Сегодня мы поговорим о химическом элементе, в ядре которого тридцать семь протонов. Это рубидий.
Рубидия не слишком много во Вселенной в целом, и на Земле в частности. По распространённости в земной коре он занимает лишь 23-е место. Рубидий не образует горных пород, а обычно «спрятан» в них вкраплениями атомов. На внешней электронной оболочке рубидия находится один электрон. Это означает, что степень окисления рубидия равна +1. Из этого следует, что рубидий – это щелочной металл, похожий на литий, натрий или калий.
Самый простой способ найти немножко рубидия – искать его в минералах, содержащих, например, калий. Некоторые из атомов, которые близоруким людям издалека кажутся атомами калия, на самом деле при ближайшем рассмотрении через очки оказываются атомами рубидия. Ведут они себя химически примерно одинаково. Хотя рубидий потяжелее, конечно. Но на самом деле примесей рубидия в других похожих металлах настолько мизерные количества, что обычные химические методы прошлого не могли обнаружить разницу между ними. Нужно было что-то новое.
Новые технологии
Это что-то новое было разработано двумя немецкими учёными, которых вы, друзья мои, хорошо знаете. Это Густав Кирхгоф и Роберт Бунзен.
Людям с самых давних времён было известно, что пламя, возникающее при горении какого-либо вещества, может иметь разный цвет в зависимости от химического состава горящего материала. Другими словами, по цвету пламени можно было определять химический состав. Но только примерно.
В 1855 году в Гейдельбергском университете произошёл фундаментальный прорыв. Роберт Бунзен вместе с университетским механиком Питером Десагой сконструировали лабораторную горелку нового типа. Эта штука была способна производить очень горячее и, прежде всего, очень чистое пламя. Она почти не выделяла сажу или пепел и была не слишком яркой. Вместо того, чтобы светиться оранжевым или жёлтым, горелки Бунзена-Десага, которые сегодня называются просто горелками Бунзена, испускали очень тусклое, но очень горячее темно-синее пламя, когда обеспечивались максимально возможным количеством кислорода.
Горелка Бунзена открыла дверь новой технологии: воздействию синего пламени можно было подвергать самые различные вещества. А его высокая температура воздействовала даже на горные породы, которые даже не заметили бы обычного огня. Работало это так: в первоначальное «стандартное» синее пламя добавлялся новый цвет при горении в нём какого-либо вещества. Поэтому можно было обнаружить его присутствие, наблюдая за изменённым цветом нового пламени. И это было очень эффективно в том случае если какое-то вещество присутствовало в изучаемом образце в большом количестве. Однако если разница между двумя веществами была небольшой, или было очень небольшое количество элемента, который нужно было обнаружить, это не работало.
Нужно было придумать что-то ещё.
Нужно думать
Бунзен долго размышлял. И даже придумал специальное выражение для подобных случаев – «гори оно всё синем пламенем». Он хотел на этом закончить свои изыскания, как вдруг в дверь постучали. На пороге «хрущёвки» (шутка) Бунзена стоял, заслонив собой свет, мощный человек. Он представился Густавом Кирхгофом. Этот человек заявил, что знает о проблеме. И поможет её решить.
Шли годы. Учёные дружили, ездили на рыбалку и шашлыки, но никто из них не осмеливался заикнуться о проблеме. И лишь в 1859 году исследователи решили продолжить работу. Они задумали провести анализ пламени горения различных веществ гораздо более тщательно, чем кто-либо до них. И хотели научиться с беспрецедентной точностью устанавливать их химический состав. В этот момент Кирхгофу внезапно и пришла в голову гениальная идея: вместо того, чтобы просто анализировать цвет пламени, нужно пропустить его через призму, чтобы разложить на разные цвета!
Таким образом все световые частоты пламени оказались бы отделёнными друг от друга. И можно было бы определить, какие из них были известны, а какие – нет.
Бунзен и Кирхгоф тогда ещё не знали, только что изобрели эмиссионную спектроскопию, за которую могли получить Нобелевскую премию, если бы дело происходило на полвека попозже. Они об этом даже не догадывались, поэтому сразу же приступили к попыткам обнаружения возможных новых элементов. И всего за каких-то жалких два года они открыли целых два таких элемента: цезий в 1860 году и рубидий в 1861 году. Оба названия происходят от цветов: небесно-голубой в случае с цезием и темно-красный в случае с рубидием.
Гори, гори ясно!
Чтобы обнаружить последний, настырные немцы жгли всё, что могло гореть. И в итоге спалили лежавшие еще со времён Наполеона в подвале 150 кг лепидолита. Это слюдоподобная порода, содержащая большое количество калия. Сегодня мы знаем, что в некоторых породах атомы калия заменены атомами лития, алюминия… и, как оказалось, рубидия.
Пламя горелки Бунзена было окрашено смесью цветов, но учёные пропустили этот свет через призму и увидели темно-красную спектральную линию, которая не соответствовала ни одному известному элементу.
Из-за цвета пламени исследователи назвали новый элемент рубидием. Вскоре они попытались выделить его в чистом виде. Или, по крайней мере, получить его соль, которая позволила бы определить некоторые его свойства, например, его атомную массу. Это у них получилось. Учёные получили хлорид рубидия (RbCl), что позволило установить плотность, температуру плавления и атомную массу рубидия. С поразительной точностью для своего времени.
Исследователи определили, что температура плавления рубидия довольно низкая для металла: около 39 градусов по Цельсию. Другими словами, рубидий твёрд при комнатной температуре. Но в солнечный день на крыше сарая он тает, как сливочный пломбир.
На свежем воздухе металл быстро окисляется с образованием оксида рубидия и различных перекисей. Его красивый металлический цвет сохраняется только при исключении такого контакта. Что делает рубидий абсолютно бесполезным для изготовления лопат и детских качелей. К тому же, рубидий довольно мягок. Пользы от него не было изначально никакой, и во времена Кирхгофа и Бунзена этот металл даже не считался чем-то большим, чем лабораторной диковинкой.
Он радиоактивен!
Однако в 1908 году был установлен интересный факт: оказалось, что рубидий – это слаборадиоактивный металл.
Когда это было обнаружено учёные ещё не понимали, почему рубидий радиоактивен. И, поскольку это была очень лёгкая радиоактивность, потребовалось много времени, чтобы выяснить точную причину явления. Оказалось, что рубидий на Земле представляет собой смесь двух изотопов. Одного стабильного и одного нестабильного. Рубидий-85 имеет 48 нейтронов и, конечно, 37 протонов, иначе это не был бы рубидий. И он стабилен. 72% земного рубидия – это рубидий-85.
Остальные 28% – это рубидий-87. В его атоме 50 нейтронов, и он нестабилен. Эта очень большая пропорция означает, что если бы рубидий был очень нестабильным металлом, он был бы чрезвычайно радиоактивным, а это не так. Кроме того, было бы невозможно поддерживать такой высокий процент нестабильного изотопа, если бы какой-то источник не производил его все время. А такого источника нет. На самом деле существуют, конечно, и другие радиоактивные изотопы рубидия. Но они имеют такие низкие периоды полураспада, что их нет в сколь-нибудь заметных количествах ни в одной породе.
Причина такого количества нестабильного рубидия в горных породах заключается в том, что его нестабильность очень незначительна. Да, в любой момент, поскольку атом рубидия нестабилен, он может распасться. Но как долго придётся ждать? (Внимание! Слабонервным беременным женщинам дальше лучше не читать!). В среднем нужно было бы подождать около 49,23 миллиарда лет!
Нет, это не опечатка. Период полураспада рубидия-87 более чем в 4 раза превышает срок жизни Вселенной. Это означает, что даже если бы Вы поймали в кулак атом рубидия ещё во времена Большого взрыва, то он, скорее всего, и сейчас продолжал бы смеяться Вам в лицо, когда Вы раскрывали бы ненадолго ладонь. Вот насколько стабилен этот нестабильный изотоп!
Как же тогда мы можем говорить о нестабильности, если Вселенная намного моложе периода полураспада рубидия-87? Дело тут вот в чём. В любом образце породы не один атом. Не два. Не даже тысяча. Атомов миллиарды, триллионы и даже квадриллионы. Это означает, что с каким-то из этих атомов произойдёт, увы, что-то очень маловероятное. Это как если бы вероятность того, что с миллионом людей что-то случится, составляет 0,0001%. То есть что-то произойдёт (обязательно) с одним из миллиона человек.
Рубидий-87 распадается с образованием стабильного стронция-87, превращая один из своих нейтронов в протон и испуская электрон и электронное антинейтрино. Это означает, что породы, содержащие рубидий, неизбежно также содержат небольшие количества стронция, и его количество медленно увеличивается с течением времени.
Откуда берётся рубидий-87, если в горных породах нет источников этого изотопа? Да оттуда же, откуда и рубидий-85, и почти все не слишком нестабильные изотопы тяжелее железа: из сверхновых.
Неуловимый Джо
— А почему его зовут Неуловимым Джо, Билл?
— Потому что его никто ещё не поймал, Гарри.
— А почему его никто ещё не поймал, Билл?
— Потому что он нафиг никому не нужен, Гарри.(Индейская народная мудрость).
Как было отмечено выше, рубидий долгое время не имел практического применения. На самом деле даже сегодня мы используем его в очень небольшом количестве. Всего от двух до четырёх тонн в год. Что ничтожно мало по сравнению практически с любым другим металлом. Отчасти это, конечно, происходит из-за того, что его трудно найти в высокой концентрации. Но также и потому, что этот металл не является жизненно необходимым ни для какой отрасли промышленности.
Это не означает, что мы прямо вот совсем не используем рубидий. Нет. Пару тонн металла всё же для чего-то производят. Он используется. Но в очень небольших количествах и для очень специфических целей.
Например, одним из наиболее широко используемых типов атомных часов являются рубидиевые, которые используют электронный переход, характерный для рубидия-87. В ходе этого процесса производится излучение очень точной частоты.
Рубидий-82, который очень быстро распадается, используется в процессе получения позитронов (античастица электрона), которые незаменимы для процедуры позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ).
Рубидий не играет никакой роли в биологических процессах. И не токсичен. Человеческое тело содержит около трети грамма рубидия. И воспринимает его почти так же, как калий. Это, между прочим, означает, что у Вас внутри также есть разумный процент рубидия-87. И что, по всей вероятности, какой-то атом рубидия-87, который был в Вашем теле, когда вы начали читать эту статью, за это время распался на стронций-87.
Это был атом, который оставался неизменным с тех пор, как миллиарды лет назад образовался внутри сверхновой…
Всем добра!
Сбор средств на отправку кинооператора на Луну
Категорически рекомендую:👇
Тем, кто умеет и любит читать*👇
Комментарии без ограничений доступны здесь.
Вход одним кликом с аккаунтом Яндекс!
*Реклама ООО Яндекс ИНН 7736207543
