1861 bewies die kürzlich erfundene physikalische Methode zur Untersuchung von Substanzen - die Spektralanalyse - erneut ihre Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit als Garant für eine große Zukunft in Wissenschaft und Technik. Mit seiner Hilfe wurde das zweite bisher unbekannte chemische Element Rubidium entdeckt. Dann, mit der Entdeckung des Periodengesetzes im Jahr 1869 durch D. I. Mendeleev, nahm Rubidium zusammen mit anderen Elementen seinen Platz in der Tabelle ein, was Ordnung in die chemische Wissenschaft brachte.
Weitere Untersuchungen von Rubidium zeigten, dass dieses Element eine Reihe interessanter und wertvoller Eigenschaften hat. Wir werden hier die charakteristischsten und wichtigsten von ihnen betrachten.
Allgemeine Eigenschaften eines chemischen Elements
Rubidium hat eine Ordnungszahl von 37, das heißt, in seinen Atomen enthält die Zusammensetzung der Kerne genau so viele positiv geladene Teilchen - Protonen. Bzwein neutrales Atom hat 37 Elektronen.
Elementsymbol - Rb. Im Periodensystem wird Rubidium als Element der Gruppe I eingestuft, die Periode ist die fünfte (in der kurzperiodischen Version der Tabelle gehört es zur Hauptuntergruppe der Gruppe I und befindet sich in der sechsten Reihe). Es ist ein Alkalimetall, ist eine weiche, sehr schmelzbare, silberweiße kristalline Substanz.
Discovery-Verlauf
Die Ehre, das chemische Element Rubidium entdeckt zu haben, gebührt zwei deutschen Wissenschaftlern - dem Chemiker Robert Bunsen und dem Physiker Gustav Kirchhoff, den Autoren der spektroskopischen Methode zur Untersuchung der Zusammensetzung von Materie. Nachdem die Verwendung der Spektralanalyse 1860 zur Entdeckung von Cäsium führte, setzten die Wissenschaftler ihre Forschung fort und entdeckten bereits im nächsten Jahr, als sie das Spektrum des Minerals Lepidolith untersuchten, zwei nicht identifizierte dunkelrote Linien. Der charakteristischen Tönung der stärksten Spektrallinien, durch die die Existenz eines bisher unbekannten Elements nachgewiesen werden konnte, verdankt es seinen Namen: Das Wort rubidus wird aus dem Lateinischen mit „karmesinrot, dunkelrot“übersetzt.
Bunsen isolierte 1863 erstmals metallisches Rubidium aus Mineralquellwasser, indem er eine große Menge Lösung verdampfte, Kalium-, Cäsium- und Rubidiumsalze abtrennte und schließlich das Metall mit Ruß reduzierte. Später gelang es N. Beketov, Rubidium mit Aluminiumpulver aus seinem Hydroxid zurückzugewinnen.
Physikalische Eigenschaft des Elements
Rubidium ist ein Leichtmetall, das hat esDichte 1,53 g/cm3(bei Nulltemperatur). Bildet Kristalle mit einem kubisch raumzentrierten Gitter. Rubidium schmilzt bereits bei 39 °C, d. h. seine Konsistenz ist bereits bei Raumtemperatur nahezu pastös. Das Metall siedet bei 687 °C und seine Dämpfe sind grünlich-blau.
Rubidium ist ein Paramagnet. Hinsichtlich der Leitfähigkeit ist es Quecksilber bei 0 °C mehr als 8-mal überlegen und Silber fast ebenso oft unterlegen. Wie andere Alkalimetalle hat Rubidium eine sehr niedrige photoelektrische Effektschwelle. Um darin einen Photostrom anzuregen, genügen langwellige (also niederfrequente und energieärmere) rote Lichtstrahlen. In dieser Hinsicht übertrifft es nur Cäsium an Empfindlichkeit.
Isotope
Rubidium hat ein Atomgewicht von 85,468 und kommt in der Natur in Form von zwei Isotopen vor, die sich in der Anzahl der Neutronen im Kern unterscheiden: Rubidium-85 hat den größten Anteil (72,2 %) und in a viel kleinere Menge - 27,8% - Rubidium-87. Die Kerne ihrer Atome enth alten neben 37 Protonen 48 bzw. 50 Neutronen. Das leichtere Isotop ist stabil, während Rubidium-87 eine riesige Halbwertszeit von 49 Milliarden Jahren hat.
Derzeit wurden mehrere Dutzend radioaktiver Isotope dieses chemischen Elements künstlich gewonnen: vom ultraleichten Rubidium-71 bis zum mit Neutronen überladenen Rubidium-102. Die Halbwertszeit künstlicher Isotope reicht von wenigen Monaten bis zu 30 Nanosekunden.
Grundlegende chemische Eigenschaften
Wie oben erwähnt, gehört Rubidium (wie Natrium, Kalium, Lithium, Cäsium und Francium) in einer Reihe chemischer Elemente zu den Alkalimetallen. Die Besonderheit der elektronischen Konfiguration ihrer Atome, die die chemischen Eigenschaften bestimmt, ist das Vorhandensein nur eines Elektrons auf der äußeren Energieebene. Dieses Elektron verlässt das Atom leicht, und das Metallion erhält gleichzeitig eine energetisch günstige elektronische Konfiguration des im Periodensystem davor befindlichen inerten Elements. Für Rubidium ist dies die Kryptonkonfiguration.
Rubidium hat also, wie andere Alkalimetalle, ausgeprägte reduzierende Eigenschaften und eine Oxidationsstufe von +1. Alkalische Eigenschaften sind mit zunehmendem Atomgewicht stärker ausgeprägt, da auch der Radius des Atoms zunimmt und dementsprechend die Bindung zwischen dem äußeren Elektron und dem Kern geschwächt wird, was zu einer Erhöhung der chemischen Aktivität führt. Daher ist Rubidium aktiver als Lithium, Natrium und Kalium, und Cäsium wiederum ist aktiver als Rubidium.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Element wie in der Abbildung unten geparst werden kann.
Von Rubidium gebildete Verbindungen
An der Luft oxidiert dieses Metall aufgrund seiner außergewöhnlichen Reaktivität heftig unter Entzündung (die Flamme hat eine violett-rosa Farbe); Während der Reaktion bilden sich Superoxid und Rubidiumperoxid, die die Eigenschaften starker Oxidationsmittel aufweisen:
- Rb + O2 → RbO2.
- 2Rb + O2 →Rb2O2.
Oxid entsteht, wenn der Zugang von Sauerstoff zur Reaktion eingeschränkt ist:
- 4Rb + O2 → 2Rb2O.
Dies ist eine gelbe Substanz, die mit Wasser, Säuren und Säureoxiden reagiert. Im ersten Fall entsteht eines der stärksten Alkalien - Rubidiumhydroxid, im Übrigen Salze, zum Beispiel Rubidiumsulfat Rb2SO4, von denen die meisten löslich sind.
Noch heftiger, begleitet von einer Explosion (da sich sowohl Rubidium als auch der freigesetzte Wasserstoff sofort entzünden), reagiert das Metall mit Wasser, wobei Rubidiumhydroxid entsteht, eine extrem aggressive Verbindung:
- 2Rb + 2H2O → 2RbOH +H2.
Rubidium ist ein chemisches Element, das auch mit vielen Nichtmetallen direkt reagieren kann - mit Phosphor, Wasserstoff, Kohlenstoff, Silizium und Halogenen. Rubidiumhalogenide – RbF, RbCl, RbBr, RbI – sind leicht löslich in Wasser und in einigen organischen Lösungsmitteln wie Ethanol oder Ameisensäure. Die Wechselwirkung von Metall mit Schwefel (Reiben mit Schwefelpulver) erfolgt explosionsartig und führt zur Bildung von Sulfid.
Es gibt auch schwerlösliche Verbindungen des Rubidiums, wie Perchlorat RbClO4, sie werden in der Analytik zur Bestimmung dieses chemischen Elements verwendet.
In der Natur sein
Rubidium ist kein seltenes Element. Es ist fast überall zu finden, enth alten indie Zusammensetzung vieler Mineralien und Gesteine und ist auch im Ozean, in Grund- und Flusswässern enth alten. In der Erdkruste erreicht der Geh alt an Rubidium den Gesamtwert des Geh alts an Kupfer, Zink und Nickel. Im Gegensatz zu vielen viel selteneren Metallen ist Rubidium jedoch ein extremes Spurenelement, seine Konzentration im Gestein ist sehr gering und es bildet keine eigenen Mineralien.
In der Zusammensetzung von Mineralien begleitet Rubidium überall Kalium. Die höchste Konzentration an Rubidium findet sich in Lepidolithen, Mineralien, die auch als Quelle für Lithium und Cäsium dienen. Rubidium ist also immer dort in geringen Mengen vorhanden, wo andere Alkalimetalle vorkommen.
Ein wenig über die Verwendung von Rubidium
Kurze Beschreibung von chem. Rubidium-Element lassen sich um ein paar Worte zu den Einsatzgebieten dieses Metalls und seiner Verbindungen ergänzen.
Rubidium wird zur Herstellung von Fotozellen verwendet, in der Lasertechnik, ist Bestandteil einiger Speziallegierungen für die Raketentechnik. In der chemischen Industrie werden Rubidiumsalze aufgrund ihrer hohen katalytischen Aktivität eingesetzt. Eines der künstlichen Isotope, Rubidium-86, wird in der Gammastrahlen-Fehlersuche und darüber hinaus in der pharmazeutischen Industrie zur Sterilisation von Medikamenten eingesetzt.
Ein weiteres Isotop, Rubidium-87, wird in der Geochronologie verwendet, wo es aufgrund seiner sehr langen Halbwertszeit zur Altersbestimmung der ältesten Gesteine verwendet wird (Rubidium-Strontium-Methode).
Wenn mehrere JahrzehnteGlaubte man früher, Rubidium sei ein chemisches Element, dessen Wirkungskreis sich kaum erweitern dürfte, ergeben sich nun neue Perspektiven für dieses Metall, beispielsweise in der Katalyse, in Hochtemperatur-Turbineneinheiten, in der Spezialoptik und in anderen Bereichen. Rubidium spielt also eine wichtige Rolle in modernen Technologien und wird dies auch weiterhin tun.
