铷:铷

铷      (rubidium)

元素周期表第1A族碱金属元素，在中国将它划归入稀有轻金属。化学符号Rb，原子序数37，相对原子质量85．4678，银白色金属。

简史       1861年德国人基尔霍夫(G．R．Kirchhoff)和本森(R．W．Bunsen)在研究锂云母光谱时发现在深红色区有一新线，表明存在一个新元素，根据拉丁文rubidus(深红色)命名为rubidium(铷)。同年，本森电解熔融氯化铷制得金属铷。铷被发现后的近60年中没有得到应用。1920年开始利用铷易游离出价电子的特性，用于制作光电管，但用量很小。第一次世界大战前，仅德国少量生产铷，年产量仅数百克。20世纪30年代美国开始生产铷，但一直限于实验室规模。由于铷产品稀少而昂贵，限制了对其性质的研究，长久不为人们所认识，没有获得重要的应用。1957年美国成功地研究出从锂云母的母液——混合碳酸碱液(含Rb₂O 23％、Cs₂O 2％)中提取铷、铯工艺，使铷产量骤增。由于铷是作为锂的副产品回收的，生产成本低，价格也随之显著下降，而大大推动了对铷的物理化学性质和应用的研究。60年代以来，铷及其化合物在电子工业、光学仪器、玻璃陶瓷、医药等领域获得较多应用。中国于1956年开始研究铷，60年代初开始生产，现已能生产20多种铷、铯产品，能满足国内经济发展和科学研究应用的需求。

性质      铷的物理化学性质介于钾和铯之间，是碱族元素中第二个最活泼的金属元素(仅次于铯)，是自然界所有元素中第四个最轻的元素。

物理性质      金属铷质软、有延性，可用小刀切割。铷原子的外电子层构型为[Kr] 5s¹ ，具有体心立方晶体结构。铷和铯一样具有优异的导电性、导热性，最小的电离电位。铷有20种同位素，质量在79～95之间。天然铷由稳定同位素⁸⁵ Rb和放射性同位素⁸⁷ Rb组成，前者占72．15％，后者为27．85％，半衰期5×10¹¹a。按⁸⁷ Rb -- ⁸⁷ Sr+β衰变，产生β射线和稳定同位素。这一反应被用来确定岩石、古代矿物和陨石的年龄。铷的主要物理性质如表1。

铷和铯相似，具有小的电离势和电子逸出功，光电效应的光电阈值(引起电子辐射最长的波长)大。铷的电离能如表2。

化学性质       铷具有碱金属的所有化学特性，化学反应活性和正电性仅次于铯。铷和铯的化学性质较接近，不易分离。常见铷化合价为正一价，由Rb⁺ → Rb⁰ 的还原电位为-2．924V。铷有．Rb ^-1 和Rb ¹ 两种氧化态。

金属铷遇水会发生强烈爆炸，即使与157K温度的冰接触也发生剧烈反应，生成氢氧化铷，放出氢气。和铯、钾一样，金属铷和氧剧烈反应，生成一氧化铷(Rb₂O)、过氧化铷(Rb₂O₂)和超氧化铷(RbO₂)。铷以能生成臭氧化物而著称。铷氧化时放出的热量足以使铷熔化和点燃。和锂不同，铷不与氮反应。铷能与氢反应，但所生成的氢化物是碱金属氢化物中最不稳定的。在有催化剂存在时，铷可溶于液氨中；在没有催化剂存在时，铷可溶于气态氨生成氨基铷(RbNH₂)和氢。铷和CO反应生成铷的羰基化物RbCO₂铷与溴或氯剧烈反应并产生火焰。铷的卤化物易和锡、锑、铋、镉、钴、铜、铁、铅、镁、镍、钍、锌等的卤化物一起生成复盐，这些复盐都不溶于水，是不水解的化合物，常用于铷的提取分离。铷和有机化合物的反应与钾、钠相似，如铷与乙炔反应取代乙炔中的两个氢生成乙炔铷。铷与醇反应生成醇铷RbOR。铷可使羰基化合物发生还原、聚合和烷基化等作用。挥发性铷煤气灯的火焰呈红色，用于定性检测铷。铷能与碱金属、碱土金属及锑、铋、金、汞等生成熔点很低的液体合金，如Rb - 87Cs合金的熔点234K，Rb - 15K合金熔点239K，Rb - 8Na合金的熔点267．8K。铷还与非过渡金属形成化合物，如Rb和In、Rb和Sb、Rb和Au、Rb和Hg等。铷的主要化合物如表3。

 用途        铷及其化合物的性质与铯类似，在许多应用领域二者可以互相代替(见铯)。铷在可见光、红外光和紫外光照射下容易离子化，发射光电子用来接通电子回路，铷被用作光电池的光导材料。铷能在很宽的波长范围内将光能转换为电能，是一种高效光电导体材料。磁流体发电是使离子化气体(等离子体)通过强磁场将热能直接转换为电能，铷作为诱导材料加入到燃料流体中，可降低燃料离子化所需温度，改善离子焰的传导性，使电能增加，热效率可从30％～40％提高到50％～60％。铷和钾、钠、铯的合金可用于除去高真空系统的残余气体。碘化铷银(RbAg₄I₅)是良好的离子导体，可用作固体电池的电解质。铷的特征共振频率为6．835MHz，它的蒸气系统被用作第二时间标准。铷原子钟具有所需要的功率小、体积小、质量轻的特点。用铷蒸气电池作成磁强计，测量的范围宽，可在地球任何地方使用。玻璃中加入碳酸铷可以降低玻璃的导电性，提高玻璃的强度和耐用性。氧化铷具有可以调整光学玻璃密度和折射率的性质，用它生产光敏玻璃和光色玻璃。硝酸铷用作化学钢化玻璃的熔剂，可提高玻璃的抗张强度。加有铷的夜视仪用微通路板，经单电子撞击后能发射出大量电子，可用作光电倍增管。铷的金属问化合物在真空管内作阴极用以发射电子，由铷阴极作的光电倍增管，用于探测紫外射线、红外射线、可见光及γ射线。⁸⁷ Rb是一种放射性同位素，它发射口粒子并衰变为锶，用于测定放射性强度。测定铷和锶两种同位素之比可确定某些岩石和矿物的生成年代。铸铝合金中加入0．01％～1％Rb可使合金的机械性能变好。加有0．01％～0．5％Rb的熔融铜用喷雾法可制得表面积大、性能好的铜粉。在一些有机和无机化合物合成中用Rb₂O代替K₂O作助催化剂的组分。铷汞齐也是一种优良的催化剂。铷及其化合物还用于一些生物学和医学领域。氯化铷用作脱氧核糖核酸(DNA)、病毒及其他大分子超速离心分离的密度一梯度介质。铷的盐类用作镇静剂治疗癫痫症，碘化铷治疗甲状腺肿大和梅毒，铷盐也是抗休克药物。

资源和矿物原料         铷的地壳丰度达78×10 ^-4 ％，低于碳和氯而高于锌、铜和锂。海水中含铷12×10 ^-6 ％。铷的地壳丰度虽高，但分布却十分分散，迄今还未发现具有工业价值的纯铷矿物。铷主要分散在岩石圈和各种矿物中(特别是钾矿物中)，常与铯、锂、钾共生。含铷矿物多为云母矿(表4)。

国外铷矿总储量以Rb₂O计约为1077万t，其中铷云母中含铷170万t，盐湖卤水1000万t，光卤石60万t。加拿大伟晶岩矿床中含铷量最高，其中曼尼托巴省的伯尔尼克湖(Bernic)的锂一铍伟晶岩矿床中的锂云母和铯榴石丰富，锂云母中铷的储量达到1100t，，铯榴石中达到860t。非洲莫桑比克、纳米比亚和津巴布韦的大量锂云母和铯榴石中含有丰富的铷，津巴布韦比基塔地区的锂云母含铷3．73％。前苏联科拉半岛的锂云母含铷达1．22％。美国新英格兰州伟晶岩矿含铷量大，但比较分散。加利福尼亚的锂云母含铷达0．97％。盐湖、地下卤水、气田水、温泉及地下热水含铷也很丰富，如俄罗斯东西伯利亚的盐湖水含铷达21．2×10 ^-4 ％，死海60×10⁴ ％，美国索尔顿湖水(137～169)×10 ^-4 ％，哥伦比亚油田水14×10  ^-4％，伍德油田水25×10 ^-4 ％。光卤石也是铷的重要资源，德国拥有最多的光卤石储量，前苏联科拉半岛具有世界上最大的光卤石钾盐矿床。中国铷资源丰富，主要分布在七个省区，尤以江西、四川、青海的储量最多。江西宜春钽铌矿中的锂云母含Rb₂O 1．72％，是中国最大的铷资源基地。青藏高原盐湖卤水富含铷，自贡等地卤水和气田水已开发利用。

提取冶金      主要包括铷提取和铷金属制取两个阶段。有时为了获得高纯金属铷产品，还原制得的金属铷还要经过真空蒸馏提纯处理。铷的用量小，生产仍处于实验室和半工业规模，尚未达到大规模生产水平。由于没有独立铷矿物，目前铷主要是从锂云母中提取，其次从铯榴石、光卤石和盐湖卤水提取。从锂云母回收锂后的混合碱一般含Rb₂CO₃ 23％、K₂CO₃ 70％、Cs₂CO₃  2％、Li₂O 0．1％和Na₂CO₃ 3％，从中提取铷的方法有溶剂革取法提铷、分步沉淀法提铷铯。金属铷制取主要采用卤化物钙热还原法。