Рубидий — «Злой джинн»
С.И. Венецкий
Сколько лет нашей планете? К сожалению, «метрическое свидетельство» о рождении Земли не сохранилось, а сама же она (как и всякая не очень молодая особа) тщательно скрывает свой возраст. Но коли есть загадка, то всегда находятся и желающие ее разгадать. Спор о том, когда в просторах Вселенной образовалась наша «обитель», длится уже много веков. Если верить Библии, это произошло совсем недавно — около шести тысячелетий назад. Согласно же современным научным представлениям, Земля «живет на свете» уже приблизительно 4,5 миллиарда лет (весьма почтенный возраст, не правда ли?).
В роли свидетелей, готовых подтвердить правильность этой точки зрения, выступают древнейшие горные породы планеты. До последнего времени самыми «престарелыми» считались породы, найденные в Африке, в районе Трансвааля: им примерно 3,4-3,5 миллиарда лет. Но в 1966 году молодой новозеландский ученый Вик Макгрегор на западном побережье Гренландии, у входа в Амералик-фьорд, обнаружил породы, которые оказались старше, чем трансваальские, почти на добрых полмиллиарда лет. А установить это удалось с помощью так называемых рубидий-стронциевых «часов». Что же они собой представляют?
Еще в начале нашего века великий английский физик Эрнест Резерфорд предложил для определения возраста минералов и горных пород воспользоваться открытым за несколько лет до этого явлением радиоактивности. Дело в том, что атомы радиоактивных химических элементов, входящих в состав земной материи, постоянно излучают те или иные ядерные частицы, превращаясь в атомы другого элемента. Самое любопытное, что скорость такого превращения не зависит ни от температуры, ни от давления, ни от каких-либо других факторов. Но зато каждый химический «индивидуум» характеризуется своим периодом полураспада — временем, в течение которого распадается ровно половина имеющегося количества радиоактивного элемента. У одних веществ этот период длится лишь миллионные доли секунды, у других достигает сотен триллионов лет.
Период полураспада одного из «долгожителей»-рубидия-87 (на его долю приходится около 28% природных запасов рубидия) — 48 миллиардов лет. Самопроизвольно испуская электроны, этот изотоп медленно, но верно превращается в стабильный (не подвергающийся дальнейшему распаду) изотоп стронция с тем же массовым числом (87). Поскольку известно обычное соотношение между этим изотопом и его ближайшими «родственниками» (изотопами с массовыми числами 88, 86, 84), нетрудно вычислить, сколько в горной породе «сверхнормативного» стронция-87, т. е. того, который образовался в результате радиоактивного распада рубидия-87.
Ну, а определив к тому же количество исходного «сырья», можно подсчитать, как долго длился процесс превращения, т. е. узнать возраст горной породы.
Если гренландским горным породам с помощью изотопов рубидия и стронция удалось доказать свою глубокую древность, то самые высокие горы нашей планеты — Гималаи — благодаря этой же паре химических элементов смогли убедить научный мир в том, что они значительно моложе, чем предполагалось до последнего времени. Так, долгое время считалось, что горные массивы Центральной Азии образовались сотни миллионов лет назад. Сравнительно недавно японские ученые, воспользовавшись рубидий-стронциевыми «часами», тщательно исследовали образцы гималайских пород и установили ошибочность существовавшей точки зрения.
Ученые пришли к выводу, что этот район земного шара дважды подвергался сильнейшим геологическим сжатиям. Первое сжатие, в результате которого сформировалась базовая структура (или, иначе говоря, своего рода фундамент) Гималаев, произошло 450-500 миллионов лет назад, а второе, благодаря которому на этом фундаменте были воздвигнуты высочайшие горы Земли, — всего каких-нибудь 15 миллионов лет назад.
Существуют и другие подобные методы — радиоуглеродный, уран-гелиевый, уран-свинцовый, калий-аргоновый и т. д., но для весьма солидных промежутков времени, пожалуй, самыми подходящими являются рубидий-стронциевые «часы». Итак, рубидий помогает установить примерный возраст Земли. А как давно он сам известен человеку? На этот вопрос можно дать предельно точный ответ.
Рождение рубидия состоялось в 1861 году. Это событие не ускользнуло от пытливого взгляда двух замечательных немецких ученых — химика Роберта Бунзена и физика Густава Кирхгофа, разработавших в 1859 году спектральный метод анализа веществ, с помощью которого спустя год им удалось открыть цезий.
Продолжая исследовать различные минералы, они обнаружили в спектре саксонского лепидолита две неизвестные ранее темно-красные линии. Так сигнализировал о своем появлении на свет новый элемент, который и был назван рубидием, что в переводе с латинского означает «красный».
Это дает рубидию основание считать себя почти однофамильцем рубина — известного драгоценного камня. Но если рубин и впрямь красный, то о рубидии этого не скажешь: как и большинство металлов, он серебристо-белого цвета. Рубидий очень легкий (легче магния) и очень мягкий (как воск) металл. Ему явно противопоказано пребывание в жарких местах нашей планеты: температура плавления рубидия всего 38,9 °С, поэтому под палящими лучами южного солнца он может буквально растаять на глазах. Чтобы закончить словесный портрет рубидия, укажем еще одну особую примету: пары его соединений придают пламени горелки характерный пурпурный оттенок.
Впервые металлический рубидий сумел получить в 1863 году Р. Бунзен. Для этого ему пришлось «свернуть горы», а вернее, выпарить целое «озеро» — более 40 кубометров шварцвальдской минеральной воды, в которой также был обнаружен новорожденный элемент. Но это было только начало. Из упаренного раствора ученый осадил смесь хлороплатинатов калия, цезия и рубидия. Теперь предстояло разделить неразлучную троицу. Воспользовавшись более высокой растворимостью калийных соединений, Бунзен путем многократной фрикционной кристаллизации сначала удалил «с поля» калий. Разделить цезий и рубидий было еще сложнее, но и эту задачу удалось решить. Завершила дело сажа, которая восстановила рубидий из его кислого тартрата (соли винной кислоты).
Спустя четверть века известный русский химик Н.Н. Бекетов предложил другой способ получения металлического рубидия — восстановлением его из гидроокиси алюминиевым порошком. Ученый проводил этот процесс в железном цилиндре с газоотводной трубкой, которая соединялась со стеклянным резервуаром-холодильником. Цилиндр подогревался на газовой горелке, и в нем начиналась бурная реакция, сопровождавшаяся выделением водорода и возгонкой рубидия в холодильник. Как писал сам Бекетов, «рубидий гонится постепенно, стекая, как ртуть, и сохраняя даже свой металлический блеск вследствие того, что снаряд во время операции наполнен водородом». В наши дни этот металл «добывают» главным образом из хлорида, воздействуя на него металлическим кальцием в вакууме при 700-800 °С.
Как ни сложно выделить чистый рубидий из его соединений, но это только полдела: не меньше хлопот связано с его хранением. «Свежий» металл немедленно запаивают в ампулы из особого стекла, в которых создан вакуум или находится инертный газ. Иногда «камерой предварительного заключения» служат металлические сосуды, заполненные «сухим» (тщательно обезвоженным) керосином или парафиновым маслом. Только при соблюдении этих условий можно быть уверенным, что «продукт подлежит длительному хранению». Чем же вызваны столь суровые меры «наказания»?
Виной всему — буйный характер пленника. Высвободить его из заточения-все равно, что выпустить злого джина из бутылки. По химической активности рубидий в семье металлов уступает только своему «старшему брату» цезию. Оказавшись на воле, т. е. на воздухе, рубидий тут же воспламеняется и сгорает ярким розовато-фиолетовым пламенем, образуя желтый порошок — надпероксид рубидия.
Возникший «пожар» нельзя тушить водой: металл реагирует с ней еще более бурно, со взрывом, причем разлученный с кислородом водород немедленно загорается, «подливая масла в огонь». При этом рубидий совершенно не считается с физическим состоянием воды: даже замерзнув и превратившись в лед, она не перестает быть объектом нападок агрессивного металла. Подобно тому как отбойный молоток шахтера врубается в пласт угля, рубидий решительно «вгрызается» в толщу ледяных кристаллов, и только адский мороз (ниже -108 °С) способен утихомирить буяна.
Получающийся при этом гидроксид рубидия тоже старается показать характер: если ее поместить в стеклянную посуду, то от стекла вскоре останутся одни воспоминания. Да и сам рубидий при высоких температурах (300 °С и выше) быстро разрушает стекло, беззастенчиво «выпроваживая» кремний из его окислов и силикатов. Вот почему «смирительные рубашки» (ампулы) для этого металла необходимо делать из специального стекла, способного постоять за себя.
Высокая химическая активность рубидия обусловлена строением его атома. Как и у других щелочных металлов, на его внешней электронной оболочке «проживает» один-единственный валентный электрон, который находится дальше от ядра, чем у лития, натрия или калия, и поэтому по первому требованию поступает в распоряжение атомов других веществ (с большей охотой отдают свой электрон только атомы цезия).
Столь же легко рубидий расстается с электронами «по просьбе» световых лучей. Это явление, называемое фотоэффектом, присуще многим металлам, но рубидий и цезий в этом отношении вне всякой конкуренции. И хотя сегодня в фотоэлементах и других фотоэлектрических устройствах гораздо чаще применяется цезий, признанный «королем фотоэффекта», у рубидия есть неплохие шансы со временем потеснить короля на троне: ведь его в природе примерно в 50 раз больше, чем цезия, дефицит которого рано или поздно сыграет на руку рубидию. К тому же некоторые его сплавы (например, с теллуром) обладают максимальной светочувствительностью в более далекой ультрафиолетовой области спектра, чем аналогичные цезиевые сплавы; в ряде случаев это обстоятельство имеет первостепенное значение при выборе материала фотокатодов.
Другая важная сфера деятельности рубидия — органическая химия, где на долю его солей выпали «приятные хлопоты»: они исполняют обязанности катализаторов. В этом амплуа карбонат рубидия впервые выступил еще более полувека назад при получении синтетической нефти. Сегодня без него не обходится синтез метанола и высших спиртов, а также стирола и бутадиена — исходных веществ для производства синтетического каучука. Сравнительно недавно разработаны рубидиевые катализаторы для гидрогенизации, дегидрогенизации, полимеризации и еще некоторых реакций органического синтеза. Весьма важно, что такие катализаторы позволяют вести процесс при более низких параметрах (температуре и давлении), чем в том случае, когда для этой цели используются соединения натрия или калия.
Кроме того, к их достоинствам следует отнести пренебрежительное отношение к сере — бичу многих других катализаторов.
Американские химики установили, что тартрат рубидия оказывает каталитическое действие на окисление сажи, заметно снижая температуру реакции. «Эка невидаль — сажа», — может подумать кое-кто. Но ученые, ведущие работы по изысканию новых видов авиационного топлива, придерживаются на этот счет совсем иного мнения. И, надо полагать, не без оснований.
Некоторые соединения рубидия обладают полупроводниковыми свойствами, другие — пьезоэлектрическими. Однако пока эти способности элемента № 37 только начинают привлекать внимание ученых и инженеров.
Как вы заметили, речь чаще идет о потенциальных возможностях рубидия, чем о конкретном использовании его в современной технике. Действительно, он не вправе пока претендовать на роль великого труженика, подобно железу, алюминию, меди, титану. Это подтверждается и масштабами его производства: если «поскрести по сусекам» всех стран, производящих рубидий, то за год наберется всего несколько десятков килограммов, а отсюда — очень высокая цена этого металла на мировом рынке.
Помимо упомянутых областей применения, рубидиевые соединения в небольших количествах используются в аналитической химии — как реактивы на марганец, цирконий и благородные металлы, в медицине — в качестве снотворного и болеутоляющего средства, а также при лечении эпилепсии. В виде различных солей рубидий участвует в изготовлении специальных оптических материалов, прозрачных для инфракрасных лучей, в производстве люминесцентных ламп, телевизионных и других электроннолучевых трубок. В некоторых вакуумных приборах рубидий выполняет функции геттера (газопоглотителя), а в магнитометрах и эталонах частоты и времени — функции так называемого активного вещества.
Недавно одна из электротехнических фирм ФРГ сконструировала рубидиевую контрольно-регулирующую приставку для старинных курантов, украшающих древние башни многих европейских городов и радующих слух их жителей мелодичным боем. Но вот беда: почти все куранты страдают хроническим «заболеванием» — уж очень не точны эти громоздкие средневековые механизмы. Новая приставка — атомный эталон частоты — гарантирует курантам безупречную точность хода (до сотых долей секунды в сутки).
Еще большая точность нужна ядерной физике, лазерной технике, космической навигации: здесь погрешность измерения времени порой «не вправе» превышать миллионные доли секунды в сутки! Таким требованиям отвечают созданные в нашей стране атомные часы, «сердцем» которых служит изотоп рубидия. Принцип их действия основан на том, что атомы химических элементов способны поглощать или излучать энергию только определенной длины волны (частоты).
Для каждого элемента эта длина волны строго постоянна, поскольку она зависит лишь от строения атома. Поэтому атомные (или, как их еще называют, квантовые) часы на несколько порядков точнее, чем любые другие, в том числе и кварцевые, в которых роль маятника играют упругие колебания кварцевой пластины. Точность рубидиевых часов такова, что если бы их «завели» на рубеже новой эры, то к нашим дням они отстали бы или убежали вперед не более чем на… одну секунду.
Можно смело утверждать, что в ближайшие годы послужной список рубидия станет намного длиннее, а значит, возрастут и масштабы его производства. Природа не страдает от недостатка этого металла: в подземных кладовых его припрятано больше, чем, например, хрома, цинка, никеля, меди, свинца.
Правда, определенные трудности возникают из-за крайней рассеянности рубидия, который, хотя и обнаружен во многих горных породах, не имеет собственных минералов, не говоря уже о крупных месторождениях. Обычно рубидий примыкает к более распространенным щелочным металлам, причем с калием он просто неразлучен. Кроме уже упоминавшегося лепидолита, рубидий в очень незначительных количествах (от сотых до десятых долей процента) присутствует в карналлите, откуда его и извлекают попутно с другими элементами. Поскольку общие запасы карналлита практически неисчерпаемы, этот минерал считается наиболее перспективным рубидиевым сырьем.
Еще в XV веке на берегу реки Камы среди уральских лесов возник городок Соль Камская. Современный Соликамск — крупный центр химической промышленности. Здесь находятся богатейшие месторождения карналлитов, сильвинитов и других калийных солей. Похожий на мрамор сильвинит окрашен в различные цвета: он то белый, как снег, то переливается всеми цветами радуги — от светло-розового до красного, от небесно-голубого до темно-синего. При этом минерал (представляющий собой хлорид калия) пронизан бесцветными прозрачными кристаллами хлорида натрия (т. е. поваренной соли), среди которых иногда попадаются совершенно черные крупные кубики. Отчего же почернела поваренная соль? Полагают, что это «автограф» рубидия-87-уже знакомого нам радиоактивного изотопа, облучившего когда-то хлорид натрия.
Соли рубидия растворены в воде океанов, морей, озер. Довольно богаты этим элементом знаменитые одесские лиманы, но еще больше его в каспийских водах. Не обошел рубидий своим вниманием и многих представителей растительного мира: следы его встречаются в морских водорослях и табаке, в листьях чая и зернах кофе, в сахарном тростнике и свекле, в винограде и некоторых видах цитрусовых. В заключение приведем шутливый аргумент в пользу прозвучавшего несколько лет назад призыва «Берегите мужчин!»: их кровь, как утверждает Большая Советская Энциклопедия, богаче рубидием, чем женская (соответственно 0,00032 и 0,00028%).
Ну как же их в таком случае не беречь?
www.ronl.ru
Рубидий — «Злой джинн»
С.И. Венецкий
Сколько лет нашей планете? К сожалению, «метрическое свидетельство» о рождении Земли не сохранилось, а сама же она (как и всякая не очень молодая особа) тщательно скрывает свой возраст. Но коли есть загадка, то всегда находятся и желающие ее разгадать. Спор о том, когда в просторах Вселенной образовалась наша «обитель», длится уже много веков. Если верить Библии, это произошло совсем недавно — около шести тысячелетий назад. Согласно же современным научным представлениям, Земля «живет на свете» уже приблизительно 4,5 миллиарда лет (весьма почтенный возраст, не правда ли?).
В роли свидетелей, готовых подтвердить правильность этой точки зрения, выступают древнейшие горные породы планеты. До последнего времени самыми «престарелыми» считались породы, найденные в Африке, в районе Трансвааля: им примерно 3,4-3,5 миллиарда лет. Но в 1966 году молодой новозеландский ученый Вик Макгрегор на западном побережье Гренландии, у входа в Амералик-фьорд, обнаружил породы, которые оказались старше, чем трансваальские, почти на добрых полмиллиарда лет. А установить это удалось с помощью так называемых рубидий-стронциевых «часов». Что же они собой представляют?
Еще в начале нашего века великий английский физик Эрнест Резерфорд предложил для определения возраста минералов и горных пород воспользоваться открытым за несколько лет до этого явлением радиоактивности. Дело в том, что атомы радиоактивных химических элементов, входящих в состав земной материи, постоянно излучают те или иные ядерные частицы, превращаясь в атомы другого элемента. Самое любопытное, что скорость такого превращения не зависит ни от температуры, ни от давления, ни от каких-либо других факторов. Но зато каждый химический «индивидуум» характеризуется своим периодом полураспада — временем, в течение которого распадается ровно половина имеющегося количества радиоактивного элемента. У одних веществ этот период длится лишь миллионные доли секунды, у других достигает сотен триллионов лет.
Период полураспада одного из «долгожителей»-рубидия-87 (на его долю приходится около 28% природных запасов рубидия) — 48 миллиардов лет. Самопроизвольно испуская электроны, этот изотоп медленно, но верно превращается в стабильный (не подвергающийся дальнейшему распаду) изотоп стронция с тем же массовым числом (87). Поскольку известно обычное соотношение между этим изотопом и его ближайшими «родственниками» (изотопами с массовыми числами 88, 86, 84), нетрудно вычислить, сколько в горной породе «сверхнормативного» стронция-87, т. е. того, который образовался в результате радиоактивного распада рубидия-87.
Ну, а определив к тому же количество исходного «сырья», можно подсчитать, как долго длился процесс превращения, т. е. узнать возраст горной породы.
Если гренландским горным породам с помощью изотопов рубидия и стронция удалось доказать свою глубокую древность, то самые высокие горы нашей планеты — Гималаи — благодаря этой же паре химических элементов смогли убедить научный мир в том, что они значительно моложе, чем предполагалось до последнего времени. Так, долгое время считалось, что горные массивы Центральной Азии образовались сотни миллионов лет назад. Сравнительно недавно японские ученые, воспользовавшись рубидий-стронциевыми «часами», тщательно исследовали образцы гималайских пород и установили ошибочность существовавшей точки зрения.
Ученые пришли к выводу, что этот район земного шара дважды подвергался сильнейшим геологическим сжатиям. Первое сжатие, в результате которого сформировалась базовая структура (или, иначе говоря, своего рода фундамент) Гималаев, произошло 450-500 миллионов лет назад, а второе, благодаря которому на этом фундаменте были воздвигнуты высочайшие горы Земли, — всего каких-нибудь 15 миллионов лет назад.
Существуют и другие подобные методы — радиоуглеродный, уран-гелиевый, уран-свинцовый, калий-аргоновый и т. д., но для весьма солидных промежутков времени, пожалуй, самыми подходящими являются рубидий-стронциевые «часы». Итак, рубидий помогает установить примерный возраст Земли. А как давно он сам известен человеку? На этот вопрос можно дать предельно точный ответ.
Рождение рубидия состоялось в 1861 году. Это событие не ускользнуло от пытливого взгляда двух замечательных немецких ученых — химика Роберта Бунзена и физика Густава Кирхгофа, разработавших в 1859 году спектральный метод анализа веществ, с помощью которого спустя год им удалось открыть цезий.
Продолжая исследовать различные минералы, они обнаружили в спектре саксонского лепидолита две неизвестные ранее темно-красные линии. Так сигнализировал о своем появлении на свет новый элемент, который и был назван рубидием, что в переводе с латинского означает «красный».
Это дает рубидию основание считать себя почти однофамильцем рубина — известного драгоценного камня. Но если рубин и впрямь красный, то о рубидии этого не скажешь: как и большинство металлов, он серебристо-белого цвета. Рубидий очень легкий (легче магния) и очень мягкий (как воск) металл. Ему явно противопоказано пребывание в жарких местах нашей планеты: температура плавления рубидия всего 38,9 °С, поэтому под палящими лучами южного солнца он может буквально растаять на глазах. Чтобы закончить словесный портрет рубидия, укажем еще одну особую примету: пары его соединений придают пламени горелки характерный пурпурный оттенок.
Впервые металлический рубидий сумел получить в 1863 году Р. Бунзен. Для этого ему пришлось «свернуть горы», а вернее, выпарить целое «озеро» — более 40 кубометров шварцвальдской минеральной воды, в которой также был обнаружен новорожденный элемент. Но это было только начало. Из упаренного раствора ученый осадил смесь хлороплатинатов калия, цезия и рубидия. Теперь предстояло разделить неразлучную троицу. Воспользовавшись более высокой растворимостью калийных соединений, Бунзен путем многократной фрикционной кристаллизации сначала удалил «с поля» калий. Разделить цезий и рубидий было еще сложнее, но и эту задачу удалось решить. Завершила дело сажа, которая восстановила рубидий из его кислого тартрата (соли винной кислоты).
Спустя четверть века известный русский химик Н.Н. Бекетов предложил другой способ получения металлического рубидия — восстановлением его из гидроокиси алюминиевым порошком. Ученый проводил этот процесс в железном цилиндре с газоотводной трубкой, которая соединялась со стеклянным резервуаром-холодильником. Цилиндр подогревался на газовой горелке, и в нем начиналась бурная реакция, сопровождавшаяся выделением водорода и возгонкой рубидия в холодильник. Как писал сам Бекетов, «рубидий гонится постепенно, стекая, как ртуть, и сохраняя даже свой металлический блеск вследствие того, что снаряд во время операции наполнен водородом». В наши дни этот металл «добывают» главным образом из хлорида, воздействуя на него металлическим кальцием в вакууме при 700-800 °С.
Как ни сложно выделить чистый рубидий из его соединений, но это только полдела: не меньше хлопот связано с его хранением. «Свежий» металл немедленно запаивают в ампулы из особого стекла, в которых создан вакуум или находится инертный газ. Иногда «камерой предварительного заключения» служат металлические сосуды, заполненные «сухим» (тщательно обезвоженным) керосином или парафиновым маслом. Только при соблюдении этих условий можно быть уверенным, что «продукт подлежит длительному хранению». Чем же вызваны столь суровые меры «наказания»?
Виной всему — буйный характер пленника. Высвободить его из заточения-все равно, что выпустить злого джина из бутылки. По химической активности рубидий в семье металлов уступает только своему «старшему брату» цезию. Оказавшись на воле, т. е. на воздухе, рубидий тут же воспламеняется и сгорает ярким розовато-фиолетовым пламенем, образуя желтый порошок — надпероксид рубидия.
Возникший «пожар» нельзя тушить водой: металл реагирует с ней еще более бурно, со взрывом, причем разлученный с кислородом водород немедленно загорается, «подливая масла в огонь». При этом рубидий совершенно не считается с физическим состоянием воды: даже замерзнув и превратившись в лед, она не перестает быть объектом нападок агрессивного металла. Подобно тому как отбойный молоток шахтера врубается в пласт угля, рубидий решительно «вгрызается» в толщу ледяных кристаллов, и только адский мороз (ниже -108 °С) способен утихомирить буяна.
Получающийся при этом гидроксид рубидия тоже старается показать характер: если ее поместить в стеклянную посуду, то от стекла вскоре останутся одни воспоминания. Да и сам рубидий при высоких температурах (300 °С и выше) быстро разрушает стекло, беззастенчиво «выпроваживая» кремний из его окислов и силикатов. Вот почему «смирительные рубашки» (ампулы) для этого металла необходимо делать из специального стекла, способного постоять за себя.
Высокая химическая активность рубидия обусловлена строением его атома. Как и у других щелочных металлов, на его внешней электронной оболочке «проживает» один-единственный валентный электрон, который находится дальше от ядра, чем у лития, натрия или калия, и поэтому по первому требованию поступает в распоряжение атомов других веществ (с большей охотой отдают свой электрон только атомы цезия).
Столь же легко рубидий расстается с электронами «по просьбе» световых лучей. Это явление, называемое фотоэффектом, присуще многим металлам, но рубидий и цезий в этом отношении вне всякой конкуренции. И хотя сегодня в фотоэлементах и других фотоэлектрических устройствах гораздо чаще применяется цезий, признанный «королем фотоэффекта», у рубидия есть неплохие шансы со временем потеснить короля на троне: ведь его в природе примерно в 50 раз больше, чем цезия, дефицит которого рано или поздно сыграет на руку рубидию. К тому же некоторые его сплавы (например, с теллуром) обладают максимальной светочувствительностью в более далекой ультрафиолетовой области спектра, чем аналогичные цезиевые сплавы; в ряде случаев это обстоятельство имеет первостепенное значение при выборе материала фотокатодов.
Другая важная сфера деятельности рубидия — органическая химия, где на долю его солей выпали «приятные хлопоты»: они исполняют обязанности катализаторов. В этом амплуа карбонат рубидия впервые выступил еще более полувека назад при получении синтетической нефти. Сегодня без него не обходится синтез метанола и высших спиртов, а также стирола и бутадиена — исходных веществ для производства синтетического каучука. Сравнительно недавно разработаны рубидиевые катализаторы для гидрогенизации, дегидрогенизации, полимеризации и еще некоторых реакций органического синтеза. Весьма важно, что такие катализаторы позволяют вести процесс при более низких параметрах (температуре и давлении), чем в том случае, когда для этой цели используются соединения натрия или калия.
Кроме того, к их достоинствам следует отнести пренебрежительное отношение к сере — бичу многих других катализаторов.
Американские химики установили, что тартрат рубидия оказывает каталитическое действие на окисление сажи, заметно снижая температуру реакции. «Эка невидаль — сажа», — может подумать кое-кто. Но ученые, ведущие работы по изысканию новых видов авиационного топлива, придерживаются на этот счет совсем иного мнения. И, надо полагать, не без оснований.
Некоторые соединения рубидия обладают полупроводниковыми свойствами, другие — пьезоэлектрическими. Однако пока эти способности элемента № 37 только начинают привлекать внимание ученых и инженеров.
Как вы заметили, речь чаще идет о потенциальных возможностях рубидия, чем о конкретном использовании его в современной технике. Действительно, он не вправе пока претендовать на роль великого труженика, подобно железу, алюминию, меди, титану. Это подтверждается и масштабами его производства: если «поскрести по сусекам» всех стран, производящих рубидий, то за год наберется всего несколько десятков килограммов, а отсюда — очень высокая цена этого металла на мировом рынке.
Помимо упомянутых областей применения, рубидиевые соединения в небольших количествах используются в аналитической химии — как реактивы на марганец, цирконий и благородные металлы, в медицине — в качестве снотворного и болеутоляющего средства, а также при лечении эпилепсии. В виде различных солей рубидий участвует в изготовлении специальных оптических материалов, прозрачных для инфракрасных лучей, в производстве люминесцентных ламп, телевизионных и других электроннолучевых трубок. В некоторых вакуумных приборах рубидий выполняет функции геттера (газопоглотителя), а в магнитометрах и эталонах частоты и времени — функции так называемого активного вещества.
Недавно одна из электротехнических фирм ФРГ сконструировала рубидиевую контрольно-регулирующую приставку для старинных курантов, украшающих древние башни многих европейских городов и радующих слух их жителей мелодичным боем. Но вот беда: почти все куранты страдают хроническим «заболеванием» — уж очень не точны эти громоздкие средневековые механизмы. Новая приставка — атомный эталон частоты — гарантирует курантам безупречную точность хода (до сотых долей секунды в сутки).
Еще большая точность нужна ядерной физике, лазерной технике, космической навигации: здесь погрешность измерения времени порой «не вправе» превышать миллионные доли секунды в сутки! Таким требованиям отвечают созданные в нашей стране атомные часы, «сердцем» которых служит изотоп рубидия. Принцип их действия основан на том, что атомы химических элементов способны поглощать или излучать энергию только определенной длины волны (частоты).
Для каждого элемента эта длина волны строго постоянна, поскольку она зависит лишь от строения атома. Поэтому атомные (или, как их еще называют, квантовые) часы на несколько порядков точнее, чем любые другие, в том числе и кварцевые, в которых роль маятника играют упругие колебания кварцевой пластины. Точность рубидиевых часов такова, что если бы их «завели» на рубеже новой эры, то к нашим дням они отстали бы или убежали вперед не более чем на… одну секунду.
Можно смело утверждать, что в ближайшие годы послужной список рубидия станет намного длиннее, а значит, возрастут и масштабы его производства. Природа не страдает от недостатка этого металла: в подземных кладовых его припрятано больше, чем, например, хрома, цинка, никеля, меди, свинца.
Правда, определенные трудности возникают из-за крайней рассеянности рубидия, который, хотя и обнаружен во многих горных породах, не имеет собственных минералов, не говоря уже о крупных месторождениях. Обычно рубидий примыкает к более распространенным щелочным металлам, причем с калием он просто неразлучен. Кроме уже упоминавшегося лепидолита, рубидий в очень незначительных количествах (от сотых до десятых долей процента) присутствует в карналлите, откуда его и извлекают попутно с другими элементами. Поскольку общие запасы карналлита практически неисчерпаемы, этот минерал считается наиболее перспективным рубидиевым сырьем.
Еще в XV веке на берегу реки Камы среди уральских лесов возник городок Соль Камская. Современный Соликамск — крупный центр химической промышленности. Здесь находятся богатейшие месторождения карналлитов, сильвинитов и других калийных солей. Похожий на мрамор сильвинит окрашен в различные цвета: он то белый, как снег, то переливается всеми цветами радуги — от светло-розового до красного, от небесно-голубого до темно-синего. При этом минерал (представляющий собой хлорид калия) пронизан бесцветными прозрачными кристаллами хлорида натрия (т. е. поваренной соли), среди которых иногда попадаются совершенно черные крупные кубики. Отчего же почернела поваренная соль? Полагают, что это «автограф» рубидия-87-уже знакомого нам радиоактивного изотопа, облучившего когда-то хлорид натрия.
Соли рубидия растворены в воде океанов, морей, озер. Довольно богаты этим элементом знаменитые одесские лиманы, но еще больше его в каспийских водах. Не обошел рубидий своим вниманием и многих представителей растительного мира: следы его встречаются в морских водорослях и табаке, в листьях чая и зернах кофе, в сахарном тростнике и свекле, в винограде и некоторых видах цитрусовых. В заключение приведем шутливый аргумент в пользу прозвучавшего несколько лет назад призыва «Берегите мужчин!»: их кровь, как утверждает Большая Советская Энциклопедия, богаче рубидием, чем женская (соответственно 0,00032 и 0,00028%).
Ну как же их в таком случае не беречь?
www.ronl.ru
Рубидий — «Злой джинн»
С.И. Венецкий
Сколько лет нашей планете? К сожалению, «метрическое свидетельство» о рождении Земли не сохранилось, а сама же она (как и всякая не очень молодая особа) тщательно скрывает свой возраст. Но коли есть загадка, то всегда находятся и желающие ее разгадать. Спор о том, когда в просторах Вселенной образовалась наша «обитель», длится уже много веков. Если верить Библии, это произошло совсем недавно — около шести тысячелетий назад. Согласно же современным научным представлениям, Земля «живет на свете» уже приблизительно 4,5 миллиарда лет (весьма почтенный возраст, не правда ли?).
В роли свидетелей, готовых подтвердить правильность этой точки зрения, выступают древнейшие горные породы планеты. До последнего времени самыми «престарелыми» считались породы, найденные в Африке, в районе Трансвааля: им примерно 3,4-3,5 миллиарда лет. Но в 1966 году молодой новозеландский ученый Вик Макгрегор на западном побережье Гренландии, у входа в Амералик-фьорд, обнаружил породы, которые оказались старше, чем трансваальские, почти на добрых полмиллиарда лет. А установить это удалось с помощью так называемых рубидий-стронциевых «часов». Что же они собой представляют?
Еще в начале нашего века великий английский физик Эрнест Резерфорд предложил для определения возраста минералов и горных пород воспользоваться открытым за несколько лет до этого явлением радиоактивности. Дело в том, что атомы радиоактивных химических элементов, входящих в состав земной материи, постоянно излучают те или иные ядерные частицы, превращаясь в атомы другого элемента. Самое любопытное, что скорость такого превращения не зависит ни от температуры, ни от давления, ни от каких-либо других факторов. Но зато каждый химический «индивидуум» характеризуется своим периодом полураспада — временем, в течение которого распадается ровно половина имеющегося количества радиоактивного элемента. У одних веществ этот период длится лишь миллионные доли секунды, у других достигает сотен триллионов лет.
Период полураспада одного из «долгожителей»-рубидия-87 (на его долю приходится около 28% природных запасов рубидия) — 48 миллиардов лет. Самопроизвольно испуская электроны, этот изотоп медленно, но верно превращается в стабильный (не подвергающийся дальнейшему распаду) изотоп стронция с тем же массовым числом (87). Поскольку известно обычное соотношение между этим изотопом и его ближайшими «родственниками» (изотопами с массовыми числами 88, 86, 84), нетрудно вычислить, сколько в горной породе «сверхнормативного» стронция-87, т. е. того, который образовался в результате радиоактивного распада рубидия-87.
Ну, а определив к тому же количество исходного «сырья», можно подсчитать, как долго длился процесс превращения, т. е. узнать возраст горной породы.
Если гренландским горным породам с помощью изотопов рубидия и стронция удалось доказать свою глубокую древность, то самые высокие горы нашей планеты — Гималаи — благодаря этой же паре химических элементов смогли убедить научный мир в том, что они значительно моложе, чем предполагалось до последнего времени. Так, долгое время считалось, что горные массивы Центральной Азии образовались сотни миллионов лет назад. Сравнительно недавно японские ученые, воспользовавшись рубидий-стронциевыми «часами», тщательно исследовали образцы гималайских пород и установили ошибочность существовавшей точки зрения.
Ученые пришли к выводу, что этот район земного шара дважды подвергался сильнейшим геологическим сжатиям. Первое сжатие, в результате которого сформировалась базовая структура (или, иначе говоря, своего рода фундамент) Гималаев, произошло 450-500 миллионов лет назад, а второе, благодаря которому на этом фундаменте были воздвигнуты высочайшие горы Земли, — всего каких-нибудь 15 миллионов лет назад.
Существуют и другие подобные методы — радиоуглеродный, уран-гелиевый, уран-свинцовый, калий-аргоновый и т. д., но для весьма солидных промежутков времени, пожалуй, самыми подходящими являются рубидий-стронциевые «часы». Итак, рубидий помогает установить примерный возраст Земли. А как давно он сам известен человеку? На этот вопрос можно дать предельно точный ответ.
Рождение рубидия состоялось в 1861 году. Это событие не ускользнуло от пытливого взгляда двух замечательных немецких ученых — химика Роберта Бунзена и физика Густава Кирхгофа, разработавших в 1859 году спектральный метод анализа веществ, с помощью которого спустя год им удалось открыть цезий.
Продолжая исследовать различные минералы, они обнаружили в спектре саксонского лепидолита две неизвестные ранее темно-красные линии. Так сигнализировал о своем появлении на свет новый элемент, который и был назван рубидием, что в переводе с латинского означает «красный».
Это дает рубидию основание считать себя почти однофамильцем рубина — известного драгоценного камня. Но если рубин и впрямь красный, то о рубидии этого не скажешь: как и большинство металлов, он серебристо-белого цвета. Рубидий очень легкий (легче магния) и очень мягкий (как воск) металл. Ему явно противопоказано пребывание в жарких местах нашей планеты: температура плавления рубидия всего 38,9 °С, поэтому под палящими лучами южного солнца он может буквально растаять на глазах. Чтобы закончить словесный портрет рубидия, укажем еще одну особую примету: пары его соединений придают пламени горелки характерный пурпурный оттенок.
Впервые металлический рубидий сумел получить в 1863 году Р. Бунзен. Для этого ему пришлось «свернуть горы», а вернее, выпарить целое «озеро» — более 40 кубометров шварцвальдской минеральной воды, в которой также был обнаружен новорожденный элемент. Но это было только начало. Из упаренного раствора ученый осадил смесь хлороплатинатов калия, цезия и рубидия. Теперь предстояло разделить неразлучную троицу. Воспользовавшись более высокой растворимостью калийных соединений, Бунзен путем многократной фрикционной кристаллизации сначала удалил «с поля» калий. Разделить цезий и рубидий было еще сложнее, но и эту задачу удалось решить. Завершила дело сажа, которая восстановила рубидий из его кислого тартрата (соли винной кислоты).
Спустя четверть века известный русский химик Н.Н. Бекетов предложил другой способ получения металлического рубидия — восстановлением его из гидроокиси алюминиевым порошком. Ученый проводил этот процесс в железном цилиндре с газоотводной трубкой, которая соединялась со стеклянным резервуаром-холодильником. Цилиндр подогревался на газовой горелке, и в нем начиналась бурная реакция, сопровождавшаяся выделением водорода и возгонкой рубидия в холодильник. Как писал сам Бекетов, «рубидий гонится постепенно, стекая, как ртуть, и сохраняя даже свой металлический блеск вследствие того, что снаряд во время операции наполнен водородом». В наши дни этот металл «добывают» главным образом из хлорида, воздействуя на него металлическим кальцием в вакууме при 700-800 °С.
Как ни сложно выделить чистый рубидий из его соединений, но это только полдела: не меньше хлопот связано с его хранением. «Свежий» металл немедленно запаивают в ампулы из особого стекла, в которых создан вакуум или находится инертный газ. Иногда «камерой предварительного заключения» служат металлические сосуды, заполненные «сухим» (тщательно обезвоженным) керосином или парафиновым маслом. Только при соблюдении этих условий можно быть уверенным, что «продукт подлежит длительному хранению». Чем же вызваны столь суровые меры «наказания»?
Виной всему — буйный характер пленника. Высвободить его из заточения-все равно, что выпустить злого джина из бутылки. По химической активности рубидий в семье металлов уступает только своему «старшему брату» цезию. Оказавшись на воле, т. е. на воздухе, рубидий тут же воспламеняется и сгорает ярким розовато-фиолетовым пламенем, образуя желтый порошок — надпероксид рубидия.
Возникший «пожар» нельзя тушить водой: металл реагирует с ней еще более бурно, со взрывом, причем разлученный с кислородом водород немедленно загорается, «подливая масла в огонь». При этом рубидий совершенно не считается с физическим состоянием воды: даже замерзнув и превратившись в лед, она не перестает быть объектом нападок агрессивного металла. Подобно тому как отбойный молоток шахтера врубается в пласт угля, рубидий решительно «вгрызается» в толщу ледяных кристаллов, и только адский мороз (ниже -108 °С) способен утихомирить буяна.
Получающийся при этом гидроксид рубидия тоже старается показать характер: если ее поместить в стеклянную посуду, то от стекла вскоре останутся одни воспоминания. Да и сам рубидий при высоких температурах (300 °С и выше) быстро разрушает стекло, беззастенчиво «выпроваживая» кремний из его окислов и силикатов. Вот почему «смирительные рубашки» (ампулы) для этого металла необходимо делать из специального стекла, способного постоять за себя.
Высокая химическая активность рубидия обусловлена строением его атома. Как и у других щелочных металлов, на его внешней электронной оболочке «проживает» один-единственный валентный электрон, который находится дальше от ядра, чем у лития, натрия или калия, и поэтому по первому требованию поступает в распоряжение атомов других веществ (с большей охотой отдают свой электрон только атомы цезия).
Столь же легко рубидий расстается с электронами «по просьбе» световых лучей. Это явление, называемое фотоэффектом, присуще многим металлам, но рубидий и цезий в этом отношении вне всякой конкуренции. И хотя сегодня в фотоэлементах и других фотоэлектрических устройствах гораздо чаще применяется цезий, признанный «королем фотоэффекта», у рубидия есть неплохие шансы со временем потеснить короля на троне: ведь его в природе примерно в 50 раз больше, чем цезия, дефицит которого рано или поздно сыграет на руку рубидию. К тому же некоторые его сплавы (например, с теллуром) обладают максимальной светочувствительностью в более далекой ультрафиолетовой области спектра, чем аналогичные цезиевые сплавы; в ряде случаев это обстоятельство имеет первостепенное значение при выборе материала фотокатодов.
Другая важная сфера деятельности рубидия — органическая химия, где на долю его солей выпали «приятные хлопоты»: они исполняют обязанности катализаторов. В этом амплуа карбонат рубидия впервые выступил еще более полувека назад при получении синтетической нефти. Сегодня без него не обходится синтез метанола и высших спиртов, а также стирола и бутадиена — исходных веществ для производства синтетического каучука. Сравнительно недавно разработаны рубидиевые катализаторы для гидрогенизации, дегидрогенизации, полимеризации и еще некоторых реакций органического синтеза. Весьма важно, что такие катализаторы позволяют вести процесс при более низких параметрах (температуре и давлении), чем в том случае, когда для этой цели используются соединения натрия или калия.
Кроме того, к их достоинствам следует отнести пренебрежительное отношение к сере — бичу многих других катализаторов.
Американские химики установили, что тартрат рубидия оказывает каталитическое действие на окисление сажи, заметно снижая температуру реакции. «Эка невидаль — сажа», — может подумать кое-кто. Но ученые, ведущие работы по изысканию новых видов авиационного топлива, придерживаются на этот счет совсем иного мнения. И, надо полагать, не без оснований.
Некоторые соединения рубидия обладают полупроводниковыми свойствами, другие — пьезоэлектрическими. Однако пока эти способности элемента № 37 только начинают привлекать внимание ученых и инженеров.
Как вы заметили, речь чаще идет о потенциальных возможностях рубидия, чем о конкретном использовании его в современной технике. Действительно, он не вправе пока претендовать на роль великого труженика, подобно железу, алюминию, меди, титану. Это подтверждается и масштабами его производства: если «поскрести по сусекам» всех стран, производящих рубидий, то за год наберется всего несколько десятков килограммов, а отсюда — очень высокая цена этого металла на мировом рынке.
Помимо упомянутых областей применения, рубидиевые соединения в небольших количествах используются в аналитической химии — как реактивы на марганец, цирконий и благородные металлы, в медицине — в качестве снотворного и болеутоляющего средства, а также при лечении эпилепсии. В виде различных солей рубидий участвует в изготовлении специальных оптических материалов, прозрачных для инфракрасных лучей, в производстве люминесцентных ламп, телевизионных и других электроннолучевых трубок. В некоторых вакуумных приборах рубидий выполняет функции геттера (газопоглотителя), а в магнитометрах и эталонах частоты и времени — функции так называемого активного вещества.
Недавно одна из электротехнических фирм ФРГ сконструировала рубидиевую контрольно-регулирующую приставку для старинных курантов, украшающих древние башни многих европейских городов и радующих слух их жителей мелодичным боем. Но вот беда: почти все куранты страдают хроническим «заболеванием» — уж очень не точны эти громоздкие средневековые механизмы. Новая приставка — атомный эталон частоты — гарантирует курантам безупречную точность хода (до сотых долей секунды в сутки).
Еще большая точность нужна ядерной физике, лазерной технике, космической навигации: здесь погрешность измерения времени порой «не вправе» превышать миллионные доли секунды в сутки! Таким требованиям отвечают созданные в нашей стране атомные часы, «сердцем» которых служит изотоп рубидия. Принцип их действия основан на том, что атомы химических элементов способны поглощать или излучать энергию только определенной длины волны (частоты).
Для каждого элемента эта длина волны строго постоянна, поскольку она зависит лишь от строения атома. Поэтому атомные (или, как их еще называют, квантовые) часы на несколько порядков точнее, чем любые другие, в том числе и кварцевые, в которых роль маятника играют упругие колебания кварцевой пластины. Точность рубидиевых часов такова, что если бы их «завели» на рубеже новой эры, то к нашим дням они отстали бы или убежали вперед не более чем на… одну секунду.
Можно смело утверждать, что в ближайшие годы послужной список рубидия станет намного длиннее, а значит, возрастут и масштабы его производства. Природа не страдает от недостатка этого металла: в подземных кладовых его припрятано больше, чем, например, хрома, цинка, никеля, меди, свинца.
Правда, определенные трудности возникают из-за крайней рассеянности рубидия, который, хотя и обнаружен во многих горных породах, не имеет собственных минералов, не говоря уже о крупных месторождениях. Обычно рубидий примыкает к более распространенным щелочным металлам, причем с калием он просто неразлучен. Кроме уже упоминавшегося лепидолита, рубидий в очень незначительных количествах (от сотых до десятых долей процента) присутствует в карналлите, откуда его и извлекают попутно с другими элементами. Поскольку общие запасы карналлита практически неисчерпаемы, этот минерал считается наиболее перспективным рубидиевым сырьем.
Еще в XV веке на берегу реки Камы среди уральских лесов возник городок Соль Камская. Современный Соликамск — крупный центр химической промышленности. Здесь находятся богатейшие месторождения карналлитов, сильвинитов и других калийных солей. Похожий на мрамор сильвинит окрашен в различные цвета: он то белый, как снег, то переливается всеми цветами радуги — от светло-розового до красного, от небесно-голубого до темно-синего. При этом минерал (представляющий собой хлорид калия) пронизан бесцветными прозрачными кристаллами хлорида натрия (т. е. поваренной соли), среди которых иногда попадаются совершенно черные крупные кубики. Отчего же почернела поваренная соль? Полагают, что это «автограф» рубидия-87-уже знакомого нам радиоактивного изотопа, облучившего когда-то хлорид натрия.
Соли рубидия растворены в воде океанов, морей, озер. Довольно богаты этим элементом знаменитые одесские лиманы, но еще больше его в каспийских водах. Не обошел рубидий своим вниманием и многих представителей растительного мира: следы его встречаются в морских водорослях и табаке, в листьях чая и зернах кофе, в сахарном тростнике и свекле, в винограде и некоторых видах цитрусовых. В заключение приведем шутливый аргумент в пользу прозвучавшего несколько лет назад призыва «Берегите мужчин!»: их кровь, как утверждает Большая Советская Энциклопедия, богаче рубидием, чем женская (соответственно 0,00032 и 0,00028%).
Ну как же их в таком случае не беречь?
www.ronl.ru
“Характеристика Рубидия,
как металла”
Ученика 10б класса Артемьева Дениса
РУБИДИЙ – (Rubidium) Rb, химический элемент 1-й (Ia) группы Периодической системы. Щелочной элемент. Атомный номер 37, относительная атомная масса 85,4678. В природе встречается в виде смеси стабильного изотопа 85Rb (72,15%) и радиоактивного изотопа 87Rb (27,86%) с периодом полураспада 4,8.1010 лет. Искусственно получено еще 26 радиоактивных изотопов рубидия с массовыми числами от 75 до 102 и периодами полураспада от 37 мс (рубидий-102) до 86 дней (рубидий-83).
Степень окисления +1.
Рубидий был открыт в 1861 немецкими учеными Робертом Бунзеном и Густавом Кирхгоффом и стал одним из первых элементов, открытых методом спектроскопии, который был изобретен Бунзеном и Кирхгоффом в 1859. Название элемента отражает цвет наиболее яркой линии в его спектре (от латинского rubidus – глубокий красный).
Изучая с помощью спектроскопа различные минералы, Бунзен и Кирхгофф заметили, что один из образцов лепидолита, присланный из Розены (Саксония), дает линии в красной области спектра. (Лепидолит – минерал калия и лития, который имеет примерный состав K2Li3Al4Si7O21(OH,F)3.) Эти линии не встречались в спектрах ни одного из известных веществ. Вскоре аналогичные темно-красные линии были обнаружены в спектре осадка, полученного после испарения воды из образцов, взятых из минеральных источников Шварцвальда. Однако содержание нового элемента в опробованных образцах было ничтожным, и чтобы извлечь мало-мальски ощутимые количества, Бунзену пришлось выпаривать свыше 40 м3 минеральных вод. Из упаренного раствора он осадил смесь хлороплатинатов калия, рубидия и цезия. Для отделения рубидия от его ближайших родственников (и особенно от большого избытка калия) Бунзен подверг осадок многократной фракционированной кристаллизации и получил хлориды рубидия и цезия из наименее растворимой фракции и затем перевел их в карбонаты и тартраты (соли винной кислоты), что позволило еще лучше очистить рубидий и освободить его от основной массы цезия. Бунзену удалось получить не только отдельные соли рубидия, но и сам металл. Металлический рубидий был впервые получен при восстановлении сажей кислой соли – гидротартрата рубидия.
Спустя четверть века русский химик Николай Николаевич Бекетов предложил другой способ получения металлического рубидия – восстановлением его из гидроксида алюминиевым порошком. Он проводил этот процесс в железном цилиндре с газоотводной трубкой, которая соединялась со стеклянным резервуаром-холодильником. Цилиндр подогревался на газовой горелке, и в нем начиналась бурная реакция, сопровождавшаяся выделением водорода и возгонкой рубидия в холодильник. Как писал сам Бекетов, «рубидий гонится постепенно, стекая, как ртуть, и сохраняя даже свой металлический блеск вследствие того, что снаряд во время операции наполнен водородом».
Распространение рубидия в природе и его промышленное извлечение. Содержание рубидия в земной коре составляет 7,8·10–3%. Это примерно столько же, как для никеля, меди и цинка. По распространенности в земной коре рубидий находится примерно на 20-м месте, однако в природе он находится в рассеянном состоянии, рубидий – типичный рассеянный элемент. Собственные минералы рубидия неизвестны. Рубидий встречается вместе с другими щелочными элементами, он 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 0,2%, а изредка и до 1–3% (в пересчете на Rb2О).
Соли рубидия растворены в воде морей, океанов и озер. Концентрация их и здесь очень невелика, в среднем порядка 100 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 перешел 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·MgCl2·6h3O. Рубидий дает соль аналогичного состава RbCl·MgCl2·6h3O, причем обе соли – калиевая и рубидиевая – имеют одинаковое строение и образуют непрерывный ряд твердых растворов, кристаллизуясь совместно. Карналлит хорошо растворим в воде, потому вскрытие минерала не составляет большого труда. Сейчас разработаны и описаны в литературе рациональные и экономичные методы извлечения рубидия из карналлита, попутно с другими элементами.
Тем не менее, большую часть добываемого рубидия получают как побочный продукт при производстве лития из лепидолита. После выделения лития в виде карбоната или гидроксида рубидий осаждают из маточных растворов в виде смеси алюморубидиевых, алюмокалиевых и алюмоцезиевых квасцов MAl(SO4)2·12h3O (M = Rb, K, Cs). Смесь разделяют многократной перекристаллизацией. Рубидий выделяют и из отработанного электролита, получающегося при получении магния из карналлита. Из него рубидий выделяют сорбцией на осадках ферроцианидов железа или никеля. Затем ферроцианиды прокаливают и получают карбонат рубидия с примесями калия и цезия. При получении цезия из поллуцита рубидий извлекают из маточных растворов после осаждения Cs3[Sb2Cl9]. Можно извлекать рубидий и из технологических растворов, образующихся при получении глинозема из нефелина.
Для извлечения рубидия используют методы экстракции и ионообменной хроматографии. Соединения рубидия высокой чистоты получают с использованием полигалогенидов.
Значительную часть производимого рубидия выделяют в ходе получения лития, поэтому появление большого интереса к литию для использования его в термоядерных процессах в 1950-х привело к уведичению добычи лития, а, следовательно, и рубидия и поэтому соединения рубидия стали более доступными.
Рубидий – один из немногих химических элементов, ресурсы и возможности добычи которого больше, чем нынешние потребности в нем. Официальная статистика по производству и использованию рубидия и его соединений отсутствует. Считают, что годовое производство рубидия составляет около 5 т.
Рынок рубидия очень мал. Активная торговля металлом не ведется, и рыночной цены на него нет. Цены, установленные компаниями, торгующими рубидием и его соединениями, различаются в десятки раз.
Характеристика простого вещества, промышленное получение и применение металлического рубидия. Рубидий – мягкий серебристо-белый металл. При обычной температуре он имеет почти пастообразную консистенцию. Плавится рубидий при 39,32° С, кипит при 687,2° С. Пары рубидия окрашены в зеленовато-синий цвет.
Рубидий обладает высокой реакционной способностью. На воздухе он мгновенно окисляется и воспламеняется, образуя надпероксид RbO2 (с примесью пероксида Rb2O2):
Rb + O2 = RbO2 , 2Rb + O2 = Rb2O2
С водой рубидий реагирует со взрывом c образованием гидроксида RbOH и выделением водорода: 2Rb + 2h3O = 2RbOH + h3.
Рубидий непосредственно соединяется с большинством неметаллов. Однако с азотом он в обычных условиях не взаимодействует. Нитрид рубидия Rb3N образуется при пропускании в жидком азоте электрического разряда между электродами, изготовленными из рубидия.
Рубидий восстанавливает оксиды до простых веществ. Он реагирует со всеми кислотами с образованием соответствующих солей, а со спиртами дает алкоголяты:
2Rb + 2C2H5OH = 2C2H5ORb + h3
Рубидий растворяется в жидком аммиаке, при этом получаются синие растворы, содержащие сольватированные электроны и обладающие электронной проводимостью.
Со многими металлами рубидий образует сплавы и интерметаллические соединения. Соединение RbAu, в котором связь между металлами имеет частично ионный характер, является полупроводником.
Металлический рубидий получают, в основном, восстановлением соединений рубидия (обычно галогенидов), кальцием или магнием:
2RbCl + 2Ca = 2Rb + CaCl2
Rb2CO3 + 3Mg = 2Rb + 3MgO + C
Реакцию галогенида рубидия с магнием или кальцием проводят при 600–800° С и 0,1 Па. Продукт очищают от примесей ректификацией и вакуумной дистилляцией.
Можно получить рубидий электрохимическим способом из расплава галогенида рубидия на жидком свинцовом катоде. Из образовавшегося свинцово-рубидиевого сплава рубидий выделяют дистилляцией в вакууме.
В небольших количествах рубидий получают восстановлением хромата рубидия Rb2CrO4 порошком циркония или кремния, а рубидий высокой чистоты – путем медленного термического разложения азида рубидия RbN3 в вакууме при 390–395° С.
Металлический рубидий – компонент материала катодов для фотоэлементов и фотоэлектрических умножителей, хотя по чувствительности и диапазону действия рубидиевые фотокатоды уступают некоторым другим, в частности цезиевым. Он входит в состав смазочных композиций, используемых в реактивной и космической технике. Пары рубидия используют в разрядных электрических трубках.
Металлический рубидий является компонентом катализаторов (его наносят на активную окись алюминия, силикагель, металлургический шлак) доокисления органических примесей в ходе производства фталевого ангидрида, а также процесса получения циклогексана из бензола. В его присутствии реакция идет при более низких температурах и давлениях, чем при активации катализаторов натрием или калием, и ему почти не мешают «смертельные» для обычных катализаторов яды – вещества, содержащие серу.
Рубидий опасен в обращении. Хранят его в ампулах из специального стекла в атмосфере аргона или в стальных герметичных сосудах под слоем обезвоженного минерального масла.
Соединения рубидия. Рубидий образует соединения со всеми обычными анионами. Почти все соли рубидия хорошо растворимы в воде. Как и у калия мало растворимы соли Rb2SiF6, Rb2PtCl6.
Соединения рубидия с кислородом. Рубидий образует многочисленные кислородные соединения, в том числе, оксид Rb2O, пероксид Rb2O2, надпероксид RbO2, озонид RbO3. Все они окрашены, например, Rb2O – ярко-желтый, а RbO2 – темно-коричневый. Надпероксид рубидия образуется при сжигании рубидия на воздухе. Пероксид рубидия получают окислением рубидия, растворенного в безводном аммиаке, безводным пероксидом водорода, а оксид рубидия – нагреванием смеси металлического рубидия и его пероксида. Оксид, пероксид и надпероксид термически устойчивы, они плавятся при температуре около 500° С.
Методом рентгеноструктурного анализа было показано, что соединение состава Rb4O6, полученное в твердом состоянии реакцией Rb2O2 с RbO2 в соотношении 1:2, имеет состав [Rb4(O22–)(O2–)2]. При этом двухатомные анионы кислорода разных типов (пероксид и надпероксид) в кубической элементарной ячейке неразличимы даже при –60° С. Это соединение плавится при 461° С.
Озонид рубидия RbО3 образуется при действии озона на безводный порошок RbОН при низкой температуре:
4RbOH + 4O3 = 4RbO3 + 2h3O + O2
Частичное окисление рубидия при низких температурах дает соединение состава Rb6O, которое разлагается выше –7,3° С с образованием блестящих кристаллов медного цвета, имеющих состав Rb9O2. Под действием воды соединение Rb9O2 воспламеняется. При 40,2° С оно плавится с разложением и образованием Rb2O и Rb в соотношении 2:5.
Карбонат рубидия Rb2CO3 плавится при 873° С, хорошо растворим в воде: при 20° С в 100г воды растворяется 450г карбоната рубидия.
В 1921 немецкие химики Франц Фишер (Fischer Franz) (1877–1947) и Ганс Тропш (Tropsch Hans) (1889–1935) нашли, что карбонат рубидия – превосходный компонент катализатора для получения синтетической нефти – синтола (смесь спиртов, альдегидов и кетонов, образующаяся из водяного газа при 410° C и давления 140–150 атм в присутствии специального катализатора).
Карбонат рубидия оказывает положительное действие на процесс полимеризации аминокислот, с его помощью получены синтетические полипептиды с молекулярной массой до 40 000, причем реакция протекает очень быстро.
Гидрид рубидия RbH получают взаимодействием простых веществ при нагревании под давлением 5–10 МПа в присутствии катализатора:
2Rb + h3 = 2RbH
Это соединение плавится при 585° С; разлагается под действием воды.
Галогениды рубидия RbF, RbCl, RbBr, RbI получают при взаимодействии гидроксида или карбоната рубидия с соответствующими галогеноводородными кислотами, при реакции сульфата рубидия с растворимыми галогенидами бария, а также при пропускании сульфата или нитрата рубидия через ионообменную смолу.
Галогениды рубидия хорошо растворимы в воде, хуже – в органических растворителях. Они растворяются в водных растворах галогеноводородных кислот, образуя в растворе гидрогалогениды, устойчивость которых падает от гидродифторида RbHF2 к гидродииодиду RbHI2.
Фторид рубидия входит в состав специальных стекол и композиций для аккумулирования тепла. Он является оптическим материалом, прозрачным в диапазоне 9–16 мкм. Хлорид рубидия служит электролитом в топливных элементах. Его добавляют в специальные чугунные отливки для улучшения их механических свойств, он является компонентом материала катодов электроннолучевых трубок.
У смесей хлоридов рубидия с хлоридами меди, серебра или лития электрическое сопротивление падает с повышением температуры столь резко, что они могут стать весьма удобными термисторами в различных электрических установках, работающих при температуре 150–290° C.
Иодид рубидия используется как компонент люминесцентных материалов для флуоресцирующих экранов, твердых электролитов в химических источниках тока. Соединение RbAg4I5 имеет самую высокую электропроводность из всех известных ионных кристаллов. Его можно использовать в тонкопленочных батареях.
Комплексные соединения. Для рубидия не характерно образование ковалентных связей. Наиболее устойчивыми являются его комплексы с полидентатными лигандами, например с краун-эфирами, где он обычно проявляет координационное число 6.
Другая группа очень эффективных лигандов, которые в последнее время используются для координации катионов щелочных элементов, – макроциклические полидентатные лиганды, которые французский химик-органик Жан Мари Лен назвал криптандами (рис. 1).
Рубидий образует комплекс [Rb(crypt)]CNS.h3O, в котором криптанд N{(Ch3Ch3O)2Ch3Ch3}3N (crypt) заключает катион в координационной полиэдр, имеющий форму двухшапочной тригональной призмы (рис. 2).
Озонид рубидия образует устойчивые растворы в органических растворителях (таких как Ch3Cl2, тетрагидрофуран или СН3CN), если катион координирован краун-эфирами или криптандами. Медленное выпаривание аммиачных растворов таких комплексов приводит к образованию красных кристаллов. Рентгеноструктурный анализ соединения состава [Rb(18-crown-6)(O3)(Nh4)] показал, что координационное число атома рубидия равно 9. Он образует шесть связей с краун-эфиром, две – с ионом O3– и одну – с молекулой аммиака.
Применение изотопов рубидия. Рубидий-87 самопроизвольно испускает электроны (-излучение) и превращается в изотоп стронция. Около 1% стронция образовалось на Земле именно этим путем, и если определить соотношение изотопов стронция и рубидия с массовым числом 87 в какой-либо горной породе, то можно с большой точностью вычислить ее возраст. Такой метод пригоден применительно к наиболее древним породам и минералам. С его помощью установлено, например, что самые старые скальные породы американского континента возникли 2100 млн лет тому назад.
Радионуклид рубидия-82 с периодом полураспада 76 с используется в диагностике. С его помощью, в частности, оценивают состояние миокарда. Изотоп вводится в кровеносную систему пациента, и кровоток анализируется методом позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ).
referat.znate.ru
С.И. Венецкий
Сколько лет нашей планете? К сожалению, "метрическое свидетельство" о рождении Земли не сохранилось, а сама же она (как и всякая не очень молодая особа) тщательно скрывает свой возраст. Но коли есть загадка, то всегда находятся и желающие ее разгадать. Спор о том, когда в просторах Вселенной образовалась наша "обитель", длится уже много веков. Если верить Библии, это произошло совсем недавно - около шести тысячелетий назад. Согласно же современным научным представлениям, Земля "живет на свете" уже приблизительно 4,5 миллиарда лет (весьма почтенный возраст, не правда ли?).
В роли свидетелей, готовых подтвердить правильность этой точки зрения, выступают древнейшие горные породы планеты. До последнего времени самыми "престарелыми" считались породы, найденные в Африке, в районе Трансвааля: им примерно 3,4-3,5 миллиарда лет. Но в 1966 году молодой новозеландский ученый Вик Макгрегор на западном побережье Гренландии, у входа в Амералик-фьорд, обнаружил породы, которые оказались старше, чем трансваальские, почти на добрых полмиллиарда лет. А установить это удалось с помощью так называемых рубидий-стронциевых "часов". Что же они собой представляют?
Еще в начале нашего века великий английский физик Эрнест Резерфорд предложил для определения возраста минералов и горных пород воспользоваться открытым за несколько лет до этого явлением радиоактивности. Дело в том, что атомы радиоактивных химических элементов, входящих в состав земной материи, постоянно излучают те или иные ядерные частицы, превращаясь в атомы другого элемента. Самое любопытное, что скорость такого превращения не зависит ни от температуры, ни от давления, ни от каких-либо других факторов. Но зато каждый химический "индивидуум" характеризуется своим периодом полураспада - временем, в течение которого распадается ровно половина имеющегося количества радиоактивного элемента. У одних веществ этот период длится лишь миллионные доли секунды, у других достигает сотен триллионов лет.
Период полураспада одного из "долгожителей"-рубидия-87 (на его долю приходится около 28% природных запасов рубидия) - 48 миллиардов лет. Самопроизвольно испуская электроны, этот изотоп медленно, но верно превращается в стабильный (не подвергающийся дальнейшему распаду) изотоп стронция с тем же массовым числом (87). Поскольку известно обычное соотношение между этим изотопом и его ближайшими "родственниками" (изотопами с массовыми числами 88, 86, 84), нетрудно вычислить, сколько в горной породе "сверхнормативного" стронция-87, т. е. того, который образовался в результате радиоактивного распада рубидия-87.
Ну, а определив к тому же количество исходного "сырья", можно подсчитать, как долго длился процесс превращения, т. е. узнать возраст горной породы.
Если гренландским горным породам с помощью изотопов рубидия и стронция удалось доказать свою глубокую древность, то самые высокие горы нашей планеты - Гималаи - благодаря этой же паре химических элементов смогли убедить научный мир в том, что они значительно моложе, чем предполагалось до последнего времени. Так, долгое время считалось, что горные массивы Центральной Азии образовались сотни миллионов лет назад. Сравнительно недавно японские ученые, воспользовавшись рубидий-стронциевыми "часами", тщательно исследовали образцы гималайских пород и установили ошибочность существовавшей точки зрения.
Ученые пришли к выводу, что этот район земного шара дважды подвергался сильнейшим геологическим сжатиям. Первое сжатие, в результате которого сформировалась базовая структура (или, иначе говоря, своего рода фундамент) Гималаев, произошло 450-500 миллионов лет назад, а второе, благодаря которому на этом фундаменте были воздвигнуты высочайшие горы Земли, - всего каких-нибудь 15 миллионов лет назад.
Существуют и другие подобные методы - радиоуглеродный, уран-гелиевый, уран-свинцовый, калий-аргоновый и т. д., но для весьма солидных промежутков времени, пожалуй, самыми подходящими являются рубидий-стронциевые "часы". Итак, рубидий помогает установить примерный возраст Земли. А как давно он сам известен человеку? На этот вопрос можно дать предельно точный ответ.
Рождение рубидия состоялось в 1861 году. Это событие не ускользнуло от пытливого взгляда двух замечательных немецких ученых - химика Роберта Бунзена и физика Густава Кирхгофа, разработавших в 1859 году спектральный метод анализа веществ, с помощью которого спустя год им удалось открыть цезий.
Продолжая исследовать различные минералы, они обнаружили в спектре саксонского лепидолита две неизвестные ранее темно-красные линии. Так сигнализировал о своем появлении на свет новый элемент, который и был назван рубидием, что в переводе с латинского означает "красный".
Это дает рубидию основание считать себя почти однофамильцем рубина - известного драгоценного камня. Но если рубин и впрямь красный, то о рубидии этого не скажешь: как и большинство металлов, он серебристо-белого цвета. Рубидий очень легкий (легче магния) и очень мягкий (как воск) металл. Ему явно противопоказано пребывание в жарких местах нашей планеты: температура плавления рубидия всего 38,9 °С, поэтому под палящими лучами южного солнца он может буквально растаять на глазах. Чтобы закончить словесный портрет рубидия, укажем еще одну особую примету: пары его соединений придают пламени горелки характерный пурпурный оттенок.
Впервые металлический рубидий сумел получить в 1863 году Р. Бунзен. Для этого ему пришлось "свернуть горы", а вернее, выпарить целое "озеро" - более 40 кубометров шварцвальдской минеральной воды, в которой также был обнаружен новорожденный элемент. Но это было только начало. Из упаренного раствора ученый осадил смесь хлороплатинатов калия, цезия и рубидия. Теперь предстояло разделить неразлучную троицу. Воспользовавшись более высокой растворимостью калийных соединений, Бунзен путем многократной фрикционной кристаллизации сначала удалил "с поля" калий. Разделить цезий и рубидий было еще сложнее, но и эту задачу удалось решить. Завершила дело сажа, которая восстановила рубидий из его кислого тартрата (соли винной кислоты).
Спустя четверть века известный русский химик Н.Н. Бекетов предложил другой способ получения металлического рубидия - восстановлением его из гидроокиси алюминиевым порошком. Ученый проводил этот процесс в железном цилиндре с газоотводной трубкой, которая соединялась со стеклянным резервуаром-холодильником. Цилиндр подогревался на газовой горелке, и в нем начиналась бурная реакция, сопровождавшаяся выделением водорода и возгонкой рубидия в холодильник. Как писал сам Бекетов, "рубидий гонится постепенно, стекая, как ртуть, и сохраняя даже свой металлический блеск вследствие того, что снаряд во время операции наполнен водородом". В наши дни этот металл "добывают" главным образом из хлорида, воздействуя на него металлическим кальцием в вакууме при 700-800 °С.
Как ни сложно выделить чистый рубидий из его соединений, но это только полдела: не меньше хлопот связано с его хранением. "Свежий" металл немедленно запаивают в ампулы из особого стекла, в которых создан вакуум или находится инертный газ. Иногда "камерой предварительного заключения" служат металлические сосуды, заполненные "сухим" (тщательно обезвоженным) керосином или парафиновым маслом. Только при соблюдении этих условий можно быть уверенным, что "продукт подлежит длительному хранению". Чем же вызваны столь суровые меры "наказания"?
Виной всему - буйный характер пленника. Высвободить его из заточения-все равно, что выпустить злого джина из бутылки. По химической активности рубидий в семье металлов уступает только своему "старшему брату" цезию. Оказавшись на воле, т. е. на воздухе, рубидий тут же воспламеняется и сгорает ярким розовато-фиолетовым пламенем, образуя желтый порошок - надпероксид рубидия.
Возникший "пожар" нельзя тушить водой: металл реагирует с ней еще более бурно, со взрывом, причем разлученный с кислородом водород немедленно загорается, "подливая масла в огонь". При этом рубидий совершенно не считается с физическим состоянием воды: даже замерзнув и превратившись в лед, она не перестает быть объектом нападок агрессивного металла. Подобно тому как отбойный молоток шахтера врубается в пласт угля, рубидий решительно "вгрызается" в толщу ледяных кристаллов, и только адский мороз (ниже -108 °С) способен утихомирить буяна.
Получающийся при этом гидроксид рубидия тоже старается показать характер: если ее поместить в стеклянную посуду, то от стекла вскоре останутся одни воспоминания. Да и сам рубидий при высоких температурах (300 °С и выше) быстро разрушает стекло, беззастенчиво "выпроваживая" кремний из его окислов и силикатов. Вот почему "смирительные рубашки" (ампулы) для этого металла необходимо делать из специального стекла, способного постоять за себя.
Высокая химическая активность рубидия обусловлена строением его атома. Как и у других щелочных металлов, на его внешней электронной оболочке "проживает" один-единственный валентный электрон, который находится дальше от ядра, чем у лития, натрия или калия, и поэтому по первому требованию поступает в распоряжение атомов других веществ (с большей охотой отдают свой электрон только атомы цезия).
Столь же легко рубидий расстается с электронами "по просьбе" световых лучей. Это явление, называемое фотоэффектом, присуще многим металлам, но рубидий и цезий в этом отношении вне всякой конкуренции. И хотя сегодня в фотоэлементах и других фотоэлектрических устройствах гораздо чаще применяется цезий, признанный "королем фотоэффекта", у рубидия есть неплохие шансы со временем потеснить короля на троне: ведь его в природе примерно в 50 раз больше, чем цезия, дефицит которого рано или поздно сыграет на руку рубидию. К тому же некоторые его сплавы (например, с теллуром) обладают максимальной светочувствительностью в более далекой ультрафиолетовой области спектра, чем аналогичные цезиевые сплавы; в ряде случаев это обстоятельство имеет первостепенное значение при выборе материала фотокатодов.
Другая важная сфера деятельности рубидия - органическая химия, где на долю его солей выпали "приятные хлопоты": они исполняют обязанности катализаторов. В этом амплуа карбонат рубидия впервые выступил еще более полувека назад при получении синтетической нефти. Сегодня без него не обходится синтез метанола и высших спиртов, а также стирола и бутадиена - исходных веществ для производства синтетического каучука. Сравнительно недавно разработаны рубидиевые катализаторы для гидрогенизации, дегидрогенизации, полимеризации и еще некоторых реакций органического синтеза. Весьма важно, что такие катализаторы позволяют вести процесс при более низких параметрах (температуре и давлении), чем в том случае, когда для этой цели используются соединения натрия или калия.
Кроме того, к их достоинствам следует отнести пренебрежительное отношение к сере - бичу многих других катализаторов.
Американские химики установили, что тартрат рубидия оказывает каталитическое действие на окисление сажи, заметно снижая температуру реакции. "Эка невидаль - сажа", - может подумать кое-кто. Но ученые, ведущие работы по изысканию новых видов авиационного топлива, придерживаются на этот счет совсем иного мнения. И, надо полагать, не без оснований.
Некоторые соединения рубидия обладают полупроводниковыми свойствами, другие - пьезоэлектрическими. Однако пока эти способности элемента № 37 только начинают привлекать внимание ученых и инженеров.
Как вы заметили, речь чаще идет о потенциальных возможностях рубидия, чем о конкретном использовании его в современной технике. Действительно, он не вправе пока претендовать на роль великого труженика, подобно железу, алюминию, меди, титану. Это подтверждается и масштабами его производства: если "поскрести по сусекам" всех стран, производящих рубидий, то за год наберется всего несколько десятков килограммов, а отсюда - очень высокая цена этого металла на мировом рынке.
Помимо упомянутых областей применения, рубидиевые соединения в небольших количествах используются в аналитической химии - как реактивы на марганец, цирконий и благородные металлы, в медицине - в качестве снотворного и болеутоляющего средства, а также при лечении эпилепсии. В виде различных солей рубидий участвует в изготовлении специальных оптических материалов, прозрачных для инфракрасных лучей, в производстве люминесцентных ламп, телевизионных и других электроннолучевых трубок. В некоторых вакуумных приборах рубидий выполняет функции геттера (газопоглотителя), а в магнитометрах и эталонах частоты и времени - функции так называемого активного вещества.
Недавно одна из электротехнических фирм ФРГ сконструировала рубидиевую контрольно-регулирующую приставку для старинных курантов, украшающих древние башни многих европейских городов и радующих слух их жителей мелодичным боем. Но вот беда: почти все куранты страдают хроническим "заболеванием" - уж очень не точны эти громоздкие средневековые механизмы. Новая приставка - атомный эталон частоты - гарантирует курантам безупречную точность хода (до сотых долей секунды в сутки).
Еще большая точность нужна ядерной физике, лазерной технике, космической навигации: здесь погрешность измерения времени порой "не вправе" превышать миллионные доли секунды в сутки! Таким требованиям отвечают созданные в нашей стране атомные часы, "сердцем" которых служит изотоп рубидия. Принцип их действия основан на том, что атомы химических элементов способны поглощать или излучать энергию только определенной длины волны (частоты).
Для каждого элемента эта длина волны строго постоянна, поскольку она зависит лишь от строения атома. Поэтому атомные (или, как их еще называют, квантовые) часы на несколько порядков точнее, чем любые другие, в том числе и кварцевые, в которых роль маятника играют упругие колебания кварцевой пластины. Точность рубидиевых часов такова, что если бы их "завели" на рубеже новой эры, то к нашим дням они отстали бы или убежали вперед не более чем на... одну секунду.
Можно смело утверждать, что в ближайшие годы послужной список рубидия станет намного длиннее, а значит, возрастут и масштабы его производства. Природа не страдает от недостатка этого металла: в подземных кладовых его припрятано больше, чем, например, хрома, цинка, никеля, меди, свинца.
Правда, определенные трудности возникают из-за крайней рассеянности рубидия, который, хотя и обнаружен во многих горных породах, не имеет собственных минералов, не говоря уже о крупных месторождениях. Обычно рубидий примыкает к более распространенным щелочным металлам, причем с калием он просто неразлучен. Кроме уже упоминавшегося лепидолита, рубидий в очень незначительных количествах (от сотых до десятых долей процента) присутствует в карналлите, откуда его и извлекают попутно с другими элементами. Поскольку общие запасы карналлита практически неисчерпаемы, этот минерал считается наиболее перспективным рубидиевым сырьем.
Еще в XV веке на берегу реки Камы среди уральских лесов возник городок Соль Камская. Современный Соликамск - крупный центр химической промышленности. Здесь находятся богатейшие месторождения карналлитов, сильвинитов и других калийных солей. Похожий на мрамор сильвинит окрашен в различные цвета: он то белый, как снег, то переливается всеми цветами радуги - от светло-розового до красного, от небесно-голубого до темно-синего. При этом минерал (представляющий собой хлорид калия) пронизан бесцветными прозрачными кристаллами хлорида натрия (т. е. поваренной соли), среди которых иногда попадаются совершенно черные крупные кубики. Отчего же почернела поваренная соль? Полагают, что это "автограф" рубидия-87-уже знакомого нам радиоактивного изотопа, облучившего когда-то хлорид натрия.
Соли рубидия растворены в воде океанов, морей, озер. Довольно богаты этим элементом знаменитые одесские лиманы, но еще больше его в каспийских водах. Не обошел рубидий своим вниманием и многих представителей растительного мира: следы его встречаются в морских водорослях и табаке, в листьях чая и зернах кофе, в сахарном тростнике и свекле, в винограде и некоторых видах цитрусовых. В заключение приведем шутливый аргумент в пользу прозвучавшего несколько лет назад призыва "Берегите мужчин!": их кровь, как утверждает Большая Советская Энциклопедия, богаче рубидием, чем женская (соответственно 0,00032 и 0,00028%).
Ну как же их в таком случае не беречь?
www.neuch.ru
