thành, thể hiện các đặc tính của chất oxy hóa mạnh:
- Rb + O2→ RbO2.
- 2Rb + O2→Rb2O2.
Oxit được tạo thành nếu sự tiếp cận của oxy với phản ứng bị hạn chế:
- 4Rb + O2→ 2Rb2O.
Đây là chất màu vàng, phản ứng với nước, axit và oxit axit. Trong trường hợp đầu tiên, một trong những chất kiềm mạnh nhất được tạo thành - rubidi hydroxit, phần còn lại - muối, ví dụ, rubidi sulfat Rb2SO4, hầu hết đều hòa tan.
Còn dữ dội hơn, kèm theo một vụ nổ (vì cả rubidi và hydro được giải phóng đều bốc cháy ngay lập tức), kim loại phản ứng với nước, tạo thành rubidi hydroxit, một hợp chất cực kỳ mạnh:
- 2Rb + 2H2O → 2RbOH + H2.
Rubidi là một nguyên tố hóa học cũng có thể phản ứng trực tiếp với nhiều phi kim loại - với phốt pho, hydro, carbon, silicon và halogen. Các halogenua rubidi - RbF, RbCl, RbBr, RbI - dễ tan trong nước và trong một số dung môi hữu cơ, chẳng hạn như etanol hoặc axit formic. Sự tương tác của kim loại với lưu huỳnh (cọ xát với bột lưu huỳnh) xảy ra nổ và dẫn đến sự hình thành sunfua.
Ngoài ra còn có các hợp chất kém hòa tan của rubidi, chẳng hạn như perchlorate RbClO4, chúng được sử dụng trong phân tích để xác định nguyên tố hóa học này.
Tự nhiên
Rubidi không phải là một nguyên tố hiếm. Nó được tìm thấy hầu như ở khắp mọi nơi, bao gồmthành phần của nhiều khoáng chất và đá, và cũng có trong đại dương, trong nước ngầm và sông. Trong vỏ trái đất, hàm lượng rubidi đạt đến tổng giá trị của hàm lượng đồng, kẽm và niken. Tuy nhiên, không giống như nhiều kim loại hiếm hơn nhiều, rubidi là một nguyên tố cực kỳ vi lượng, nồng độ của nó trong đá rất thấp và nó không tạo thành khoáng chất riêng.
Trong thành phần khoáng chất, rubidi đồng hành với kali ở khắp mọi nơi. Nồng độ cao nhất của rubidi được tìm thấy trong lepidolit, khoáng chất cũng đóng vai trò là nguồn cung cấp liti và xêzi. Vì vậy, rubidi luôn có mặt với một lượng nhỏ ở những nơi mà các kim loại kiềm khác được tìm thấy.
Một chút về việc sử dụng rubidi
Mô tả ngắn gọn về chem. Nguyên tố rubidi có thể được bổ sung bằng một vài từ về các lĩnh vực mà kim loại này và các hợp chất của nó được sử dụng.
Rubidi được sử dụng trong sản xuất tế bào quang điện, trong công nghệ laze, là một phần của một số hợp kim đặc biệt cho công nghệ tên lửa. Trong công nghiệp hóa chất, muối rubidi được sử dụng do có hoạt tính xúc tác cao. Một trong những đồng vị nhân tạo, rubidium-86, được sử dụng trong phát hiện lỗ hổng tia gamma và ngoài ra, trong ngành dược phẩm để khử trùng thuốc.
Một đồng vị khác, rubidium-87, được sử dụng trong công nghệ địa chất, nơi nó được sử dụng để xác định tuổi của những tảng đá cổ nhất do chu kỳ bán rã rất dài của nó (phương pháp rubidium-strontium).
Nếu vài thập kỷMặc dù trước đây người ta tin rằng rubidi là một nguyên tố hóa học mà phạm vi của nó khó có thể mở rộng, nhưng giờ đây những triển vọng mới cho kim loại này đang xuất hiện, chẳng hạn như trong xúc tác, trong các tổ máy tua-bin nhiệt độ cao, trong quang học đặc biệt và trong các lĩnh vực khác. Vì vậy, rubidi đã và sẽ tiếp tục đóng một vai trò quan trọng trong các công nghệ hiện đại.
