铷

质地柔软具有银白色光泽的碱金属元素,原子序数37,以化合物状态少量地存在于许多矿物、矿泉水以及许多植物的灰中,通常伴有更少量的铯,金属铷由电解或化学还原铷的化合物制得,它剧烈地使水分解——元素符号Rb。质软而轻，其化学性质比钾活泼。在光的作用下易放出电子。遇水起剧烈作用，生成氢气和氢氧化铷。易与氧作用生成氧化物。由于遇水反应放出大量热，所以可使氢气立即燃烧。纯金属铷通常存储于密封的玻璃安瓿瓶中。

中文名：铷

外文名：rubidium

元素符号：Rb

原子量：85.4678

元素类型：金属元素

原子序数：37

发现人：本生、基尔霍夫

原子量：85.4678

熔点：312.45K

CAS：登录号：7440-17-7

EINECS：号：231-126-6

族：ⅠA—碱金属

密度：1.532克/立方厘米

1、发现历程

铷

十九世纪五十年代的开头，住在汉堡城里的德国化学家本生（RobertBunsen)，发明了一种燃烧煤气的灯，这种本生灯现在在我们的化学实验室里还随处可见。他试着把各种物质放到这种灯的高温火焰里，看看它们在火焰里究竟有什么变化。

变化果真是有的！火焰本来几乎是无色的，可是当含钠的物质放进去时，火焰却变成了黄色；含钾的物质放进去时，火焰又变成了紫色……连续多次的实验使本生相信，他已经找到了一种新的化学分析的方法。这种方法不需要复杂的试验设备，不需要试管、量杯和试剂，而只要根据物质在高温无色火焰中发出的彩色信号，就能知道这种物质里含有什么样的化学成分。

但是，进一步的试验却使本生感到烦恼了，因为有些物质的火焰几乎亮着同样颜色的光辉，单凭肉眼根本没法把它们分辨清楚。

这时，住在同一城市里的研究物理学的基尔霍夫(GustavRobertKirchhopp)决心帮本生的忙。他想既然太阳光通过三棱镜能够分解成为由七种颜色组成的光谱，那为什么不可以用这个简单的玻璃块来分辨一下高温火焰里那些物质所发出的彩色信号呢？

基尔霍夫把自己的想法告诉了本生，并把自己研制的一种仪器——分光镜交给了他。

他们把各种物质放到火焰上去，叫物质变成炽热的蒸气，由这蒸气发出来的光，通过分光镜之后，果然分解成为由一些分散的彩色线条组成的光谱——线光谱。蒸气成份里有什么元素，线光谱中就会出现这种元素所特有的跟别的元素不同的色线：钾蒸气的光谱里有两条红线，一条紫线；钠蒸气有两条挨得很近的黄线；锂的光谱是由一条亮的红线和一条较暗的橙线组成的；铜蒸气有好几条光谱线，其中最亮的是两条黄线和一条橙线，等等。

这样就给人们找到了一种可靠的探索和分析物质成份的方法——光谱分析法。光谱分析法的灵敏度很高，能够“察觉”出几百万分之一克甚至几十亿分之一克的不管哪一种元素。

分光镜扩大了人们的视野。你把分光镜放在光线的过道上，谱线将毫无差错地告诉你发出这种光线的物质的化学元素的成分是什么。

本生拿着分光镜研究过很多物质。在1861年，他在一种矿泉水里和锂云母矿石中，发现了一种产生红色光谱线的未知元素。这个新发现的元素就用它的光谱线的颜色铷来命名（在拉丁语里，铷的含意是深红色）。

铷的发现，是用光谱分析法研究分析物质元素成分取得的第一个胜利

2、矿藏分布

铷在地壳中很分散，至今还没有发现单纯的铷矿物。铷常常分散在锂云母、黑云母、铯榴石和盐矿层中。锂云母中铷的含量可达3.75％，是提取铷的主要矿源。光卤石中铷含量虽然不高，但储量很大。海水中含铷约0.121克／吨,很多矿泉水、盐湖卤水中也含有较多的铷。

内蒙古探明一超大型铷矿氧化铷储量87.36万吨。

这一超大型铷矿位于内蒙古锡林郭勒盟白音锡勒牧场东北约15公里处，初步探明氧化铷储量达87.36万吨，主矿种为铷，并伴生锂、钨、锡、铌、钽、铍等元素。含矿岩体为钠长石化、云英岩化中细粒花岗岩，含矿岩体规模大，形态简单，呈壳型分布。通过地表填图及少量工程控制，总矿化面积可达3平方千米，主元素铷品位变化稳定且矿化连续。通过少量钻探工程控制，矿化深度为33.4~135.7米，铷的品位在0.10%~0.38%之间，平均品位为0.14%。根据中国国土资源部颁布的《稀有金属矿产地质勘查规范》标准划分，铷金属氧化物量大于2000吨的即划归为大型矿床。

3、金属铷制取

铷

铷化合物被还原或热分解成金属的过程。金属铷是性质活泼的碱金属，暴露在空气中会燃烧，遇水会爆炸。在165K能分解冰，加热到573K时能置换出玻璃中的硅。因此，金属铷的制取操作必须始终在矿物油或惰性气体保护下或在真空中进行。金属铷的制取方法有电解法、热分解法和金属热还原法。

电解法

在由石墨阳极和铁阴极组成的电解槽内电解熔融氯化铷是本森(Bunsen)和契尔科夫(Krichhoff)首次制得金属铷的方法。也可以先从以汞作阴极的熔体中电解得到铷汞齐，再从铷汞齐中回收金属铷。另外，也可用电解溴化铷一溴化铝的硝基苯熔体而得到金属铷。铷熔盐电解最适当的电解质体系是卤化物体系。由于金属铷的沸点低，卤化物熔点高，一般需向卤化物中加入能降低电解质熔点的助熔物质。铷的活性强，使金属收集复杂化，且金属损失大，此法未获广泛应用。

热分解法

热分解法是制取少量高纯金属铷的一种方法。用叠氮酸中和碳酸铷，或用叠氮化钡和硫酸铷溶液进行反应而制得叠氮化铷。叠氮化铷性质稳定，加热时容易离解，在583K温度左右分解放出氮。将叠氮化铷在10Pa真空压力约773K温度下进行热分解，即可得到不含气体的光谱纯金属铷。热分解反应为：2RbN3=3N2+2Rb

另外，也可采用氢化铷热分解制取金属铷。

金属热还原法

金属热还原法是制取金属铷的最简便方法。以氢氧化铷、碳酸铷、卤化铷、硫酸铷、铬酸铷和硝酸铷作原料，用强还原性金属如锂、钠、钙、镁、锆、铝或硅等作还原剂，在高温下还原。还原在惰性气氛中进行，然后用真空蒸馏法将铷由反应带中移出。金属铷蒸气在真空抽力下引导至冷凝部位，冷凝成液滴后流入收集器中。最好的金属热还原方法是用金属钙真空热还原氯化铷。

金属钙真空热还原氯化铷在不锈钢反应管内进行。将不锈钢反应管及其他器皿清洗洁净，连续收集器后于423K下烘干2h。氯化铷于423K下烘干2h后与过量200％～300％的钙屑或钙粉充分混合，装入反应皿中。将盛混合料的反应皿放入反应管内，连接真空系统并抽真空至1Pa，然后将混合料缓慢加热至973K左右，恒温0.5～1.0h，混合料中90％以上的氯化铷被还原成金属铷。还原反应为：2RbCl+Ca=CaCl2+2Rb

还原产出的金属铷即呈蒸气状态，由真空抽力引导至冷凝带冷凝成液滴，流入收集器中。反应完毕，收集器经烧封后即可得到银白色金属铷。还原产出的金属铷在真空中于573K下经再蒸馏，可进一步除去杂质，获得纯度更高的产品。

用镁还原碳酸铷粉亦可制得金属铷。反应为：Rb2CO3+3Mg=3MgO+C+2Rb

在真空中于1073K下用钠还原锂云母可得到含有钠、钾、铷和铯的碱金属合金。由于铷和铯的蒸气压在相同温度下远大于钠和钾，在真空下蒸馏，钠、钾容易与铷、铯分离。也可用蒸馏法来分离铷和铯。

4、生产实例

从锂云母的石灰法提锂母液中萃取铷是美国橡树岭实验室于1965年提出的，由锂云母提锂母液得到的碱金属混合碳酸盐(alkarb)溶液，在pH13.5时用BAMBP联合萃取铷和铯，然后从负载有机相中选择反萃铷，可能是从混合碱溶液萃取分离铷、铯较为理想的方法。中国于1983年从锂云母的石灰法提锂、钾母液萃取铯的萃余液中，用t-BAMBP进行了萃取铷的中间工厂试验。水相料液(铯萃余液)组成如表1，有机相由1.3mol/Lt-BAMBP-2/3二乙苯+1/3磺化煤油组成，在箱式混合澄清器中进行分馏萃取(图)。混合室尺寸为60mm×60mm×120mm，澄清室为60mm×180mm×120mm。萃取九级，以纯水洗涤八级，洗后负载有机相以含盐酸0.8mol/L的溶液反萃取七级，流比为有机相：水相：洗液：反萃取剂=3.19：1.0：0.9：0.49，相应流量(mL/min)为104.32、32.73、29.32、15.9l，铷萃取率为96.41％。氯、化铷反萃液送蒸发结晶，母液返回下一批反萃液蒸发。结晶体在723K温度下焙烧2h，得到氯化铷产品。产品纯度按16项杂质减量为99.94％(表2)，碱金属杂质总量为0.0355％，其他12项杂质含量均甚微。中国自1984年进行批量生产以来，有机相经长期循环使用，未发现明显的化学退化现象。

5、铷的储存

铷的化学性质与钾相似，但比钾活泼，在室温和空气中能自燃，因此必须在严密隔绝空气情况下保存在液体石蜡中。

6、物化性质

物理性质

铷

铷金属是银白色，它是第4个最轻的金属。纯铯为银白色，由于痕量O2会引起表面变化，并会导致金属呈金黄色。铷金属质软，具有延展性、熔点低。铷金属的熔点分别为39℃和28.5℃。在室温下可以是液体。它们的沸点分别为688℃和705℃（或696℃和670℃），铷是碱金属中熔点低、挥发性大和密度也很低的稀碱金属，在20℃时铷金属的密度分别为1.53和1.87（1.90）g·cm－3。其导电性和导热性是所有已知材料中最好的，而电离电位原则是各族元素中最低的。铷最明显的物理性质是具有独特的光电效应，光电阈（引起电子辐射最长的波长）最大，分别为0.73μm和0.8μm，位于光谱的长波区域。电子逸出功（激发金属电子时所赋预的能量）最小，分别为2.09eV和1.8eV，从可见光到红外光谱线、紫外光谱线，均能有效地观察到电离放出电子。

化学性质

铷金属的化学活泼性很强。在氧及空气中能自然，与水反应特别剧烈，甚至在－100℃时反应仍能很快进行，室温下便能引起燃烧爆炸。铷与所有非金属元素（氮除外）都能作用。在氟和氯气中燃烧，与液体溴反应时发生爆炸，将其加热后能与碘作用。与磷及硫作用时能引起爆炸，在450℃时能与氢作用。从300℃开始，铷即能使玻璃分解而析出硅，在室温下不与氮化合。铷有机化合物的化学活性很强，可生成各种烃基化合物及芳基化合物，对有机合成很有用。铷可与碱金属、碱土金属以及汞、锑、铋、金等形成合金。金属态的铷是最强的还原剂。在化合态时它们的金属离子在所有阳离子中最稳定。铷与其他的碱金属反应，特别是与钾和铯非常相似。铷在空气中燃烧产生蓝紫色的火焰。与水剧烈反应释放出氢气。如果有氧或空气存在，会自动爆炸。同其他的碱金属一样，铷与低级醇发生剧烈反应。与卤素、氧化剂和卤代烃反应猛烈。它也能与聚四氟乙烯反应。已知的铷有4种氧化物：黄色的一氧化二铷Rb2O，暗褐色的过氧化铷Rb2O2，黑色的三氧化二铷Rb2O3和暗橙色的超氧化铷RbO2。商品铷的氧化物一般是这4种氧化物的混合物。铷的碱性仅次于铯，铷是第二个最强的Lewis碱。铷与锑、铋、镉、钴、铜、铁、铅、锰、汞、镍、钍和锌形成双卤化物盐，这些复盐一般不溶于水，也不吸潮。铷的乙酸盐、溴化物、碳酸盐、氯化物、铬酸盐、氟化物、甲酸盐、氢氧化物、碘化物、硝酸盐和硫酸盐都是易溶的铷化物。这些化合物一般都吸潮。铷的化学实质上是限于Rb(I)离子性化合物，尽管铷可以与醚，硫醉和胺配体形成许多螯合物，但金属－碳键实质上并不存在。

同位素

具有相同的原子序数而质量数不同的铷原子的总称。铷有天然存在的同位素，天然铷由两种同位素组成，即稳定的85Rb和放射性的87Rb，后者占总量的27．85％。铷有多种人工产出的放射性同位素。

铷的人工放射性同位素是铀在原子反应堆中裂变形成的，已经生产过81Rb到87Rb。质量数85以下的放射性同位素大多数呈β+(positron)辐射衰变；质量数大于85的同位素则主要呈β-辐射衰变。多数同位素的半衰期都较短。

天然放射性同位素87Rb为β-辐射衰变，半衰期长达6．1×1010a，放出热量9．96×10-4J／a。核反应87Rb--87Sr+β-常用来确定含铷矿物的年龄。世界锶量的1％是由87Rb衰变形成的。通过测定Sr与Rb之比即可确定该矿物的年龄。这种方法很适用于确定古老矿物的年龄。铷的放射性同位素列于表中。

一些化学反应方程式如下：

7、毒性与安全

生理学买验指出铷可以在血液、体液和组织中与钾进行交换，医学和毒物学文献指出，铷化合物的毒性很低，在许多情况下铷化合物对身体的危害与某些阴离子如－OH，－F密切相关程度远胜于铷本身。在处理干的铷盐时，尤其是氢氧化铷，氧化铷和氟化铷的时候，建议进行局部通风和使用防尘口罩。动物皮肤试验表明，5%RbOH溶液对完好的皮肤没有刺激作用。然而对于有损伤的皮肤有轻微的刺激。用1％RbOH和5%RbI溶液对组织，尤其是眼睛有严重的腐蚀性。金属铷对组织有强烈的腐蚀作用，只有在具有完善的个人防护和惰性气氛下进行操作，金属铷与水、冰、水蒸气、低分子量的醇和卤代烃剧烈反应。假如可以燃烧的有机液体和蒸汽也存在的话，在有空气和湿气存在下，铷可以成为着火源。铷在有氧气存在下自动燃烧，当暴露在空气中的时候迅速失去光泽，燃烧的铷只能用干粉末进行灭火，如白云岩和碳酸钠。加热某些化合物会放出有毒的气体，如高氯酸铷是具有刺激性的物质。Cs放射性同位素在商业上的重要价值是用在加工控制仪器和污水淤泥的消毒方面，其半衰期为30年。由于它对生物体的严重危害性需要很好地屏蔽。

呼吸系统防护：一般不需要特殊防护，但建议特殊情况下，佩戴自吸过滤式防尘口罩。

眼睛防护：戴化学安全防护眼镜。

身体防护：穿化学防护服。

手防护：戴橡胶手套。

其它：工作现场严禁吸烟。注意个人清洁卫生。

8、应用价值

铷的用途和铯大致相同，但铷光电池和光阴极的灵敏度以及使用范围稍逊于铯。铷和钾、钠、铯的合金可用以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，用作固体电池电解质。铷的特征共振频率为6835兆赫，可用作时间标准。铷原子钟的特点是体积小，重量轻，需要的功率小。用铷气泡制成的磁强计，测量范围达15000～80000伽马(1伽马为10-9特斯拉)。氧化铷可用以调整光学玻璃的密度和折射率，并可用来生产光敏玻璃和光色玻璃。硝酸铷还可用作化学钢化玻璃的熔剂，以提高玻璃的抗张强度。铸铝合金中加入0.01～1％的铷，可以改善其力学性能。熔化的铜中加入0.01～0.5％的铷，用喷雾法可制得表面积大而性能好的铜粉。很多有机和无机合成中，可以用Rb2O代替K2O作助催化剂的组分。铷盐还可用于制药。

金属铷由于活性大，生产、使用、贮存和运输必须在严密隔绝空气的装置中进行。80℃以下可用橡胶容器；200℃以下可用玻璃、石英、黄铜、铝或陶瓷容器；700～1000℃须用不锈钢、镍合金或镍制容器。

铷钟

铷

铷钟又被称为铷原子钟，铷钟的工作原理与其他原子钟一致，均是使用能级跃迁理论来测定时间：原子是按照围绕在原子核周围不同电子层的能量差，来吸收或释放电磁能量的。这里电磁能量是不连续的。当原子从一个高“能量态”跃迁至低的“能量态”时，它便会释放电磁波。这种电磁波特征频率是固定的，这也就是人们所说的共振频率。通过以这种共振频率为节拍器，原子钟可以来测定时间。例如：假定特定原子的共振频率为1000Hz，则该原子能级跃迁时释放的电磁波振动1000次的时间即为1秒。　　

目前市场上的原子钟产品共分为三大类：铷钟、铯钟和氢钟。铯钟和氢钟精度较高，价格昂贵，往往应用在国防卫星，科研计量等领域，较少被应用在民用生产测试，研发制造等方面。铷钟具有短期稳定性高，体积小巧，便于携带的特点，并且价格合适，非常适合于在各个领域使用。