铷

金屬元素
铷是一種的銀白色輕金屬,元素符号為Rb,質軟而呈蠟狀,其化學性質比鉀活潑。1861年,本生在一種礦泉水裡和锂雲母礦石中,發現了一種産生紅色光譜線的未知元素。這個新發現的元素就用它的光譜線的顔色铷來命名(在拉丁語裡,铷的含意是深紅色)。本生等人早在1860年就用光譜分析法發現了新元素铯。而铷的發現,是用光譜分析法研究分析物質元素成分取得的又一個勝利。[1]铷的性質介于其上方的鉀與下方的铯之間,性質極為活潑,在空氣中即立即失去金屬光澤,被氧氣劇烈地氧化,并能引起铷自燃。遇水反應非常劇烈,甚至接觸到-100℃以下的冰塊也會發生爆炸。铷在光的作用下容易放出電子,可用以制造光電管。铷無單獨工業礦物,常分散在雲母、鐵锂雲母、铯榴石和鹽礦層、礦泉之中。全世界铷的儲量18萬噸,世界年産量約4噸,中國儲量754噸。利用铷易于離子化的特點,多年來國内外在離子推進火箭、磁流體發電、熱離子轉換發電等方面的應用作了大量研究工作,并有了一些重要的發展。含铷特種玻璃是當前铷應用的主要市場之一。
    中文名:铷 外文名:rubidium 别名: 化學式: 分子量: CAS登錄号: EINECS登錄号: 熔點:38.89 沸點: 水溶性: 密度:1.532 外觀: 閃點: 應用: 安全性描述: 危險性符号: 危險性描述: UN危險貨物編号: CN危險貨物編号: 元素符号:Rb 原子量:85.4678 元素類型:金屬元素 原子序數:37 發現人:本生、基爾霍夫 管制類型:易制爆 莫氏硬度:0.3 熱膨脹:90µm/(m·K) 導熱性:58.2W/(m·K) 磁序:順磁性 拉伸模量:2.4GPa 體積模量:2.5GPa

研究簡史

十九世紀五十年代的開頭,住在漢堡城裡的德國化學家本生,發明了一種燃燒煤氣的燈,這種本生燈在我們的化學實驗室裡還随處可見。他試着把各種物質放到這種燈的高溫火焰裡,看看它們在火焰裡究竟有什麼變化。

變化果真是有的!火焰本來幾乎是無色的,可是當含鈉的物質放進去時,火焰卻變成了黃色;含鉀的物質放進去時,火焰又變成了紫色……連續多次的實驗使本生相信,他已經找到了一種新的化學分析的方法。這種方法不需要複雜的試驗設備,不需要試管、量杯和試劑,而隻要根據物質在高溫無色火焰中發出的彩色信号,就能知道這種物質裡含有什麼樣的化學成分。

但是,進一步的試驗卻使本生感到煩惱了,因為有些物質的火焰幾乎亮着同樣顔色的光輝,單憑肉眼根本沒法把它們分辨清楚。

這時,住在同一城市裡的研究物理學的基爾霍夫決心幫本生的忙。他想既然太陽光通過三棱鏡能夠分解成為由七種顔色組成的光譜,那為什麼不可以用這個簡單的玻璃塊來分辨一下高溫火焰裡那些物質所發出的彩色信号呢?

基爾霍夫把自己的想法告訴了本生,并把自己研制的一種儀器——分光鏡交給了他。他們把各種物質放到火焰上去,叫物質變成熾熱的蒸氣,由這蒸氣發出來的光,通過分光鏡之後,果然分解成為由一些分散的彩色線條組成的光譜——線光譜。蒸氣成份裡有什麼元素,線光譜中就會出現這種元素所特有的跟别的元素不同的色線:鉀蒸氣的光譜裡有兩條紅線,一條紫線;鈉蒸氣有兩條挨得很近的黃線;锂的光譜是由一條亮的紅線和一條較暗的橙線組成的;銅蒸氣有好幾條光譜線,其中最亮的是兩條黃線和一條橙線,等等。

這樣就給人們找到了一種可靠的探索和分析物質成份的方法——光譜分析法。光譜分析法的靈敏度很高,能夠“察覺”出幾百萬分之一克甚至幾十億分之一克的不管哪一種元素。

分光鏡擴大了人們的視野。你把分光鏡放在光線的過道上,譜線将毫無差錯地告訴你發出這種光線的物質的化學元素的成分是什麼。

本生拿着分光鏡研究過很多物質。在1861年,他在一種礦泉水裡和锂雲母礦石中,發現了一種産生紅色光譜線的未知元素。這個新發現的元素就用它的光譜線的顔色铷來命名(在拉丁語裡,铷的含意是深紅色)。

本生等人早在1860年就用光譜分析法發現了新元素铯。而铷的發現,是用光譜分析法研究分析物質元素成分取得的又一個勝利。

理化性質

物理性質

【中文名稱】铷

【漢語拼音】rú

【英文名稱】rubidium源于拉丁文ruidus(深紅色)

【CAS号】7440-17-7

【EINECS】231-126-6

【元素符号】Rb

【原子序數】37

【族-系列】ⅠA—堿金屬【密度】1.532克/立方厘米

【莫氏硬度】0.3

【性狀】

【元素在宇宙中的含量】0.01ppm(ppm是濃度單位,1ppm表示1單位溶劑中含有百萬分之一單位的溶質)

【元素在太陽中的含量】0.03ppm

【地殼中含量】90ppm(0.009%)

【元素在海水中的含量】0.12ppm

【電子層】K-L-M-N-O

原子屬性

【相對原子質量】85.4678

【原子半徑】235(265)pm【共價半徑】211pm

【範德華半徑】244pm

【價電子排布】[Kr]5s1

【價電子在每能級排布】2,8,18,8,1

【核電荷數】37

【氧化态】主要Rb-1(在液氨中),Rb+1

【晶體結構】晶胞為體心立方晶胞,每個晶胞含有2個金屬原子。

【物質狀态】固态

【熔點】312.46K(38.89℃)

【沸點】961K(688℃)

【摩爾體積】55.76立方厘米/摩爾

【汽化熱】72.216kJ/mol

【熔化熱】2.192kJ/mol

【蒸氣壓】1.56×10^-4帕(312.6K)

【聲速】1300m/s(293.15K)

【電負性】0.82(鮑林标度)

【比熱】363J/(kg·K)

【電導率】7.79×10^6/(米歐姆)【熱導率】58.2W/(m·K)

【第一電離能】403.0kJ/mol

【第二電離能】2633kJ/mol

【第三電離能】3860kJ/mol

【第四電離能】5080kJ/mol

【第五電離能】6850kJ/mol

【第六電離能】8140kJ/mol

【第七電離能】9570kJ/mol

【第八電離能】13120kJ/mol

【第九電離能】14500kJ/mol

【第十電離能】26740kJ/mol

化學性質

氧化物離解能(Do):3.6(eV)

元素電離能(Ei):4.18(eV)

铷的性質介于其上方的鉀與下方的铯之間,性質極為活潑,在空氣中即立即失去金屬光澤,被氧氣劇烈地氧化,并能引起铷自燃。遇水反應非常劇烈,甚至接觸到-100℃以下的冰塊也會發生爆炸。

铷的化學反應比鈉、鉀更為激烈,在空氣中極易氧化。

铷的熔點和硬度比鉀更低,化學性質更加活潑。铷遇水在表面發生爆炸并溶在水中形成堿性溶液。

铷在光的作用下容易放出電子,可用以制造光電管。

共有45個同位素(铷-71~铷-102),其中有1個同位素是穩定的。在自然界出現的铷-87,帶有放射性。

資源分布

铷的資源,铷無單獨工業礦物,常分散在雲母、鐵锂雲母、铯榴石和鹽礦層、礦泉之中。全世界铷的儲量18萬噸,世界年産量約4噸,中國儲量754噸。

參考價格:含量99.5%人民币256000元/公斤含量99.9%人民币299000元/公斤

據小道消息稱,從内蒙古地礦局礦産實驗研究所傳出消息,該所在錫林郭勒盟白音錫勒牧場東北約15公裡處初步探明一處超大型铷礦,氧化铷儲量達87.36萬噸。(但實際查證後發現無此礦山的探礦證或采礦證的存在,也查無實地)

根據實地走訪,在内蒙古錫林郭勒盟隻有一家名為正鑲白旗同創礦業有限公司擁有铷礦資源,都北銀多金屬礦,探礦區面積4.76平方公裡,并且處于持證探礦階段,在相關部門有備案,現已探明铷礦總量為9.6萬噸,已超過開采最低品味,為世界最大型铷礦礦山。

制取方法

提取铷的化合物:主要方法有複鹽沉澱法、溶劑萃取法、離子交換法等多種。中國自貢從鹵水回收铷采用磷钼酸铵沉澱法。制铷:用金屬熱還原法以鈣還原氯化铷,用鎂或碳化鈣還原碳酸铷,均可制得金屬铷。

應用領域

長期以來,由于金屬铷化學性質比鉀還要活潑,在空氣中能自燃,其生産、貯存及運輸都必須嚴密隔絕空氣保存在液體石蠟、惰性氣體或真空中,因而制約了其在一般工業應用領域的開發研究和大量使用。

然而,随着人類科學技術的發展和對铷應用開發研究的不斷深入,近15年來,除在一些傳統的應用領域,如電子器件、催化劑及特種玻璃等,有了一定發展的同時,許多新的應用領域也不斷出現,特别是在一些高科技領域,顯示了廣闊的應用前景。以下綜述了利用铷及其化合物的一些特性,在一些傳統和高科技領域内的應用現狀。

頻率、時間标準

人造地球衛星的發射系統、導航、運載火箭導航、導彈系統、無線通訊、電視轉播、收發分置雷達、全球定位系統(GPS)等空間技術的發展對所采用頻率與時間基準的長、短期準确度和穩定性要求越來越高。由于铷輻射頻率具有長時間的穩定性,87Rb原子的共振頻率被頻率标準确定為基準頻率。用作頻率标準和時間标準的铷原子頻标具有低漂移、高穩定性、抗輻射、體積小、重量輕、功耗低等特點。準确度極高的铷原子鐘,在370萬年中的走時誤差不超過1s。

能源

利用铷易于離子化的特點,多年來國内外在離子推進火箭、磁流體發電、熱離子轉換發電等方面的應用作了大量研究工作,并有了一些重要的發展。

磁流體發電是把熱能直接轉換成電能的一種新型發電方式。用含铷及其化合物作磁流體發電機的發電材料(導電體),可獲得較高熱效率。如一般核電站的總熱效率為29%~32%,而結合磁流體發電可使核電站總熱效率提高到55%~66%

熱離子發電是利用二極真空管的原理,把熱能直接變為電能。由于離子化铷能中和電極之間的空間電荷,因此,實際上提高了發射極的電子發射速度,減少了集電極的能量損失等,即增加了換流器的能量輸出。如用铷和铯制作(含铷塗層電極)的熱電換能器,與原子反應堆聯用時,可在原子反應堆的内部實現熱離子熱核發電。

铷可用在空間飛行器的“離子推進發動機”中。以铷和铯作為材料的離子推進火箭,運行速度可達到1.6X105km·h-1;一艘攜帶有500g铯和铷的離子推進宇宙飛船,其航程是當今使用固體或液體燃料的約150倍。

特種玻璃

含铷特種玻璃是當前铷應用的主要市場之一。碳酸铷常用作生産這些玻璃特種的添加劑,可降低玻璃導電率、增加玻璃穩定性和使用壽命等。含铷特種玻璃已廣泛使用在光纖通訊和夜視裝置等方面。

電子

由于铷原子失去價電子非常容易,可見光的能量就足以使原子電離,受光電磁輻射作用下表面釋放自由電子,顯示出優良的光電特性、導電性、導熱性及強烈的化學活性,使它們在衆多技術領域中有着非常獨特的用途。通常铷化合物和合金是制造光電池、光電發射管、原子鐘、電視攝像管和光電倍增管的重要材料,也是紅外技術的必需材料,如銻化铷、碲化铷、铷铯銻合金等。使用了铷碲表面的光電發射管常被安裝在不同電子探測和激活裝置内,在寬輻射光譜範圍内仍具有高靈敏度。

铷铯銻塗層常用在光電倍增管陰極上,用于輻射探測設備、醫學影像設備和夜視設備等。利用這些光電管、光電池可以實現一系列自動控制。

碘化铷銀RbAg4I5是良好的電子導體,是已知離子型晶體中室溫電導率最高的。在環境溫度下,其電導率與稀硫酸相當,可用作固體電池的電解質,如薄膜電池。

醫學

氯化铷和其他幾種铷鹽用于DNA和RNA超速離心分離過程中的密度梯度介質;放射性铷可用于血流放射性示蹤;碘化铷有時取代碘化鉀用于治療甲狀腺腫大;一些铷鹽可作為鎮靜劑、使用含砷藥物後的抗休克制劑和癫痫病治療等。

其他方面

铷及其化合物除上述應用領域外,還具有下列一些典型應用:铷及其與鉀、鈉、铯形成的合金可作為真空電子管中痕量氣體的吸氣劑和除去高真空系統中殘餘氣體的除氣劑。铷作為化學示蹤劑,示蹤不同種類的生産物品。87Rb衰變成86Sr已廣泛應用于鑒别岩石和礦物年代。

氯化铷用于鈉、銥、钛、锆和過氯酸鹽的分析;硝酸铷可作為分析試劑、氧化劑、環境控制分析中放射性物質檢測等。氯化铷、碳酸铷是制備金屬铷、其它铷鹽和同位素分離等的主要原料。

铷及其一些铷鹽還可作為化工中一些有機化學反應的催化劑、陶瓷工業中的添加劑。金屬铷是制取其他高純铷鹽和铷單晶的基礎原料。

随着國内外高新技術産業的迅猛發展,铷及其化合物的一些獨特特性已顯示出極大的應用前景和重要的科學與商業價值,特别是在航天航空、能源和國防工業等領域的應用需求有不斷增加之态勢,顯示了強大的生命力。

發達國家铷的應用主要集中在高科技領域,有80%的铷用于開發高新技術,隻有20%的铷用于傳統應用領域。特别值得一提的是,随着世界能源日趨緊缺,人們都在尋求新的能量轉換方式,以提高效率和節約燃料,減少環境污染。铷在新能量轉換中的應用顯示了光明的前景,并已引起世界能源界的注目。

行業分析

铷、铯在地殼中的含量分别為5.1X10-5--3.1×10-4和1.2X10-8--1X10-5,按元素豐度排列分别居16位和第40位。铷、铯資源主要賦存于花崗偉晶岩,鹵水和鉀鹽礦床中。人們主要從花崗偉晶岩礦床開發回收铷和铯,主要工業礦物是锂雲母和铯榴石。

我國豐富的铷、铯資源,其儲量名列前茅,且類型齊全,分布全國。我國铷資源主要賦存于锂雲母和鹽湖鹵水中,锂雲母中铷含量占全國铷資源儲量的55%,以江西宜春儲量最為豐富,是我國铷礦産品的主要來源。湖南、四川的锂雲母礦中也含有铷。青海、西藏的鹽湖鹵水中含有極為豐富的铷,是有待于開發的我國未來的铷資源。

與世界蘊藏的巨大铷資源儲量相比,铷及其化合物工業生産規模和應用市場,需要大力研究開發,并拓展铷及其化合物的應用領域,這對推動铷資源的綜合利用具有重要經濟、社會和環境效益。

随着铷及其化合物需求的不斷擴大,其分離、提純技術得以不斷發展,從最早的分級結晶分離法、沉澱法,到離子交換法、溶劑萃取法等,铷及其化合物的産品質量不斷提高,生産成本逐步降低。

铷及其化合物所具有的獨特特性,如輻射能頻率的高穩定性,易離子化,優良的光電特性和強烈化學活性等,已在國防工業、航天航空工業、生物工程、醫學及能源工業等高新技術領域顯現出廣闊的應用前景和市場需求,特别是在能源領域中的應用更具巨大潛力和想像力。

新發現

記者從廣東省國土資源廳召開的“找礦突破戰略行動調研彙報會議”上獲悉,經過近3年的努力,廣東地質勘查部門相繼在武夷成礦帶廣東南段的紫金縣、蕉嶺縣發現罕見巨型铷礦産地,兩處估算铷資源量達360萬噸以上。有專家稱,潛在經濟價值以上萬億元計算。

專家指出,全國19個礦産地共查明铷資源量185萬噸,但大多數難以利用。廣東兩處铷礦産地,其估算資源分别是國家大型礦床标準的1000和800倍,且有較高的回收率,是找礦突破戰略行動取得的重大成果。

“科學家的設想,如果變為現實,将會帶來發電技術和能量利用的一場新的偉大革命。”專家介紹,铷是稀有金屬,其氫化物和硼化物可作為高能固體燃料,是戰略性新興材料,在航天航空、能源、國防工業等領域的應用不斷擴大,在玻璃、陶瓷等民用工業領域應用前景廣闊。铷的元素活潑、低熔點、沸點低,利用其特性有可能把熱能直接變為電能。

古籍解釋

康熙字典

《篇海類編》音汝。

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