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 grupės

elementas. Jo eilės numeris – 37, atominis svoris 85,47. Gamtoje rubidis

susideda 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 a

atitinkamai llygi 4, 176 ev; 27,5 ev; 40 ev.

Rubidį 1861 m. atrado R. Bunzenas ir B. Krichovas Vokietijoje spektrinės

analizės metodu tyrinėdami Diurheimo mineralinio vandens šaltinius.

Metalinį rubidį pirmą kartą išskyrė Bunzenas 1863 m. anglimi redukuodamas

rubidžio hidrotartatą RbHC4H4O6.

Gamtoje rubidis gana paplitęs elementas. Jo kiekis litosferoje (Žemės

žievėje) sudaro 3,1(10-2 masės procentų. Tai daugiau nei Ag, Au, Hg, Sn,

Pb, As, Sb, Bi. Rubidis tipiškas litofilinis elementas. Jis randamas

granito, bazolto kalkių ir kitų gruntų pavyzdžiuose, taip pat akmens

anglies kloduose, grunte. Jūros bei žemės augaluose ir gyvuose

organizmuose.

Joninis Rb+ skersmuo panašus į Cs+ ir K+, todėl jis randamas plačiai

paplitusiuose kalio turinčiuose mineraluose, kurie yra prisotinti kalio

aliumosilikatų. Savo mineralų rubidis neturi. Mineralai, kurie turi

palyginus aukštą rubidžio koncentraciją – lepidolitas, biotitas,

amazonitas, petalitas, cinvalditas, bezilas, leicitas, trifilinas ir labai

retas aavogadritas. Visi jie išskyrus du paskutinius yra aliumosilikatai

(dažniausiai kalio) ir randami beveik tik pegmatinėse gyslose, kurios

susidarė prie palyginus žemų temperatūrų ir turi savo sudėtyje daug Pičio

mineralų.

Praktinę reikšmę rubidžio išgavimui turi mineralai – lepidolitas ir

cinvalditas. 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 žemesnė

nei buvo paminėta.

Svarbiausi pramoniniai lepidolito telkiniai yra pietvakarinėje

Afrikos dalyje ir pietų Rodezijoje; cinvaldito – Čekijoje ir Slovakijoje.

Iš paviršinių uolienų rubidis patenka į mineralų šaltinius, jūros ir ežerų

vandenį ir požeminį vandenį. Iš ten rubidis patenka į druskų kklodus, kuo ir

paaiškinamas rubidžio buvimas selitroje, kalio mineralo silvino KCl

kloduose ir karnelite KCl ( MgCl2 ( 6H2O. Pastarasis mineralas gali turėti

svarbią praktinę reikšmę, nes nežiūrint į gan nedidelį fosforo

koncentraciją jame (0,015-0,04% fosforo chlorido) didžiuliais kiekiais

Solikamske (Rusija) ir Stasfure (Voklietija) magnio ir kalio junginių

gavimui.

Fizinės ir cheminės savybės

Rubidis – sidabriniaibaltas mineralas, šviežiame pjūvyje turintis

metalinį blizgesį. Vakuume ar inertinių dujų atmosferoje išsaugo metalinį

blizgesį ir išvaizda nesiskiria nuo kitų metalų, Rubidžio tankis 1,532 (20

oC) 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. Kambario

temperatūroje rubidis gana lakus. Tūrio pasikeitimas lydanti – +2,5 %.

Rubidis gerai nudažo liepsna žydrai raudona spalva. Visuose junginiuose

rubidis yra vienvalentis. Rubidžio jonas charakterizuojamas nedideliu

poliarizacijos koeficientu (0,5). Tai apsprendžia rubidžio druskų patvarumą

lyginant su Li, Ka ir Na druskomis. Rubidis pasižymi dideliu aktyvumu,

reakcijose su deguonimi jungiasi akimirksniu užsiliepsnodamas, reakcija

prasideda esam žemam slėgiui. Pagrindinis reakcijos produktas yra Rb2O2 ir

RbO2. Žinomas tarpinis junginys su deguonimi – Rb2O3 arba Rb4(O2)3 , kurį

galima nagrinėti kaip dvigubą Rb2O2 ( 2RbO2 . Rubidžio oksidas Rb2O

susidaro esant rubidžiui specialiuose sąlygose esant nepakankamam deguonies

kiekiui.

Su vandeniu rubidis reaguoja ypatingai aktyviai (paprastai sprogimu),

reakcijos metu susidaro rubidžio hidroksidas ir išsiskiria H2, kuris

akimirksniu užsiliepsnoja; reakcija vyksta pastebimu greičiu net esant

žemesnei nei -100 oC temperatūrai, t.y. rubidis reaguoja netgi su ledu.

Rubidžio hidroksidas RbOH – bespalviai kristalai, kurių lydymosi

temperatūra 301 oC; iš vandens tirpalų išskiriamos kristalohidratų

pavidale: monohidratas RbOH H2O kristalizuojasi kai t>100 oC, dihidratas

RbOH 2H2O, susidaro lėtai garinant tirpalą virš H2SO4 kai t=15 oC.

Hidroksido tirpumas 1833 g/l (15 oC), temperatūrinis tirpumo koeficientas

neigimas. Rubidžio hidroksidas ir jo koncentruoti tirpalai suardo stiklą

kambario temperatūroje. Kaitinamas jis pasireiškia kaip labai agresyvus

junginys įvairių medžiagų atžvilgiu.

Rubidžio hidroksidas susidaro tirpale reaguojant (su liepsna)

rubidžio sulfatui ir BBe(OH)2.

Rubidis tiesiogiai jungiasi su halogenais sudarydamas halogenines

rūgštis. Su siera rubidis jungiasi sprogdamas ir sudaro tirpų vandenyje

rubidžio sulfatą Rb2S. Sąveikaudamas su H2 (t=300-350 oC, p=5-100

atm)dalyvaujant katalizatoriui rubidis sudaro hidridą RbH – bespalvę

smulkių kristalų medžiagą su NaCL tipo gardele. Tai nepatvarus junginys,

kuris veikiamas ore esančiu deguoniesoksiduojasi, skaido vandenilį ir

spiritą išskirdamas H2 ir atitinkamai rubidžiohidroksidą ir alkoholidą.

Su fosforu rubidis esant įprastoms sąlygoms reaguoja sprogdamas;

vakuume sudaro mažai ištyrinėtą rubidžio fosfitą – RbP5. Kaitinamas rubidis

reaguoja su anglimi sudarydamas rubidžio karbidą – Rb2C2. Šis karbidas

reaguoja su vandeniu sudarydamas hidroksidą ir acitileną.

Rubidis sudaro lydinius su Hg, Sb, Bi, Au. Lydiniai su trimis

paskutiniais metalais pasižymi elektronų emisija veikiant šviesai.

Rubidis labai aktyviai reaguoja su visomis rūgštimis išskirdamas H2

ir sudarydamas atitinkamas druskas. Iš druskų labiausiai ištyrinėti

halogenai, sulfatai, karbonatai ir kai kurios kitos.

Rubidžio halogenidai gaunami iš rubidžio karbonato arba RbOH ir

atitinkamų rūgščių, galima naudoti ir rubidžio sulfato reakciją su tirpiais

bario halogenidais. Iš dvigubų druskų ypatingai įdomus yra rubidžio

karnalitas RbCl ( MgCl2 ( 6H2O; šioje formoje , kaip amforinė priemaiša,

rubidis randamas paprastame (kalio) karnalite.

Rubidžio sulfatas Rb2SO4 – bespalvė kristalinė medžiaga, kurios

lydymosi temperatūra – 1074 oC, virimo temperatūra 1708 oC; pastebimas

garavimas tik esant 1000 oC ir aukštesnei temperatūrai. Veikiant Rb2SO4

sieros rūgštimi susidaro rubidžio hidrosulfatas RbHSO4. Rb2SO4 susidaro

reaguojant RRbOH su H2SO4.

Rubidžio karbonatas Rb2CO3 – bespalvė labai higroskopiška medžiaga.

Lydymosi temperatūra 837 oC. Esant 900 oC temperatūrai pradeda pastebimai

disocijuoti. Iš vandeninių tirpalų karbonatas kristalizuojasi Rb2CO3 ( H2O

pavidale. Rubidžio karbonatas naudojamas gauti beveik visiems rubidžio

junginiams, taip pat ir dideliai klasei deguonies turinčioms neorganinėms

rūgštimis.

Rubidžio nitratas susidaro vykstant terminei rūgščių nitratų RbNO3 (

HNO3 ir RbNO3 ( 2HNO3 destrukcijai.

Analitinis nustatymas

Kokybiškas rubidis gali būti aptiktas pagal tai , kaip jo lakios

druskos nudažo degiklio liepsną. Ir taip pat pagal charakteringą 7800,2 Å

spektrinę liniją. Rubidžiui aptikti taip pat galima naudoti labai jautrias

mikrokristaloskopines reakcijas, kurių metu susidaro charakteringi (kartais

stambūs ir spalvoti) sunkiai tirpių rubidžio junginių kristalai:

RbClO4, Rb2[PtCl6], C6H2(NO2)3ORb, Rb2AUPdCl7, Rb2[SnJ6].

Tačiau analogiški junginiai charakteringi ir ceziui, o daugelyje

atvejų ir kaliui. Todėl rubidžio identifikacija dalyvaujant artimų savybių

šarminiams metalams yra nepatikima.

Kiekybiniam rubidžio junginių nustatymui analizuojamuose pavyzdžiuose

paprastai naudojami svėrimo metodai.

Rubidžio pramoninis gavimas (gamyba)

Kadangi rubidis paplitęs gamtoje mikroskopiniais kukiais ir nesudaro

savistovių mineralų, tai pramoninė rubidžio gavimo iš rūdos technologija

neegzistuoja.

Jis gaunamas perdirbant karnalitą į kalio ar magnio junginius arba

perdirbant lepidolitą išsaugant jo litį.

Rubidžio (kaip ir cezio) karnalitas mažai tirpus vandenyje ir

skirtingai nuo gamtinio kalio karnalito vandenyje nesuyra. Ši ypatybė ir

naudojama pramoniniame gamtinio karnalito perdirbime, kuris lengvai suyra

vandenyje išskirdamas KCl, turintį savo sudėtyje mažyčius rubidžio ir

cezio

kiekius ir sudaro praturtintą rubidžiu (ir ceziu) dirbtinį karnalitą.

Daugkartinė pastarosios medžiagos destrukcija leidžia gauti per

kristalizacijos produktus (koncentratus) praturtintus rubidžiu (ir

ceziu).Ištirpdžius šiuos produktus, rubidį galima išsodinti netirpių

kompleksinių 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. Daug

sunkesnis yra kalio, rubidžio ir cezio atskyrimas. Tam naudojami sudėtingi

frakcinio parkristalizavimo metodai.

Panaudojimas

Pagrindinė rubidžio panaudojimo sfera – fotoelementų dirbančių

matomoje spektro ddalyje gamyba. Taip pat inertinėmis dujomis užpildytų

šviestuvų gamyba. Rubidis naudojamas kaip mikroskopinių oro likučių

sugėrėjas vakuuminėse lempose. Nedideliais kiekiais rubidžio junginiai

naudojami medicinoje. Plačiai svarstomos galimybės panaudoti rubidį kaip

katalizatorių.

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.