» » Применение рубидия и цезия и их соединений
28.04.2015

В течение длительного периода, прошедшего со времени открытия рубидия (1861 г.) и цезия (1860 г.), вплоть до тридцатых годов XX столетия, рубидий, цезий и их соединения почти не имели определенных областей применения и представляли преимущественно научный интерес.
В настоящее время рубидий, цезий и их соединения находят применение в электронике, радио-, электро- и рентгенотехнике, катализе, оптике и медицине.
Электроника в настоящее время является одной из наиболее важных областей применения металлических рубидия и цезия. Особое значение приобрело использование этих металлов в производстве фотоэлементов благодаря способности атомов рубидия и цезия под действием световых волн легко ионизироваться с испусканием электронов (явление фотоэффекта). Наиболее широкое распространение в технике получили цезиевые фотоэлементы, они обладают вышкой чувствительностью, минимумом инерции, чем значительно превосходят селеновые фотоэлементы, ранее пользовавшиеся наибольшей известностью.
Особо чувствительные фотоэлементы обычно имеют смешанные фотокатоды, дающие максимальную электронную эмиссию; поэтому в последнее время шире других применяются фотоэлементы с кислородносеребряноцезиевым или сурьмяноцезиевыми катодами. Они воспринимают волны не только видимой части спектра, но также инфракрасной (первый тип катодов) и ультрафиолетовой (второй тип катодов). Фотоэлементы с такими катодами применяются в современных установках по автоматизации производственных процессов, обеспечивают регулирование осветительных систем, ночной сигнализации и различной прецизионный контроль в промышленности.
Фотоэлементы являются также неотъемлемой принадлежностью звукового кино и телевидения и широко используются в радиолокации, в аппаратах связи и устройствах, применяемых техникой безопасности.
Хорошо известно применение фотоэлементов в фотоколориметрах для количественного анализа, в фотометрах для спектрального и рентгеновского анализа и других целей фотометрии, например для определения температуры различных источников света.
Помимо указанных смешанных фотокатодов возможно использовать и другие сочетания щелочных металлов с металлом-носителем, например с висмутом, теллуром и другими, и иногда получать селективный эффект. Примером могут служить фотокатоды, состав которых отвечает Rb2Te или Cs2Te, наиболее чувствительные к ультрафиолетовым лучам.
В радиотехнике использование рубидия и цезия определяется прежде всего высокой химической активностью этих металлов, их способностью поглощать газы. В качестве газопоглотителей (геттеров) рубидий и цезий находят применение в различных вакуумных приборах. Будучи введены, например, в вакуумные лампы, рубидий и цезий поглощают следы воздуха и одновременно создают положительные ионы на нитях накала.
Наибольшее значение для этих целей имеет металлический цезий. Ho наряду с ним для удаления последних следов воздуха из вакуумных ламп применяются также его двойные сплавы, например с кальцием, стронцием или барием, или тройной сплав с барием и алюминием. Эти сплавы устойчивее чистого металла и их удобнее использовать.
Следует заметить, что в настоящее время помимо перечисленных изучены сплавы рубидия и цезия с другими щелочными металлами, ртутью, кадмием, сурьмой, висмутом, теллуром и благородными металлами. Почти все они воспламеняются на воздухе (в этом трудность сплавления и обработки), однако у сплавов химическая активность все же ниже, чем у чистых рубидия и цезия. Поэтому сплавы, очевидно, позволят преодолеть затруднения, связанные с применением этих металлов в чистом виде, и тем самым расширить области их использования.
В электротехнике рубидий и цезий применяются в производстве светящихся трубок, содержащих инертные газы при пониженном давлении. При изготовлении светящихся разрядных трубок рубидий и цезий вводят в состав люминесцентных веществ в виде метацирконатов (Ме2ZrO3) или ортостаннатов (Me4SnO4).
Новой возможностью использования рубидия и цезия в электротехнике может явиться применение их гидроокисей в аккумуляторах в качестве частичных или полных заменителей NaOH и КОН; уже частичная замена подобного рода делает работу этих батарей эффективной даже при -50°.
В рентгенотехнике соединения рубидия и цезия применяются для увеличения адсорбции рентгеновых лучей экранами из ZnS, с этой целью применяют добавки галогенидов (лучшие результаты дает CsJ). Рубидий и цезий могут также применяться для изготовления некоторых специальных рентгеновских трубок.
Каталитическая активность соединений рубидия и цезия изучалась давно и сейчас установлена возможность использования их в процессах получения аммиака, серной кислоты и в органическом синтезе. Изучавшиеся в последние годы реакции типа
Применение рубидия и цезия и их соединений

а также возможность успешного использования цезия и его соединений в синтезе бутилового спирта, муравьиной кислоты и в различных реакциях дегидрогенизации, указывают на перспективность применения в катализе цезия и его производных.
В ряде синтезов наряду с цезием и его соединениями можно использовать рубидий и его соединения. Так, гидроокиси или карбонаты рубидия и цезия являются катализаторами для получения синтетической нефти («синтола») из водяного газа и способствуют повышению выхода маслянистых продуктов; окислы или карбонаты рубидия и цезия применяются в катализаторах для синтеза стирола из этилбензола, являясь промотирующими соединениями. Металлические рубидий и цезий рекомендованы в качестве катализаторов для реакции гидрогенизации бензола (с получением циклогексана), а также других ароматических углеводородов (с получением циклоалифатических соединений); рубидий и цезий находят применение также в реакциях полимеризации при производстве синтетического каучука.
Большое будущее в катализе, вероятно, будет принадлежать рубидию и его соединениям. Рубидиевые квасцы или некоторые другие соединения (за исключением галогенидов) в отдельности или в смешанных катализаторах применяют в процессах синтеза бутадиена из бутиленовой фракции нефти (производство синтетического каучука): промотируя катализатор (окись железа), соли рубидия, по сравнению с солями калия, вдвое увеличивают скорость реакции, повышают селективность и устойчивость катализатора. Такое же действие оказывает ацетат рубидия в катализаторах для синтеза метанола и высших спиртов из водяного газа. Гидроокись рубидия в качестве промотора значительно улучшает процесс синтеза метанола и этанола из того же сырья. Карбонат рубидия или его гидроокись в бензольном растворе применимы как катализаторы-инициаторы, устраняющие инерцию в реакциях полимеризации аминокислот при производстве синтетических полипептидов. Таким образом, высокая каталитическая активность рубидия в самых разнообразных химических реакциях не подлежит сомнению.
В оптике применяются лишь соединения цезия. К ним относятся CsJ и CsBr, из кристаллов которых изготовляются призмы, используемые при измерении частот колебаний в далекой инфракрасной области спектра. Призма из CsJ или CsBr в инфракрасном спектрометре позволяет снимать спектры некоторых молекул в области 25—30 мк. С помощью других материалов подобные результаты пока достигнуты быть не могут. Применение солей цезия в инфракрасной спектрометрии считается за рубежом одной из важнейших областей их использования.
Медицина долгое время была единственной областью применения соединений рубидия и цезия. Соединения рубидия (RbBr, RbJ) использовались в качестве снотворных, болеутоляющих средств и для лечения эпилепсии и сифилиса, а соединения цезия — для лечения язвенных заболеваний, шоков и дифтерии. В настоящее время для медицины наибольший интерес представляет радиоактивный изотоп цезия (Cs137); он является у-излучателем и применяется в радиотерапии наряду с Co60 для лечения злокачественных опухолей.
Приведенные выше сведения по применению рубидия и цезия не должны рассматриваться как ичерпывающие. Они лишь дают представление о существующих областях использования этих металлов и их соединений. Ho в настоящее время во всем мире производятся исследования по изысканию новых направлений их использования; при этом высказываются соображения, что уже в ближайшее время важнейшими потребителями обоих редких элементов станут производство стекла и керамики, ядерная энергетика и ряд других областей новейшей техники.
В настоящее время производство рубидия и его соединений за рубежом осуществляется главным образом в США и ФРГ. Металлический рубидий получают в США на заводах компаний Де Реуол Интернейшнл Рейр Метал, Фейермонт Кемикле и А.Д. Макей; в ФРГ рубидий получают в Дармштадте. Производством цезия и его соединений в США (основной производящей и потребляющей цезий стране) занимаются 6 компаний. Среди них ведущее место занимает Дженерал Электрик и Фут Минерал.
Производство ряда солей рубидия и цезия (карбонатов, сульфатов хлоридов, фторидов) осуществляется в США фирмой Америкэн поташ энд кемиклс корпорейшн (Лос-Анжелос, шт. Калифорния), являющейся крупным производителем солей лития, и ее филиалами — фирмами Америкэн литиум кемиклс и Сан-Антонио кемиклс, а также фирмой Бикита минерале, причем фирма Сан-Антонио кемиклс выделяет смесь карбонатов всех щелочных элементов («алькарб») из отходов производства гидроокиси лития (отработанных щелоков) фирмы Америкэн литиум кемиклс. Из этой смеси получают и другие продукты. Большая часть карбонатов после переработки идет на нужды электроники.
Помимо солей, выпускаемых в США, в ФРГ получают еще бромиды, йодиды, нитраты и гидроокиси рубидия и цезия, а также хромат и бихромат цезия. При этом организовано производство очень чистых солей цезия для получения монокристаллов, используемых при изготовлении призм для инфракрасной спектроскопии.
Однако несмотря на безусловно возрастающее значение рубидия и цезия в современной технике, размеры их потребления (особенно рубидия) пока много ниже возможностей производства и поэтому изыскание новых областей применения цезия и особенно рубидия имеет важное значение.