銣
銣(Rb)是一種化學物質,銀白色蠟狀金屬。
質軟而輕,其化學性質比鉀活潑。
在光的作用下易放出電子。
遇水起劇烈作用,生成氫氣和氫氧化銣。
易與氧作用生成氧化物。
由於遇水反應放出大量熱,
所以可使氫氣立即燃燒。
純金屬銣通常存儲於密封的玻璃安瓿瓶中。
歷史簡介
鋰鉀礦物鋰雲母是在18世紀60年代被發現的,
而且它的性質很奇怪。
當扔進燃燒的煤塊時,它會吐沫泡然後像玻璃一樣變硬。
分析顯示它包含鋰和鉀,但它還藏著一個秘密:銣。
在1861年,Robert Bunsen和Gustav Kirchhoff在海德堡大學,溶解了這種礦石在酸中,然後沉澱出的鉀,
它還包含著另一種更重的鹼金屬。小心的用沸水沖洗這個沉澱物,這樣溶解了更多的可溶性鉀化合物,
然後測試了殘餘物的原子光譜,證實了它們真的包含一種新的元素。
這展示了兩條之前從未見過的強烈的寶石紅色的線,表示是一種新的元素,他們以這種顏色命名了這種元素。
純淨的銣金屬樣本在1928年終於被生產出來。
元素發現
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(Robert Bunsen),
發明了一種燃燒煤氣的燈,
這種本生燈現在在我們的化學實驗室裡還隨處可見。
他試著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,
而只要根據物質在高溫無色火焰中發出的彩色信號,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著同樣顏色的光輝,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(Gustav
Robert Kirchhopp)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顏色組成的光譜,
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號呢?
基爾霍夫把自己的想法告訴了本生,並把自己研製的一種儀器——分光鏡交給了他。
元素週期表
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別的元素不同的色線:
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;
鋰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,
譜線將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。
本生拿著分光鏡研究過很多物質。
在1861年,他在一種礦泉水裡和鋰雲母礦石中,發現了一種產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顏色銣來命名(在拉丁語裡,銣的含意是深紅色)。
銣的發現,是用光譜分析法研究分析物質元素成分取得的第一個勝利。
元素應用
銣原子的最外層電子很不穩定,很容易被激發放射出來。
利用銣原子的這個特點,科學家們設計出了磁流體發電和熱電發電兩種全新的發電方式。
磁流體發電是使加熱到二三千度高溫的具有導電能力的氣體,以每秒六百到一千五百米的速度通過磁極,憑藉電磁感應而發出電來。
熱電發電是從加熱一頭的電極發出電子,而由另一頭的電極接受,在兩個電極之間接上導線,就會有電流不斷產生和通過。
這樣的發電方式多麼簡單,多麼直截了當!
熱能直接變成電能,省掉了水力和火力發電時的機械轉動部分,從而大大提高了能量的利用率。
當然,為獲得磁流體發電所需要的高溫高速的導電性氣體也好,為進一步提高熱電發電的電子流速度也好
,都少不了要用到最容易發射電子,也就是最容易變成離子的金屬銣。
現代的音樂方面中都應用了銣元素的特性,比如說音樂大師久石讓老師的《encore》
這張專輯裡由他親自選取並用鋼琴演繹,在運用最新高科技所研發的銣元素直接燒錄CD,來獲得比一般cd音質更加精緻的效果。
銣在這方面的廣泛應用,一定會給發電技術和能量利用帶來一場新的重大的技術革命。
制取方法
提取銣的化合物: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銣採用磷鉬酸銨沉澱法。
制銣:用金屬熱還原法以鈣還原氯化銣,用鎂或碳化鈣還原碳酸銣,均可制得金屬銣。
同位素
共有45個同位素(銣-71~銣-102),其中有1個同位素是穩定的。在自然界出現的銣-87,帶有放射性。
性質
銣的化學反應比鈉、鉀更為激烈,在空氣中極易氧化。
銣的熔點(38.89℃)和硬度比鉀更低,化學性質更加活潑。銣遇水在表面發生爆炸並溶在水中形成鹼性溶液。
銣在光的作用下容易放出電子,可用以製造光電管。
其它
銣的是鋰、銫等金屬冶煉過程中的副產物。這些礦物中含有痕量銣。
銣是製造電子器件(光電倍增管光電管)、分光光度計、自動控制、光譜測定、彩色電影、
彩色電視、雷達、雷射器以及玻璃、陶瓷、電子鐘等的重要原料;
在空間技術方面,離子推進器和熱離子能轉換器需要大量的銣;
銣的氫化物和硼化物可作高能固體燃料;放射性銣可測定礦物年齡,此外銣的化合物應用於製藥、造紙業;
還可作為真空系統的吸氣劑。吸氣劑的作用類似淨化劑,可去除可能會污染系統的多餘氣體。
銣礦行業分析
銣、銫在地殼中的含量分別為5.1X10-5--3.1×10-4和1.2X10-8--1X10-5,按元素豐度排列分別居16位和第40位。
銣、銫資源主要賦存於花崗偉晶岩,鹵水和鉀鹽礦床中。
現在人們主要從花崗偉晶岩礦床開發回收銣和銫,主要工業礦物是鋰雲母和銫榴石。
我國豐富的銣、銫資源,其儲量名列前茅,且類型齊全,分佈全國。
我國銣資源主要賦存於鋰雲母和鹽湖鹵水中,鋰雲母中銣含量占全國銣資源儲量的55%,
以江西宜春儲量最為豐富,是目前我國銣礦產品的主要來源。湖南、四川的鋰雲母礦中也含有銣。
青海、西藏的鹽湖鹵水中含有極為豐富的銣,是有待于開發的我國未來的銣資源。
與世界蘊藏的巨大銣資源儲量相比,銣及其化合物工業生產規模和應用市場,
需要大力研究開發,
並拓展銣及其化合物的應用領域,
這對推動銣資源的綜合利用具有重要經濟、社會和環境效益。
隨著銣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,
到目前的離子交換法、溶劑萃取法等,
銣及其化合物的產品品質不斷提高,
生產成本逐步降低。
銣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、航太航空工業、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,
特別是在能源領域中的應用更具巨大潛力和想像力。