Rubid - Rubidium

Rubid,  ₃₇ Rb

Rubid
Wymowa	/ R ù b ɪ d I ə m / ( roo- BID -ee-əm )
Wygląd zewnętrzny	szaro-biały
Standardowa masa atomowa A r, std (Rb)	85.4678(3)
Rubid w układzie okresowym
Wodór Hel Lit Beryl Bor Węgiel Azot Tlen Fluor Neon Sód Magnez Aluminium Krzem Fosfor Siarka Chlor Argon Potas Wapń Skand Tytan Wanad Chrom Mangan Żelazo Kobalt Nikiel Miedź Cynk Gal German Arsen Selen Brom Krypton Rubid Stront Itr Cyrkon Niob Molibden Technet Ruten Rod Paladium Srebro Kadm Ind Cyna Antymon Tellur Jod Ksenon Cez Bar Lantan Cer Prazeodym Neodym promet Samar Europ Gadolin Terb Dysproz Holmium Erb Tul Iterb Lutet Hafn Tantal Wolfram Ren Osm Iryd Platyna Złoto Rtęć (pierwiastek) Tal Ołów Bizmut Polon Astatin Radon Francium Rad Aktyn Tor Protaktyn Uran Neptun Pluton Ameryk Kiur Berkel Kaliforn Einsteina Ferm Mendelew Nobel Wawrzyńca Rutherford Dubniu Seaborgium Bohrium Hass Meitnerium Darmsztadt Rentgen Kopernik Nihon Flerow Moskwa Livermorium Tennessine Oganesson K ↑ Rb ↓ Cs krypton ← rubid → stront
Liczba atomowa ( Z )	37
Grupa	grupa 1: wodór i metale alkaliczne
Okres	okres 5
Blok	s-blok
Konfiguracja elektronów	[ Kr ] 5s 1
Elektrony na powłokę	2, 8, 18, 8, 1
Właściwości fizyczne
Faza w  STP	solidny
Temperatura topnienia	312,45  K (39,30 °C, ​102,74 °F)
Temperatura wrzenia	961 K ​(688 °C, ​1270 °F)
Gęstość (w pobliżu  rt )	1,532 g/cm 3
w stanie ciekłym (przy  mp )	1,46 g / cm 3
Potrójny punkt	312,41 tys. kPa
Punkt krytyczny	2093 K, 16 MPa (ekstrapolowany)
Ciepło stapiania	2,19  kJ/mol
Ciepło parowania	69 kJ/mol
Molowa pojemność cieplna	31,060 J/(mol·K)
Ciśnienie pary P  (Pa) 1 10 100 1 tys 10 tys 100 tys w  T  (K) 434 486 552 641 769 958
Właściwości atomowe
Stany utleniania	-1, +1 (silnie zasadowy tlenek)
Elektroujemność	Skala Paulinga: 0,82
Energie jonizacji
Promień atomowy	empiryczny: 248  pm
Promień kowalencyjny	220±9 pm
Promień Van der Waalsa	303 po południu
Linie widmowe rubidu
Inne właściwości
Naturalne występowanie	pierwotny
Struktura krystaliczna	Ciało skoncentrowane sześcienny (BCC)
Prędkość dźwięku cienki pręt	1300 m/s (przy 20 °C)
Rozszerzalność termiczna	90 µm/(m⋅K) (w temperaturze  pokojowej )
Przewodność cieplna	58,2 W/(m⋅K)
Rezystancja	128 nΩ⋅m (przy 20 °C)
Zamawianie magnetyczne	paramagnetyczny
Molowa podatność magnetyczna	+17,0 × 10 -6  cm 3 /mol (303 K)
Moduł Younga	2,4 GPa
Moduł objętościowy	2,5 GPa
Twardość Mohsa	0,3
Twardość Brinella	0,216 MPa
Numer CAS	7440-17-7
Historia
Odkrycie	Robert Bunsen i Gustav Kirchhoff (1861)
Pierwsza izolacja	George de Hevesy
Główne izotopy rubidu
Izotop Obfitość Okres półtrwania ( t 1/2 ) Tryb zaniku Produkt 83 Rb syn 86,2 d ε 83 kr γ – 84 Rb syn 32,9 dnia ε 84 kr β + 84 kr γ – β − 84 Sr 85 Rb 72,17% stabilny 86 Rb syn 18,7 dnia β − 86 Sr γ – 87 Rb 27,83% 4,88 × 10 10  lat β − 87 Sr
Kategoria: Rubid pogląd rozmowa edytować | Bibliografia

Rubid to pierwiastek chemiczny o symbolu Rb i liczbie atomowej 37. Rubid to bardzo miękki, srebrzystobiały metal z grupy metali alkalicznych . Metaliczny rubid ma podobieństwa do metalicznego potasu i cezu pod względem wyglądu fizycznego, miękkości i przewodności. Rubid nie może być przechowywany w atmosferze tlenu , ponieważ dochodzi do wysoce egzotermicznej reakcji, czasami nawet powodującej zapalenie się metalu.

Rubid jest pierwszym metalem alkalicznym w grupie, który ma gęstość wyższą niż woda , więc tonie, w przeciwieństwie do metali znajdujących się nad nim w grupie. Rubid ma standardową masę atomową 85,4678. Na Ziemi naturalny rubid składa się z dwóch izotopów : 72% to stabilny izotop ⁸⁵ Rb, a 28% jest lekko radioaktywny ⁸⁷ Rb, z okresem półtrwania 48,8 miliarda lat — ponad trzy razy dłuższym niż szacowany wiek wszechświata .

Niemieccy chemicy Robert Bunsen i Gustav Kirchhoff odkryli rubid w 1861 roku za pomocą nowo opracowanej techniki spektroskopii płomieniowej . Nazwa pochodzi od łacińskiego słowa rubidus , oznaczającego głęboką czerwień, kolor widma emisyjnego. Związki rubidu mają różne zastosowania chemiczne i elektroniczne. Metaliczny rubid łatwo odparowuje i ma dogodny zakres absorpcji spektralnej, co sprawia, że ​​jest częstym celem laserowej manipulacji atomami . Rubid nie jest znanym składnikiem odżywczym żadnych żywych organizmów . Jednak jony rubidu mają podobne właściwości i taki sam ładunek jak jony potasu i są aktywnie pobierane i traktowane w podobny sposób przez komórki zwierzęce .

Charakterystyka

Rubid to bardzo miękki, ciągliwy , srebrzystobiały metal. Jest drugim najbardziej elektrododatnim ze stabilnych metali alkalicznych i topi się w temperaturze 39,3 ° C (102,7 ° F). Podobnie jak inne metale alkaliczne, metaliczny rubid reaguje gwałtownie z wodą. Podobnie jak w przypadku potasu (który jest nieco mniej reaktywny) i cezu (który jest nieco bardziej reaktywny), ta reakcja jest zwykle wystarczająco energiczna, aby zapalić wytwarzany przez nią gazowy wodór . Doniesiono również, że rubid zapala się samorzutnie w powietrzu. Tworzy amalgamaty z rtęcią i stopami ze złotem , żelazem , cezem , sodem i potasem , ale nie litem (chociaż rubid i lit należą do tej samej grupy).

Rubid ma bardzo niską energię jonizacji, wynoszącą zaledwie 406 kJ/mol. Rubid i potas wykazują w teście płomienia bardzo podobny fioletowy kolor , a rozróżnienie tych dwóch pierwiastków wymaga bardziej wyrafinowanych analiz, takich jak spektroskopia.

Związki

Chlorek rubidu (RbCl) jest prawdopodobnie najczęściej używanym związkiem rubidu: wśród kilku innych chlorków jest używany do indukowania pobierania DNA przez żywe komórki ; jest również używany jako biomarker, ponieważ w naturze występuje tylko w niewielkich ilościach w organizmach żywych, a gdy jest obecny, zastępuje potas. Innymi powszechnymi związkami rubidu są korozyjny wodorotlenek rubidu (RbOH), materiał wyjściowy dla większości procesów chemicznych opartych na rubidzie; węglan rubidu (Rb ₂ CO ₃ ), stosowany w niektórych szkłach optycznych, oraz siarczan miedzi rubidowy, Rb ₂ SO ₄ ·CuSO ₄ · 6H ₂ O. Jodek srebra rubidowego (RbAg ₄ I ₅ ) ma najwyższą przewodność w temperaturze pokojowej spośród wszystkich znanych kryształ jonowy , właściwość wykorzystywana w bateriach cienkowarstwowych i innych zastosowaniach.

Rubid tworzy szereg tlenków pod wpływem powietrza, w tym tlenek rubidu (Rb ₂ O), Rb ₆ O i Rb ₉ O ₂ ; rubid w nadmiarze tlenu daje ponadtlenek RbO ₂ . Formy rubidu sole halogenków wytwarzające fluorku rubidu , chlorek rubidu , rubid bromek i rubidu, jodek .

Izotopy

Chociaż rubid jest monoizotopowy , rubid w skorupie ziemskiej składa się z dwóch izotopów: stabilnego ⁸⁵ Rb (72,2%) i radioaktywnego ⁸⁷ Rb (27,8%). Naturalny rubid jest radioaktywny, o aktywności właściwej około 670 Bq /g, wystarczającej do znacznej ekspozycji kliszy fotograficznej w ciągu 110 dni.

Zsyntetyzowano dwadzieścia cztery dodatkowe izotopy rubidu o okresie półtrwania krótszym niż 3 miesiące; większość z nich jest wysoce radioaktywna i ma niewiele zastosowań.

Rubid-87 ma okres półtrwania w48.8 x 10 ⁹  lat, czyli więcej niż trzykrotność wiek wszechświata z(13,799 ± 0,021) × 10 ⁹  lat, co czyni go pierwotnym nuklidem . Z łatwością zastępuje potas w minerałach i dlatego jest dość rozpowszechniony. Rb był szeroko stosowany w datowaniu skał ; ⁸⁷ Rb beta rozpada się do stabilnego ⁸⁷ Sr. Podczas krystalizacji frakcyjnej Sr ma tendencję do koncentracji w plagioklazie , pozostawiając Rb w fazie ciekłej. Stąd stosunek Rb/Sr w magmie szczątkowej może z czasem wzrastać, a postępujące różnicowanie skutkuje w skałach o podwyższonym stosunku Rb/Sr. Najwyższe wskaźniki (10 lub więcej) występują w pegmatytach . Jeżeli początkowa ilość Sr jest znana lub może być ekstrapolowana, to wiek można określić przez pomiar stężeń Rb i Sr oraz stosunku ⁸⁷ Sr/ ⁸⁶ Sr. Daty wskazują prawdziwy wiek minerałów tylko wtedy, gdy skały nie zostały później zmienione (patrz datowanie rubidowo-strontowe ).

Rubid-82 , jeden z nienaturalnych izotopów pierwiastka, jest wytwarzany przez rozpad strontu-82 z wychwytem elektronów z okresem półtrwania 25,36 dni. Z okresem połowicznego rozpadu 76 sekund, rubid-82 rozpada się przez emisję pozytonu do stabilnego kryptonu-82 .

Występowanie

Rubid jest dwudziestym trzecim najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem w skorupie ziemskiej , mniej więcej tak bogatym jak cynk i bardziej powszechnym niż miedź . Występuje naturalnie w minerałach leucyt , pollucyt , karnalit i zinnwaldyt , które zawierają aż 1% tlenku rubidu . Lepidolit zawiera od 0,3% do 3,5% rubidu i jest handlowym źródłem tego pierwiastka. Niektóre minerały potasu i chlorki potasu również zawierają ten pierwiastek w znaczących ilościach handlowych.

Woda morska zawiera średnio 125 µg/L rubidu w porównaniu do znacznie wyższej wartości dla potasu wynoszącej 408 mg/L i znacznie niższej wartości 0,3 µg/L dla cezu. Rubid jest 18. najliczniej występującym pierwiastkiem w wodzie morskiej.

Ze względu na duży promień jonowy rubid jest jednym z „ niekompatybilnych pierwiastków ”. Podczas krystalizacji magmy rubid jest zagęszczany wraz ze swoim cięższym analogiem cezem w fazie ciekłej i krystalizuje jako ostatni. Dlatego największymi złożami rubidu i cezu są złoża strefowe rud pegmatytowych powstałe w wyniku tego procesu wzbogacania. Ponieważ rubid zastępuje potas w krystalizacji magmy, wzbogacenie jest znacznie mniej skuteczne niż w przypadku cezu. Strefowe bryły rudy pegmatytowej zawierające dające się wydobyć ilości cezu w postaci pollucytu lub minerały litu lepidolit są również źródłem rubidu jako produktu ubocznego.

Dwa znaczące źródła rubidu są bogate złoża pollucytu w Bernic Lake , Manitoba , Kanada, i rubicline ((Rb, K) AlSi ₃ O ₈ ) znaleźć jako zanieczyszczenia w pollucytu na włoskiej wyspie Elba , o zawartości rubidu z 17,5%. Oba te złoża są również źródłem cezu.

Produkcja

Chociaż rubid występuje w skorupie ziemskiej w większej ilości niż cez, ograniczone zastosowania i brak minerału bogatego w rubid ograniczają produkcję związków rubidu do 2 do 4 ton rocznie. Dostępnych jest kilka metod oddzielania potasu, rubidu i cezu. Krystalizacji frakcyjnej z glinu, rubidu i cezu (Cs, Rb) Al (SO ₄ ) ₂ · 12H ₂ O Wydajność po 30 kolejnych etapach czystego rubidu ałunem. Opisano dwie inne metody, proces chlorocynianowy i proces żelazocyjankowy.

Przez kilka lat w latach 50. i 60. głównym źródłem rubidu był produkt uboczny produkcji potasu o nazwie Alkarb. Alkarb zawierał 21% rubidu, resztę stanowił potas i niewielka ilość cezu. Dziś najwięksi producenci cezu, tacy jak kopalnia Tanco , Manitoba, Kanada, produkują rubid jako produkt uboczny pollucytu.

Historia

Rubid został odkryty w 1861 roku przez Roberta Bunsena i Gustava Kirchhoffa w Heidelbergu w Niemczech w minerale lepidolicie za pomocą spektroskopii płomieniowej . Ze względu na jaskrawoczerwone linie w jego widmie emisyjnym wybrali nazwę wywodzącą się z łacińskiego słowa rubidus , co oznacza "głęboką czerwień".

Rubid jest składnikiem drugorzędnym w lepidolicie . Kirchhoff i Bunsen przetworzyli 150 kg lepidolitu zawierającego tylko 0,24% tlenku rubidu (Rb ₂ O). Zarówno potas, jak i rubid tworzą nierozpuszczalne sole z kwasem chloroplatynowym , ale sole te wykazują niewielką różnicę w rozpuszczalności w gorącej wodzie. W związku z tym, im mniej rozpuszczalna rubid heksachloroplatynian (Rb ₂ PtCI ₆ ) można otrzymać przez krystalizację frakcyjną . Po redukcji heksachloroplatynianu wodorem uzyskano 0,51 grama chlorku rubidu (RbCl) do dalszych badań. Bunsen i Kirchhoff rozpoczęli swoją pierwszą izolację na dużą skalę związków cezu i rubidu z 44 000 litrów (12 000 US gal) wody mineralnej, co dało 7,3 grama chlorku cezu i 9,2 grama chlorku rubidu . Rubid był drugim pierwiastkiem, zaraz po cezu, odkrytym przez spektroskopię, zaledwie rok po wynalezieniu spektroskopu przez Bunsena i Kirchhoffa.

Obaj naukowcy wykorzystali chlorek rubidu do oszacowania masy atomowej nowego pierwiastka na 85,36 ​​(obecnie akceptowana wartość to 85,47). Próbowali wytworzyć rubid pierwiastkowy metodą elektrolizy roztopionego chlorku rubidu, ale zamiast metalu uzyskali niebieską jednorodną substancję, która „ani gołym okiem, ani pod mikroskopem nie wykazywała najmniejszego śladu substancji metalicznej”. Przypuszczali, że był to podchlorek ( Rb
₂Cl ); jednakże produkt był prawdopodobnie koloidalną mieszaniną metalu i chlorku rubidu. W drugiej próbie wytworzenia metalicznego rubidu Bunsen był w stanie zredukować rubid poprzez ogrzewanie zwęglonego winianu rubidu . Chociaż destylowany rubid był piroforyczny , byli w stanie określić gęstość i temperaturę topnienia. Jakość tych badań w 1860 mogą być oceniane przez to, że ich określonych gęstość różni się o mniej niż 0,1 g / cm ^3, a temperaturą topnienia się o mniej niż 1 ° C z obecnie przyjętych wartości.

Niewielką radioaktywność rubidu odkryto w 1908 r., ale było to przed powstaniem teorii izotopów w 1910 r., a niski poziom aktywności (okres półtrwania powyżej 10 ¹⁰  lat) komplikował interpretację. Obecnie udowodniony rozpad ⁸⁷ Rb do stabilnego ⁸⁷ Sr poprzez rozpad beta był nadal przedmiotem dyskusji pod koniec lat 40. XX wieku.

Rubid miał minimalną wartość przemysłową przed latami dwudziestymi. Od tego czasu najważniejszym zastosowaniem rubidu są badania i rozwój, głównie w zastosowaniach chemicznych i elektronicznych. W 1995 r. rubid-87 został użyty do wytworzenia kondensatu Bosego-Einsteina , za który odkrywcy, Eric Allin Cornell , Carl Edwin Wieman i Wolfgang Ketterle , zdobyli w 2001 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki .

Aplikacje

Związki rubidu są czasami używane w fajerwerkach, aby nadać im fioletowy kolor. Rozważano również zastosowanie rubidu w generatorze termoelektrycznym wykorzystującym zasadę magnetohydrodynamiczną , w której gorące jony rubidu są przepuszczane przez pole magnetyczne . Przewodzą one prąd i działają jak zwora generatora, generując w ten sposób prąd elektryczny . Rubid, w szczególności odparowany ⁸⁷ Rb, jest jednym z najczęściej stosowanych związków atomowych wykorzystywanych do chłodzenia laserowego i kondensacji Bosego-Einsteina . Jego pożądane cechy dla tego zastosowania obejmują łatwą dostępność niedrogiego światła lasera diodowego o odpowiedniej długości fali oraz umiarkowane temperatury wymagane do uzyskania znacznych prężności par. W zastosowaniach z zimnymi atomami wymagającymi przestrajalnych oddziaływań preferowany jest ⁸⁵ Rb ze względu na bogate widmo Feshbacha .

Rubid został użyty do polaryzacji ³ He , wytwarzając objętości namagnesowanego gazu ³ He, z spinami jądrowymi wyrównanymi, a nie przypadkowymi. Pary rubidu jest optycznie pompowany przez laser, a spolaryzowane Rb polaryzuje ³ He poprzez nadsubtelnej interakcji. Takie wirówki spolaryzowanego ³ komórki He są przydatne do pomiarów polaryzacji neutronów i wytwarzania spolaryzowane wiązki neutronów dla innych celów.

Element rezonansowy w zegarach atomowych wykorzystuje nadsubtelną strukturę poziomów energetycznych rubidu, a rubid jest przydatny do precyzyjnego pomiaru czasu. Jest używany jako główny składnik wtórnych częstotliwości odniesienia (oscylatory rubidowe) w nadajnikach komórkowych i innym elektronicznym sprzęcie transmisyjnym, sieciowym i testowym. Te wzorce rubidowe są często używane z GPS do wytworzenia „pierwotnego wzorca częstotliwości”, który ma większą dokładność i jest tańszy niż wzorce cezowe. Takie wzorce rubidowe są często masowo produkowane dla przemysłu telekomunikacyjnego .

Inne potencjalne lub obecne zastosowania rubidu obejmują płyn roboczy w turbinach parowych, jako pochłaniacz w rurach próżniowych oraz jako składnik fotokomórek . Rubid jest również używany jako składnik specjalnych rodzajów szkła, w produkcji nadtlenku poprzez spalanie w tlenie , w biologii w badaniach nad kanałami jonowymi potasu oraz jako para w magnetometrach atomowych . W szczególności, ⁸⁷ Rb jest używany z innymi metalami alkalicznymi w rozwoju magnetometrów z wymianą spinu bez relaksacji (SERF) .

Rubid-82 służy do pozytonowej tomografii emisyjnej . Rubid jest bardzo podobny do potasu, a tkanka o wysokiej zawartości potasu również gromadzi radioaktywny rubid. Jednym z głównych zastosowań jest obrazowanie perfuzji mięśnia sercowego . W wyniku zmian w barierze krew-mózg w guzach mózgu rubid gromadzi się więcej w guzach mózgu niż w normalnej tkance mózgowej, co pozwala na zastosowanie radioizotopu rubidu-82 w medycynie nuklearnej do lokalizacji i obrazowania guzów mózgu. Rubidium-82 ma bardzo krótki okres półtrwania 76 sekund, a produkcja z rozpadu strontu-82 musi odbywać się blisko pacjenta.

Rubid został przetestowany pod kątem wpływu na depresję maniakalną i depresję. Pacjenci dializowani cierpiący na depresję wykazują ubytek rubidu, dlatego suplementacja może pomóc w czasie depresji. W niektórych testach rubid podawano w postaci chlorku rubidu w dawce do 720 mg dziennie przez 60 dni.

Rubid

Zagrożenia
Piktogramy GHS
Hasło ostrzegawcze GHS	Zagrożenie
Zwroty wskazujące rodzaj zagrożenia GHS	H260 , H314
Zwroty wskazujące środki ostrożności GHS	P223 , P231 + 232 , P280 , P305 + 351 + 338 , P370 + 378 , P422
NFPA 704 (ognisty diament)	3 4 2 W

Środki ostrożności i skutki biologiczne

Rubid reaguje gwałtownie z wodą i może wywołać pożar. Aby zapewnić bezpieczeństwo i czystość, metal ten jest zwykle przechowywany w suchym oleju mineralnym lub zamknięty w szklanych ampułkach w atmosferze obojętnej. Rubid tworzy nadtlenki pod wpływem nawet niewielkiej ilości powietrza dyfundującego do oleju, a przechowywanie podlega podobnym środkom ostrożności, jak przechowywanie metalicznego potasu .

Rubid, podobnie jak sód i potas, prawie zawsze ma stopień utlenienia +1 po rozpuszczeniu w wodzie, nawet w kontekście biologicznym. Organizm ludzki ma tendencję do traktowania jonów Rb ⁺ tak, jakby były jonami potasu i dlatego gromadzi rubid w płynie wewnątrzkomórkowym organizmu (tj. wewnątrz komórek). Jony nie są szczególnie toksyczne; osoba o wadze 70 kg zawiera średnio 0,36 g rubidu, a wzrost tej wartości od 50 do 100 razy nie wykazał negatywnych skutków u osób testowanych. Biologicznego półtrwania rubidu u ludzi wynoszą 31-46 dni. Chociaż możliwe jest częściowe zastąpienie potasu rubidem, gdy ponad 50% potasu w tkance mięśniowej szczurów zostało zastąpione rubidem, szczury zmarły.

Bibliografia

Dalsza lektura

• Meites, Louis (1963). Podręcznik chemii analitycznej (New York: McGraw-Hill Book Company, 1963)
• Steck, Daniel A. "Dane Rubid-87 D Line" (PDF) . Laboratorium Narodowe Los Alamos (raport techniczny LA-UR-03-8638). Zarchiwizowane od oryginału (PDF) w dniu 2013-11-02 . Źródło 2008-02-09 .

Zewnętrzne linki

• „Rubid”  . Encyklopedia Britannica . 23 (wyd. 11). 1911. s. 809.
• Rubid w układzie okresowym filmów wideo (University of Nottingham)