Реферат Рубідій - "Злий джин"

Страница 1 из 2 | Следующая страница

С.І.Венецкий

Скільки років планеті? На жаль, "метрику" народження Землі не збереглося, а сама вона (як і будь-яка невідь що молода особа) старанно приховують свій справжній вік. Але коли є загадка, то завжди перебувають і прагнуть її розгадати. Суперечка у тому, як у теренах Всесвіту утворився наш "обитель", триває вже багато століть. Якщо Біблії, справа зрушила нещодавно - зо шість тисячоліть тому. Відповідно ж до сучасним науковим уявленням, Земля "живе у світі" вже приблизно 4,5 мільярди років тому (дуже шанований вік, не так?).

У ролі свідків, готових підтвердити правильність цієї погляду, виступають найдавніші гірські породи планети. До того найбільш "старими" вважалися породи, характерні для Африці, у районі Трансваалю: майже 3,4-3,5 мільярди років тому. Однак у 1966 року молодий новозеландський ученийВик Макгрегор на західному узбережжі Гренландії, біля входу доАмералик-фьорд, виявив породи, які опинилися старше, ніжтрансваальские, на добрих півмільярда років. А встановити це зробити з допомогою прорубидий-стронциевих "годин". Що є?

Ще на початку ХХ століття великий англійський фізик Ернест Резерфорд запропонував визначення віку мінералів і народу гірських порід скористатися відкритим кілька років доти явищем радіоактивності. Річ у тім, що атоми радіоактивних хімічних елементів, входять до складу земної матерії, постійно випромінюють ті чи інші ядерні частки, перетворюючись на атоми іншого елемента. Найцікавіше, що швидкість такого перетворення залежною ні від температури, ні тиску, ні від якихось інших чинників. Зате кожен хімічний "індивідуум" характеризується своїм періодом піврозпаду - часом, протягом якого розпадається рівно половина наявного кількості радіоактивного елемента. У одних речовин цей період триває лише мільйонні частки секунд, в інших сягає сотень трильйонів років.

Період піврозпаду однієї з ">долгожителей"-рубидия-87 (йому припадає близько 28% природних запасів рубідію) - 48 мільярдів років.Самопроизвольно випускаючи електрони, цей ізотоп повільно, але вірно перетворюється на стабільний (неподвергающийся подальшому розпаду) ізотоп стронцію з тим самим масовим числом (87). Оскільки відомо звичайне співвідношення між цим ізотопом та її найближчими "родичами" (ізотопами із масовими числами 88, 86, 84), неважко обчислити, як у гірської породі "наднормативного"стронция-87, т. е. того, який утворився внаслідок радіоактивного розпадурубидия-87.

А визначивши при цьому кількість вихідного "сировини", можна визначити, як довго тривав процес перетворення, т. е. дізнатися вік гірської породи.

Якщогренландским гірським породам з допомогою ізотопів рубідію зі стронцієм вдалося довести свою сиву давнину, то найвищі гори нашої планети - Гімалаї - завдяки тієї ж парі хімічних елементів змогли переконати науковий світ тому, що вони значно молодший, ніж передбачалося досі. Так, довгий час вважали, що гірські масиви Азії утворилися сотні мільйонів років тому вони. Порівняно нещодавно японські вчені, скориставшисьрубидий-стронциевими "годинами", почали ретельно обстежувати зразки гімалайських порід і встановили хибність що існувала погляду.

Вчені дійшли висновку, що це район земної кулі двічі піддавався найсильнішим геологічнимсжатиям. Перше стиснення, у результаті якого сформувалася базову структуру (чи, інакше кажучи, свого роду фундамент) Гімалаїв, сталося 450-500 мільйонів років тому вони, а друге, завдяки якому вона у цьому фундаменті були спорудили найвищі гори Землі, - лише якихось 15 мільйонів років як розв'язано.

Є й решту методи - радіовуглецевий,уран-гелиевий,уран-свинцовий,калий-аргоновий тощо. буд., але для дуже солідних проміжків часу, мабуть, найбільш підходящими єрубидий-стронциевие "годинник". Отже, рубідій допомагає встановити приблизний вік Землі. Але як давно вона сама відомий людині? Саме це питання можна надати гранично точний відповідь.

Народження рубідію відбулося у 1861 року. Про цю подію не ховається від допитливого погляду двох чудових німецьких учених - хіміка РобертаБунзена і фізика ГуставаКирхгофа, які розробили в 1859 року спектральний метод аналізу речовин, з допомогою якого через рік вони змогли відкрити цезій.

Продовжуючи досліджувати різні мінерали, вони знайшли у спектрі саксонськоголепидолита дві невідомі раніше темно-червоні лінії. Так сигналізував про появу світ новий елемент, який був названо рубідієм, що у перекладі з латини означає "червоний".

Це даєрубидию підстави вважати себе майже однофамільцем рубіна - відомого дорогоцінного каменю. Але якщо рубін справді червоний, прорубидии цього скажеш: як більшість металів, він сріблисто-білого кольору.Рубидий дуже легкий (легше магнію) і дуже м'який (як віск) метал. Йому явно протипоказано перебування на спекотних місцях нашої планети: температура плавлення рубідію всього 38,9 °З, тому під палючими променями південного сонця може буквально розтанути очах. Щоб закінчити словесний портрет рубідію, зазначимо ще одне особливу прикмету: пари його сполук надають полум'я пальники характерний пурпуровий відтінок.

Вперше металевий рубідій зумів одержати в 1863 року Р.Бунзен. І тому йому довелося "звернути гори", точніше, випарити ціле "озеро" - понад 40 кримінальних кубометрівшварцвальдской мінеральну воду, у якій також виявили новонароджений елемент. Але це було лише початок. Зупаренного розчину учений обложив сумішхлороплатинатов калію, цезію і рубідію. Тепер було розділити нерозлучну трійцю. Скориставшись вищої розчинність калійних сполук,Бунзен шляхоммногократнойфрикционной кристалізації спочатку видалив "з поля" калій. Розділити цезій і рубідій були ще складніше, а й це завдання вдалося розв'язати. Завершила справа сажа, що відновила рубідій з його кислоготартрата (солі винної кислоти).

Через століття відомий тогочасний російський хімік М.М. Бекетов запропонував інший шлях отримання металевого рубідію - відновленням його з гідроокису алюмінієвим порошком. Вчений проводив цей процес на залізному циліндрі з газовідвідній трубкою, яка поєднувалася зі склянимрезервуаром-холодильником. Циліндр підігрівався на газової горілці, у ньому починалася бурхливою реакцією, що супроводжувалась виділенням водню і сублімацією рубідію в холодильник. Як писав сам Бекетов, "рубідій женеться поступово,стекая, як ртуть, і зберігаючи навіть свій металевий блиск через те, що снаряд під час операції наповнений воднем". Нині цей метал "видобувають" головним чином із хлориду, впливаючи нею металевим кальцієм в вакуумі при 700-800 °З.

Хоч як складно виділити чистий рубідій з його сполук, але це півсправи: незгірш від клопоту пов'язане його зберіганням. "Свіжий" метал негайно запаюють в ампули з особливого скла, у яких створено вакуум або інертний газ. Іноді "камерою попереднього ув'язнення" служать металеві судини, заповнені "сухим" (стараннообезвоженним) гасом чипарафиновим олією. Тільки за дотриманні цих умов можна бути впевненим, що "продукт підлягає тривалого зберігання". А чим викликані настільки суворий заходи "покарання"?

Причина - буйний характер бранця.Висвободить його ззаточения-все одно, що випустити лютого джина з пляшки. По хімічної активності рубідій у ній металів поступається лише своєму "старшого брата" цезію. Опинившись волі, т. е. надворі, рубідій відразувоспламеняется і згоряє яскравимрозовато-фиолетовим полум'ям, створюючи жовтий порошок -надпероксид рубідію.

Виниклий "пожежа" не можна гасити водою: метал реагує із нею іще бурхливіше, з вибухом, причому розлучений з киснем водень негайно загоряється, "підливаючи оливи у вогонь". У цьому рубідій не рахується з фізичним станом води: навіть замерзнувши і перетворившись на лід, вона перестає бути об'єктом нападок агресивного металу. Приблизно так як відбійний молоток шахтаря врубається в пласт вугілля, рубідій рішуче "угризається" в товщу крижаних кристалів, і лише пекельний мороз (нижче -108 °З) здатний вгамувати бешкетника.

>Получающийся у своїйгидроксид рубідію теж намагається показати характер: коли його розмістити у скляну посуд, або від скла невдовзі залишаться одні спогади. Та й саме рубідій при високих температур (300 °З повагою та вище) швидко руйнує скло, безсоромно ">випроваживая" кремній з його окислів і силікатів. Саме тому "гамівні сорочки" (ампули) при цьому металу треба робити зі спеціального скла, здатного захистити себе.

Висока хімічна активність рубідію обумовлена будовою його атома. Як і в інших лужних металів, з його зовнішньої електронної оболонці "проживає" один-єдиний валентний електрон, які перебувають далі від ядра, ніж в літію, натрію чи калію, і тому на першу вимогу вступає у розпорядження атомів інших речовин (радше віддають свій електрон лише атоми цезію).

Так само легко рубідій розлучається з електронами "на прохання" світлових променів. Це, званефотоеффектом, властиво багатьом металам, але рубідій і цезій цьому плані поза всякою конкуренцією. І хоча б сьогодні в фотоелементах та інших фотоелектричних пристроях набагато частіше застосовується цезій, визнаний "королем фотоефекту", у рубідію є непогані шанси згодом потіснити короля на троні: бо його у природі приблизно 50 разів більше, ніж цезію, дефіцит якого рано чи пізно зіграє вигіднарубидию. До того ж його сплави (наприклад, з телуром) мають максимальноїсветочувствительностью на більш далекої ультрафіолетової області спектра, ніж аналогічні цезієві сплави; часом цю обставину має першочергового значення під час виборів матеріалуфотокатодов.

Інша важлива розмах рубідію - органічна хімія, де на кількох частку його солей випали "приємні клопоти": вони виконують обов'язки каталізаторів. У цьому вся амплуа карбонат рубідію вперше виступив ще більше півстоліття тому за отриманні синтетичної нафти. Сьогодні ж без нього не обходиться синтез метанолу та вищих спиртів, і навіть стиролу і бутадієну - вихідних речовин для синтетичного каучуку. Порівняно нещодавно розробленорубидиевие каталізатори для гідрогенізації,дегидрогенизации, полімеризації і ще деяких реакцій органічного синтезу. Дуже важливо, такі каталізатори дають змогу здійснювати процес за більш низьких параметрах (певній температурі й тиску), ніж тому разі, коли цієї мети використовуються сполуки натрію чи калію.

З іншого боку, до гідностям слід віднести зневажливе ставлення до сірці - бичу багатьох інших каталізаторів.

Американські хіміки встановили, щотартрат рубідію надає каталітичне дію на окислювання сажі, помітно знижуючи температуру реакції. "Теж мені дивина - сажа", - може подумати дехто. Але вчені, провідні роботи з вишукуванню нових видів авіаційного палива, дотримуються з цього приводу зовсім іншої думки. І, можна вважати, не безпідставно.

Деякі сполуки рубідію мають напівпровідниковими властивостями, інші -пьезоелектрическими. Проте ці здібності елемента № 37 лише починають привертати пильну увагу учених й інженерів.

Як багато помітили, мова частіше про потенційні можливості рубідію, ніж про конкретне використанні їх у сучасній техніці. Справді, не має права поки бути великого трудівника, подібно залозу, алюмінію, міді, титану. Це і масштабами його виробництва: якщо "пошкребти калитками" всіх країн, які виробляють рубідій, то "за рік набереться разом кілька десятків кілограмів, а звідси - надто високу ціну цього металу на світовому ринку.

Крім згаданих областей застосування,рубидиевие з'єднання перетворені на невеликих кількостях використовують у аналітичної хімії - як реактиви на марганець, цирконій та робити шляхетні метали, до медицини - як снодійного й болезаспокійливого кошти, і навіть під час лікування епілепсії. У нинішньому вигляді різних солей рубідій бере участь у виготовленні спеціальних оптичних матеріалів, прозорих для інфрачервоних променів, у виробництві люмінесцентних ламп, телеі іншихелектроннолучевих трубок. У деяких вакуумних приладах рубідій виконує функціїгеттера (>газопоглотителя), амагнитометрах і еталонах частоти і часу - функції з так званого активного речовини.

Нещодавно з електротехнічних фірм ФРН сконструюваларубидиевуюконтрольно-регулирующую приставку для стародавніх курантів, які прикрашають древні вежі багатьох європейських міст і які радують слух їх жителів мелодійним боєм. Але біда: майже всі куранти страждають хронічним "захворюванням" - надто вже слабують на точність ці громіздкі середньовічні механізми. Нова приставка - атомний еталон частоти - гарантує курантам бездоганну точність ходу (до сотої частки секунди на добу).

Ще більше точність потрібна ядерній фізиці, лазерної техніці, космічної навігації: тут похибка вимірювання часу часом "немає права" перевищувати мільйонні частки секунд на добу! Таким вимогам відповідають створені нашій країні атомні годинник, "серцем" яких служить ізотоп рубідію. Принцип їхньої дії будується у тому, що атоми хімічних елементів здатні поглинати чи випромінювати енергію лише певної довжини хвилі (частоти).

До кожного елемента ця довжина хвилі суворо постійна, оскільки він залежить лише від будівлі атома. Тому атомні (чи, як його ще називають, квантові) годинник кілька порядків точніше, ніж будь-які інші, зокрема і кварцові, у яких роль маятника грають пружні коливання кварцової пластини. Точністьрубидиевих годин така, якби їх "завели" межі нової доби, чи до наших днів вони відстали би чи втекли вперед лише на... одну секунду.

Можна сміливо стверджувати, у найближчі роки послужного списку рубідію стане набагато довші, отже, зростуть і цьогорічні масштаби його виробництва. Природа не страждає від браку цього металу: в підземних комор його приховано більше, ніж, наприклад, хрому, цинку, нікелю, міді, свинцю.

Щоправда, певні складно через крайню неуважності рубідію, який, хоч і виявлено у багатьох гірських породах, немає власних мінералів, а про великих родовищах. Зазвичай рубідій примикає до поширенішим лужним металам, причому з калієм він нерозлучним. Крім згадуваноголепидолита, рубідій на вельми незначних кількостях (від сотих до десятих часткою відсотка) є укарналлите, звідки його й витягають попутно коїться з іншими елементами. Оскільки загальні запасикарналлита практично невичерпні, цей мінерал належить до найперспективнішихрубидиевим сировиною.

Ще XV столітті березі річки Ками серед уральських лісів виник містечко СільКамская. СучаснийСоликамск - великий центр хімічної промисловості. Тут перебувають багатющі родовищакарналлитов,сильвинитов та інших калійних солей. Схожий на мармурсильвинит забарвлений у різні кольору: саме він білий, як сніг, то переливається всіма кольорами веселки - від ясно-рожевого до червоного, від небесно-голубого до темно-синього. У цьому мінерал (являє собою хлорид калію) пронизаний безбарвними прозорими кристалами хлориду натрію (т. е. кухонної солі), серед котрих іноді трапляються

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація