Rubidis

Vilniaus Antakalnio vid. m-klos

XII a klasės mokinio Vykinto Bartkaus

chemijos referatas

Rubidis

Vilnius 1998 Rubidis

Rubidis – Mendelejevo periodinės cheminių elementų sistemos I grupėselementas. Jo eilės numeris – 37, atominis svoris 85,47. Gamtoje rubidissusideda iš dviejų izotopų, kurių svorių skaičius – 85 (72,15%) ir 87(27,85%); pastarasis pasižymi ( radioaktyvumu (skilimo periodas T ½ =5(1010 metų). Dirbtiniu būdu gauti izotopai (virš 10) yra nepatvarūs.Rubidžio išorinių elektronų konfigūracija P. 5s1. Jonizacijos energija: Rbo ( Rb+ ( Rb+2 ( Rb+3 aatitinkamai lygi 4, 176 ev; 27,5 ev; 40 ev.Rubidį 1861 m. atrado R. Bunzenas ir B. Krichovas Vokietijoje spektrinėsanalizės metodu tyrinėdami Diurheimo mineralinio vandens šaltinius.Metalinį rubidį pirmą kartą išskyrė Bunzenas 1863 m. anglimi redukuodamasrubidžio hidrotartatą RbHC4H4O6. Gamtoje rubidis gana paplitęs elementas. Jo kiekis litosferoje (Žemėsžievėje) sudaro 3,1(10-2 masės procentų. Tai daugiau nei Ag, Au, Hg, Sn,Pb, As, Sb, Bi. Rubidis tipiškas litofilinis elementas. Jis randamasgranito, bazolto kalkių ir kitų gruntų pavyzdžiuose, taip pat akmensanglies kloduose, grunte. Jūros bei žemės augaluose ir gyvuoseorganizmuose. Joninis Rb+ skersmuo panašus į Cs+ ir K+, todėl jis randamas plačiaipaplitusiuose kalio turinčiuose mineraluose, kurie yra prisotinti kalioaliumosilikatų. Savo mineralų rubidis neturi. Mineralai, kurie turipalyginus aukštą rubidžio koncentraciją – lepidolitas, biotitas,amazonitas, petalitas, cinvalditas, bezilas, leicitas, trifilinas ir labairetas avogadritas. Visi jie išskyrus du paskutinius yra aliumosilikatai(dažniausiai kalio) ir randami beveik tik pegmatinėse gyslose, kuriossusidarė prie palyginus žemų temperatūrų ir turi savo sudėtyje daug Pičiomineralų. Praktinę reikšmę rubidžio išgavimui turi mineralai – lepidolitas ircinvalditas. Lepidolite rubidžio koncentracija gali siekti 3,7 %,skaičiuojant pagal rubidžio oksidą, bet bet paprastai šis kiekis sudaro 0,6– 0,8 % ir retai viršija 1 %. Cinvaldite maksimali rubidžio koncentracija– 0,8 – 0,9 %, bet paprastai ji būna daug mažesnė. Uolienose, kurios

patenka į gamyklas rubidžio išgavimui, jo koncentracija būna dar žemesnėnei buvo paminėta. Svarbiausi pramoniniai lepidolito telkiniai yra pietvakarinėjeAfrikos dalyje ir pietų Rodezijoje; cinvaldito – Čekijoje ir Slovakijoje.Iš paviršinių uolienų rubidis patenka į mineralų šaltinius, jūros ir ežerųvandenį ir požeminį vandenį. Iš ten rubidis patenka į druskų klodus, kuo irpaaiškinamas rubidžio buvimas selitroje, kalio mineralo silvino KClkloduose ir karnelite KCl ( MgCl2 ( 6H2O. Pastarasis mineralas gali turėtisvarbią praktinę reikšmę, nes nežiūrint į gan nedidelį fosforokoncentraciją jame (0,015-0,04% fosforo chlorido) didžiuliais kiekiaisSolikamske (Rusija) ir Stasfure (Voklietija) magnio ir kalio junginiųgavimui.

Fizinės ir cheminės savybės

Rubidis – sidabriniaibaltas mineralas, šviežiame pjūvyje turintismetalinį blizgesį. Vakuume ar inertinių dujų atmosferoje išsaugo metalinįblizgesį ir išvaizda nesiskiria nuo kitų metalų, Rubidžio tankis 1,532 (20oC) ir 1,475 (39 oC). Šaldomas jis kristalizuojasi. Atominis skersmuo –2,48 Å, joninis skersmuo – Rb+ 1,49 Å. Lydymosi temperatūra 39 oC, virimo temperatūra 696 oC. Kambariotemperatūroje rubidis gana lakus. Tūrio pasikeitimas lydanti – +2,5 %.Rubidis gerai nudažo liepsna žydrai raudona spalva. Visuose junginiuoserubidis yra vienvalentis. Rubidžio jonas charakterizuojamas nedideliupoliarizacijos koeficientu (0,5). Tai apsprendžia rubidžio druskų patvarumąlyginant su Li, Ka ir Na druskomis. Rubidis pasižymi dideliu aktyvumu,reakcijose su deguonimi jungiasi akimirksniu užsiliepsnodamas, reakcijaprasideda esam žemam slėgiui. Pagrindinis reakcijos produktas yra Rb2O2 irRbO2. Žinomas tarpinis junginys su deguonimi – Rb2O3 arba Rb4(O2)3 , kurįgalima nagrinėti kaip dvigubą Rb2O2 ( 2RbO2 . Rubidžio oksidas Rb2Osusidaro esant rubidžiui specialiuose sąlygose esant nepakankamam deguonieskiekiui. Su vandeniu rubidis reaguoja ypatingai aktyviai (paprastai sprogimu),reakcijos metu susidaro rubidžio hidroksidas ir išsiskiria H2, kurisakimirksniu užsiliepsnoja; reakcija vyksta pastebimu greičiu net esantžemesnei nei -100 oC temperatūrai, t.y. rubidis reaguoja netgi su ledu.

Rubidžio hidroksidas RbOH – bespalviai kristalai, kurių lydymositemperatūra 301 oC; iš vandens tirpalų išskiriamos kristalohidratųpavidale: monohidratas RbOH H2O kristalizuojasi kai t>100 oC, dihidratasRbOH 2H2O, susidaro lėtai garinant tirpalą virš H2SO4 kai t=15 oC.Hidroksido tirpumas 1833 g/l (15 oC), temperatūrinis tirpumo koeficientasneigimas. Rubidžio hidroksidas ir jo koncentruoti tirpalai suardo stikląkambario temperatūroje. Kaitinamas jis pasireiškia kaip labai agresyvusjunginys įvairių medžiagų atžvilgiu. Rubidžio hidroksidas susidaro tirpale reaguojant (su liepsna)rubidžio sulfatui ir Be(OH)2. Rubidis tiesiogiai jungiasi su halogenais sudarydamas halogeninesrūgštis. Su siera rubidis jungiasi sprogdamas ir sudaro tirpų vandenyjerubidžio sulfatą Rb2S. Sąveikaudamas su H2 (t=300-350 oC, p=5-100atm)dalyvaujant katalizatoriui rubidis sudaro hidridą RbH – bespalvęsmulkių kristalų medžiagą su NaCL tipo gardele. Tai nepatvarus junginys,kuris veikiamas ore esančiu deguoniesoksiduojasi, skaido vandenilį irspiritą išskirdamas H2 ir atitinkamai rubidžiohidroksidą ir alkoholidą. Su fosforu rubidis esant įprastoms sąlygoms reaguoja sprogdamas;vakuume sudaro mažai ištyrinėtą rubidžio fosfitą – RbP5. Kaitinamas rubidisreaguoja su anglimi sudarydamas rubidžio karbidą – Rb2C2. Šis karbidasreaguoja su vandeniu sudarydamas hidroksidą ir acitileną. Rubidis sudaro lydinius su Hg, Sb, Bi, Au. Lydiniai su trimispaskutiniais metalais pasižymi elektronų emisija veikiant šviesai. Rubidis labai aktyviai reaguoja su visomis rūgštimis išskirdamas H2ir sudarydamas atitinkamas druskas. Iš druskų labiausiai ištyrinėtihalogenai, sulfatai, karbonatai ir kai kurios kitos. Rubidžio halogenidai gaunami iš rubidžio karbonato arba RbOH iratitinkamų rūgščių, galima naudoti ir rubidžio sulfato reakciją su tirpiaisbario halogenidais. Iš dvigubų druskų ypatingai įdomus yra rubidžiokarnalitas RbCl ( MgCl2 ( 6H2O; šioje formoje , kaip amforinė priemaiša,rubidis randamas paprastame (kalio) karnalite. Rubidžio sulfatas Rb2SO4 – bespalvė kristalinė medžiaga, kurioslydymosi temperatūra – 1074 oC, virimo temperatūra 1708 oC; pastebimasgaravimas tik esant 1000 oC ir aukštesnei temperatūrai. Veikiant Rb2SO4sieros rūgštimi susidaro rubidžio hidrosulfatas RbHSO4. Rb2SO4 susidaroreaguojant RbOH su H2SO4. Rubidžio karbonatas Rb2CO3 – bespalvė labai higroskopiška medžiaga.Lydymosi temperatūra 837 oC. Esant 900 oC temperatūrai pradeda pastebimaidisocijuoti. Iš vandeninių tirpalų karbonatas kristalizuojasi Rb2CO3 ( H2Opavidale. Rubidžio karbonatas naudojamas gauti beveik visiems rubidžiojunginiams, taip pat ir dideliai klasei deguonies turinčioms neorganinėmsrūgštimis. Rubidžio nitratas susidaro vykstant terminei rūgščių nitratų RbNO3 (HNO3 ir RbNO3 ( 2HNO3 destrukcijai.

Analitinis nustatymas

Kokybiškas rubidis gali būti aptiktas pagal tai , kaip jo lakiosdruskos nudažo degiklio liepsną. Ir taip pat pagal charakteringą 7800,2 Åspektrinę liniją. Rubidžiui aptikti taip pat galima naudoti labai jautriasmikrokristaloskopines reakcijas, kurių metu susidaro charakteringi (kartaisstambūs ir spalvoti) sunkiai tirpių rubidžio junginių kristalai: RbClO4, Rb2[PtCl6], C6H2(NO2)3ORb, Rb2AUPdCl7, Rb2[SnJ6].

Tačiau analogiški junginiai charakteringi ir ceziui, o daugelyjeatvejų ir kaliui. Todėl rubidžio identifikacija dalyvaujant artimų savybiųšarminiams metalams yra nepatikima. Kiekybiniam rubidžio junginių nustatymui analizuojamuose pavyzdžiuosepaprastai naudojami svėrimo metodai.

Rubidžio pramoninis gavimas (gamyba)

Kadangi rubidis paplitęs gamtoje mikroskopiniais kukiais ir nesudarosavistovių mineralų, tai pramoninė rubidžio gavimo iš rūdos technologijaneegzistuoja. Jis gaunamas perdirbant karnalitą į kalio ar magnio junginius arbaperdirbant lepidolitą išsaugant jo litį. Rubidžio (kaip ir cezio) karnalitas mažai tirpus vandenyje irskirtingai nuo gamtinio kalio karnalito vandenyje nesuyra. Ši ypatybė irnaudojama pramoniniame gamtinio karnalito perdirbime, kuris lengvai suyravandenyje išskirdamas KCl, turintį savo sudėtyje mažyčius rubidžio ir ceziokiekius ir sudaro praturtintą rubidžiu (ir ceziu) dirbtinį karnalitą.

Daugkartinė pastarosios medžiagos destrukcija leidžia gauti perkristalizacijos produktus (koncentratus) praturtintus rubidžiu (irceziu).Ištirpdžius šiuos produktus, rubidį galima išsodinti netirpiųkompleksinių junginių pavidale: Rb2[SnCl6] – heksachlorstanatas; 2Rb2O ( SiO2 ( 12MoO3 ( nH2O – siliciomolibdetas; Rb3H4[P(Mo2O7)6] – fosferomolibdatas.

Apdorojant šiuos junginius aukštoje temperatūroje gaunamas Rb2CO3. Gaunant rubidį iš lepidolito naudojami tie patys principai. Daugsunkesnis yra kalio, rubidžio ir cezio atskyrimas. Tam naudojami sudėtingifrakcinio parkristalizavimo metodai.

Panaudojimas

Pagrindinė rubidžio panaudojimo sfera – fotoelementų dirbančiųmatomoje spektro dalyje gamyba. Taip pat inertinėmis dujomis užpildytųšviestuvų gamyba. Rubidis naudojamas kaip mikroskopinių oro likučiųsugėrėjas vakuuminėse lempose. Nedideliais kiekiais rubidžio junginiainaudojami medicinoje. Plačiai svarstomos galimybės panaudoti rubidį kaipkatalizatorių.

Literatūra

1. Trumpa chemijos enciklopedija, Maskva, 1965;2. Chemijos vadovėlis 11 klasei, G. Rudzys, F. Feldmanas, Kaunas “Šviesa”, 1992;3. Rubidis ir cezis, F. M. Perelmanas, Maskva 1960;4. Mellor, v. 2, L, New York, Toronto,1946;5. Mokytojos Miliukštienės chemijos pamokų konspektai, 1996-1998.