Элементы: замечательный сон профессора Менделеева

Рубидий представляет собой один из щелочных металлов, населяющих первую группу Периодической системы. У всех щелочных металлов на внешнем (определяющем химические свойства) электронном уровне находится по одному электрону, который очень легко оторвать. Это делает щелочные металлы лёгкой добычей таких окислителей, как кислород, галогены или вода. Чем тяжелее щелочной металл, тем дальше единственный электрон внешнего слоя удалён от ядра, тем меньше электростатическое взаимодействие ядро атома – электрон, и тем проще его оторвать, то есть рубидий гораздо активнее лития и натрия и заметно активнее калия. Так, если натрий и калий, контактируя с воздухом, просто медленно окисляются, образуя на своей поверхности плёнку, являющуюся смесью пероксидов, гидроксидов и карбонатов, от контакта с воздухом рубидий может самопроизвольно возгораться, горя ярко-красным пламенем. Хранить металлический рубидий еще сложнее, чем натрий или калий.

Рубидий – элемент чрезвычайно ценный для геологов. Рубидий в земной коре состоит из двух изотопов – стабильного ⁸⁵Rb, на который приходится около 72 % и радиоактивного

⁸⁷Rb, период полураспада которого составляет 49.2 миллиарда лет (это примерно в 11 раз больше геологического возраста Земли или в 3,5 раза больше возраста нашей Вселенной). Радиоактивный ⁸⁷Rb претерпевает β-распад с образованием стабильного нуклида ⁸⁷

Sr. Этот процесс позволяет геологам проводить датировку минералов и горных пород, измеряя соотношение радиоактивного рубидия и продукта его распада.

Рубидий можно назвать «металлом-брахманом», его практически невозможно найти в повседневно окружающих нас технологиях, однако в исследованиях, в особенности в получении знаний чистой теоретической физики, он незаменим. Рубидий используется в атомных часах (хотя атомные цезиевые атомные часы точнее, рубидиевые компактнее и проще устроены). Работа рубидиевых атомных часов основана на переходе между двумя сверхтонкими энергетическими уровнями нуклида ⁸⁷Rb. За год ошибка хода рубидиевых атомных часов составляет не более 50 миллисекунд.

Рубидий также применяется для изучения необычных свойств такого агрегатного состояния материи, как конденсат Бозе-Эйнштейна. В этом состоянии материал охлажден до температур, близких к абсолютному нулю. Сильное охлаждение приводит к тому, что достаточно большое число атомов оказывается в своих минимально возможных квантовых состояниях и квантовые эффекты начинают проявляться на макроскопическом уровне. Теоретически существование такой формы материи было предсказано в 1925 году Альбертом Эйнштейном на основе работ индийского физика Шатьендраната Бозе. До конца XX века проверить теорию не было возможности – не существовало технологий, способных охладить вещество до таких температур. Первый конденсат Бозе-Эйнштейна был получен в 1985 году Эриком Корнеллом и Карлом Виманом из Университета Колорадо. Исследователи использовали газ из атомов рубидия ⁸⁷Rb, охлаждённый до 1,7×10

⁻⁷ К. За этот прорыв им была присуждена Нобелевская премия по физике 2001 года.

Рубидий не представляет особой опасности для человека – все его соединения хорошо растворимы и быстро выводятся. Хлорид рубидия применяли для изучения транспорта ионов калия по организму человека – при его введении в органы обмен веществ пускает его по тем же дорожкам, что и калий, и, отслеживая перемещения ионов рубидия, можно было составить представление о том, как перемещается калий. Тенденция накопления ионов калия опухолевыми клетками позволила разработать способ локализации опухолей мозга с помощью радиоактивного нуклида ⁸²Rb. В 1970-е годы проводились исследования на тему, можно ли использовать хлорид рубидия как антидепрессант для человека (на обезьян он действовал именно так), однако единственное, что удалось выяснить – то, что 23 грамма рубидия (в составе хлорида), которые принимали добровольные участники эксперимента в течение 75 дней, не вызвали в их организме никаких побочных эффектов.

38. Стронций

Моё близкое знакомство с соединениями стронция состоялось в 2011 году, когда я заживлял перелом лодыжки. Хирург, который «вёл» меня, сказал примерно то, что я знал и сам – стронций будут включаться в состав растущей костной ткани также успешно, как кальций, но, не подходя по размеру кальциевым клеточным каналам, не станет причиной развития некоторых побочных эффектов. Теоретически про возможность встраивания стронция в костную ткань, и чем это может грозить, я знал где-то с 1986 года.