Rubidio Historia, Egenskaper, struktur, innhenting, bruker

Han rubidium Det er et metallisk element som tilhører gruppe 1 i det periodiske tabellen: det av alkaliske metaller, og blir representert av det kjemiske symbolet RB. Navnet hans høres ut som Rubí, og det er fordi da utslippsspekteret hans ble oppdaget, viste han intense røde karakteristiske linjer.

Det er en av de mest reaktive metaller som finnes. Det er den første av de alkaliske metaller som, til tross for at de er lite tette, synker ned i vannet. Den reagerer også med henne mer eksplosivt sammenlignet med litium, natrium og kalium. Det har vært eksperimenter der ampulene er lagret (lavere bilde) for å falle og eksplodere i badekar.

Ampule med et gram rubidium lagret under en inert atmosfære. Kilde: Hi-res Images ofchemical Elements [CC av 3.0 (https: // creativecommons.Org/lisenser/av/3.0)]

Rubidio kjennetegnes ved å være et metall dyrere enn det samme gullet; Ikke så mye for mangelen, men for sin brede mineralogiske fordeling i jordskorpen og vanskene som oppstår når man isolerer den av kalium og slutter forbindelser.

Det viser en klar tendens til å assosiere med kalium i sine mineraler, og finne som urenheter. Ikke bare i geokjemisk materiale danner en duo med kalium, men også innen biokjemi.

Organismen "forvirrer" K -ionene⁺ For de av RB⁺; Rubidio er imidlertid ikke et essensielt element til dags dato, siden det er ukjent hvilken rolle han spiller i metabolismen. Likevel har Rubidium -tilskudd blitt brukt for å lindre visse medisinske tilstander som depresjon og epilepsi. På den annen side skyter begge ionene en fiolett flamme i lettere varmen.

På grunn av de høye kostnadene er ikke applikasjonene for mye basert på syntesen av katalysatorer eller materialer, men som en komponent for forskjellige enheter med fysiske teoretiske baser. En av dem er atomklokken, solcellene og magnetometre. Det er grunnen til at noen ganger blir rubidiet tatt som et undervurdert eller lite studert metall.

[TOC]

Historie

Rubidio ble oppdaget i 1861 av tyske kjemikere Robert Bunsen og Gustav Kirchhoff, ved bruk av spektroskopi. For å gjøre dette brukte de Bunsen lighter og spektroskopet, oppfant to år før, i tillegg til analytiske nedbørsteknikker. Studiens gjenstand var Lepidolite Mineral, hvis viser samlingen av Sachsen, Tyskland.

De startet fra 150 kg lepidolittmineral, som de behandlet med kloroplatinsyre, h₂Ptcl₆, For å utfelle kaliumheksakloroplatinatet, k₂Ptcl₆. Men når de studerte spekteret sitt ved å brenne det i Bunsen lighter, innså de at de viste utslippslinjer som ikke sammenfalt med noe annet element.

Utslippsspekteret til dette nye elementet er preget av å ha to godt definerte linjer i det røde området. Derfor ble han døpt med navnet 'Rubidus' som betyr 'Dark Red'. Deretter klarte Bunsen og Kirchhoff å skille RB₂Ptcl₆ av k₂Ptcl₆ ved fraksjonert krystallisering; For å endelig redusere det til kloridsaltet ditt ved hjelp av hydrogen.

Identifisert og isolert et salt av det nye Rubidio -elementet, trengte tyske kjemikere bare for å redusere det til sin metalliske tilstand. For å oppnå dette prøvde de på to måter: bruk elektrolyse på rubidiumklorid, eller varm et enkelt salt for å redusere, for eksempel tartrato. Dermed ble metallisk rubidio født.

Fysiske og kjemiske egenskaper

Utseende

Sølvgrå metall. Det er så mykt at det ser ut som et smør. Det er vanligvis pakket inne i glass ampoules, hvor en inert atmosfære dominerer som beskytter den mot å reagere med luft.

Atomnummer (z)

37

Molmasse

85.4678 g/mol

Smeltepunkt

39 ºC

Kokepunkt

688 ºC

Tetthet

Ved romtemperatur: 1.532 g/cm³

På smeltepunktet: 1,46 g/cm³

Tettheten av rubidiet er overlegen vannet, så den vil synke mens den reagerer voldsomt med det.

Fusjonsvarme

2.19 kJ/mol

Fordampningsvarme

69 kJ/mol

Elektronegativitet

0,82 på Pauling -skalaen

Elektronisk affinitet

46,9 kJ/mol

Ioniseringsenergier

-Først: 403 kJ/mol (RB⁺ gassform)

-For det andre: 2632.1 kJ/mol (RB²⁺ gassform)

-Tredje: 3859,4 kJ/mol (RB³⁺ gassform)

Atomisk radio

248 pm (empirisk)

Termisk ledningsevne

58,2 w/(m · k)

Elektrisk resistivitet

128 nΩ · m ved 20 ° C

Mohs hardhet

0.3. Derfor er til og med talk.

Reaktivitet

Flammeprøve for Rubidium. Når han reagerer, sier han farvel til en fiolett flamme. Kilde: Didaktische.Medien [CC By-SA 3.0 (https: // creativecommons.Org/lisenser/by-SA/3.0)]

Rubidio er en av de mest reaktive alkaliske metaller, etter Cesio og Francio. Han er knapt utsatt for luften begynner å brenne, og hvis han er hellige, skyter han lysende gnister. Hvis han er oppvarmet, avgir han også en fiolett flamme (overlegen bilde), noe som er en positiv test for RB -ioner⁺.

Kan tjene deg: Ididio 192

Reagerer med oksygen for å danne en blanding av peroksider (RB₂ENTEN₂) og superoksider (RBO₂). Selv om det ikke reagerer med syrer og baser, bryter den det med vann, og genererer rubidium og hydrogengasshydroksyd:

RB (S) + H₂Eller (l) => rboh (ac) + h₂(g)

Reagerer med hydrogen for å danne det tilsvarende hydridet:

RB (S) + H₂(g) => 2RBH (S)

Og også med halogener og svovel eksplosivt:

2RB (S) + CL₂(g) => RBCL (S)

2RB (S) + S (L) => RB₂H.H)

Selv om rubidium ikke anses som et giftig element, er det potensielt farlig og representerer brannrisiko når det kommer i kontakt med vann og oksygen.

Elektronisk struktur og konfigurasjon

Rubidio -atomer er ordnet på en slik måte at de etablerer en kubikkstruktur krystall sentrert i kroppen (BCC). Denne strukturen er karakteristisk for alkaliske metaller, som er lette og har en tendens til å flyte over vann; Bortsett fra Rubidium Down (Cesio og Francio).

I Rubidio BCC -krystaller samhandler deres RB -atomer med hverandre takket være den metalliske koblingen. Dette styres av et "hav av elektroner" av valenslaget, fra 5S -orbital i henhold til dens elektroniske konfigurasjon:

[Kr] 5s¹

Alle 5s orbitaler med sitt eneste elektron er overlapping i alle dimensjoner av Rubidio metallkrystaller. Imidlertid er disse interaksjonene svake, fordi når gruppen av alkaliske metaller er avstammet, blir orbitalene mer diffuse, og derfor svekkes den metalliske koblingen.

Det er grunnen til at smeltepunktet for rubidiet er 39 ºC. Dessuten forklarer det svake metallbindingen mykheten i dets faste stoffer; Så mykt at det ser ut til å være et sølvsmør.

Det er ikke nok bibliografisk informasjon om oppførselen til krystaller under høyt trykk; Hvis det er tetteste faser med unike egenskaper som med natrium.

Oksidasjonstall

Den elektroniske konfigurasjonen indikerer en gang at rubidiet sterkt har en tendens til å miste det eneste elektronet for å bli isolektronisk for edelgass Kripton Gas. Når det gjør det, dannes den monovalente kationen RB⁺. Det sies at det i sine forbindelser har oksidasjonsnummer +1 når eksistensen av denne kationen antas.

På grunn av trenden med rubidiet å oksidere, antagelsen om at det er RB -ioner⁺ I sine forbindelser er det vellykket, som på tur påpeker den ioniske karakteren til disse forbindelsene.

I nesten alle forbindelser av rubidiet viser dette et oksidasjonsnummer på +1. Eksempler på dem er følgende:

-Rubidklorid, RBCl (RB⁺Cl^-)

-Rubidio hydroxide, RBOH (RB⁺ Åh^-)

-Rubidio karbonat, RB₂Co₃ (RB₂⁺Co₃^2-)

-Rubidio Monoxide, RB₂Eller (RB₂⁺ENTEN^2-)

-Rubidium superoksyd, rbo₂ (RB⁺ENTEN₂^-)

Selv om det er veldig sjelden, kan rubidiet også ha et negativt oksidasjonsnummer: -1 (RB^-). I dette tilfellet ville vi snakke om en "Rubidiuro" hvis han dannet forbindelse med et mindre elektronegativt element enn ham, eller hvis han sendte inn under spesielle og strenge forhold.

Klynger

Det er forbindelser der hvert RB -atom har oksidasjonstall med brøkverdier. For eksempel i RB₆Eller (RB₆²⁺ENTEN^2-) og RB₉ENTEN₂ (RB₉⁴⁺ENTEN₂^2-) Den positive belastningen er fordelt på et sett med RB -atomer (klynger). Dermed i RB₆Eller oksidasjonsnummeret i teorien ville være +1/3; mens du er i RB₉ENTEN₂, + 0.444 (4/9).

RB9O2 klyngestruktur. Kilde: Axiosaurus [Public Domain]

RB -klyngestrukturen er vist ovenfor₉ENTEN₂ representert av en sfærer og barer modell. Legg merke til hvordan de ni RB -atomene "omslutter" anionene eller^2-.

Som elucubrering er det som om en del av de originale metallkrystallene i rubidiet forble uendret mens han skilte seg fra morskrystallen. De mister elektroner i prosessen; de som er nødvendige for å tiltrekke eller^2-, og den resulterende positive ladningen er fordelt på alle atomene i nevnte klynge (sett eller aggregater av RB -atomer).

I disse Rubidium -klyngene kan ikke eksistensen av RB ikke antas formelt⁺. RB₆Eller og RB₉ENTEN₂ De klassifiserer som rubidium suboksider, der denne tilsynelatende anomalien er oppfylt for å ha et overskudd av metallatomer i forhold til oksydanioner.

Hvor er det og skaffer seg

jordskorpe

Lepidolite mineralprøve. Kilde: Rob Lavinsky, Irocks.COM-CC-BY-SA-3.0 [CC By-SA 3.0 (https: // creativecommons.Org/lisenser/by-SA/3.0)]

Rubidio er det mest tallrike elementet 23 av jordskorpen, med en overflod som kan sammenlignes med sink, bly, cesium og kobbermetaller. Detaljene er at ionene deres er vidt formidlet, så det dominerer ikke i noe mineral som et hovedmetallisk element, og malmene deres er også knappe.

Kan tjene deg: Grignard Reagens: Forberedelse, applikasjoner, eksempler

Det er av denne grunn at Rubidio er et veldig dyrt metall, enda mer enn det samme gullet, siden prosessen med å skaffe seg fra menasene er kompleks på grunn av vanskeligheten med utnyttelsen.

I naturen, gitt dens reaktivitet, er Rubidium ikke i en innfødt tilstand, men som oksid (RB₂O), klorid (RBCL) eller ledsaget av andre anioner. Det er "gratis" RB -ioner⁺ De er i sjøene med en konsentrasjon på 125 ug/l, så vel som i de varme kildene og elvene.

Blant mineralene i jordskorpen som inneholder den i en konsentrasjon på mindre enn 1% vi har:

-Leucita, k [alsi₂ENTEN₆]

-Polucita, CS (ja₂Hallo₆· NH₂ENTEN

-Carnalita, KMGCL₃· 6H₂ENTEN

-Zinnwaldita, Klifeal (Alsi₃)ENTEN₁₀(Å, f)₂

-Amazonita, PB, Kalsi₃ENTEN₈

-Petalita, Lialsi₄ENTEN₁₀

-Biotita, K (MG, Faith)₃Alsi₃ENTEN₁₀(Å, f)₂

-Rubiclina, (RB, K) Alsi₃ENTEN₈

-Lepidolita, K (Li, Al)₃(Ja, al)₄ENTEN₁₀(F, OH)₂

Geokjemisk forening

Alle disse mineralene deler en eller to ting til felles: de er kalium, cesium eller litiumsilikater, eller er mineralsalter av disse metallene.

Dette betyr at Rubidio har en sterk tendens til å assosiere med kalium og Cesio; Det kan til og med erstatte kalium under krystallisering av mineraler eller bergarter, som det skjer i åkrene til Pegmatitas når magmaen krystalliserer. Dermed er Rubidio et biprodukt av utnyttelse og raffinering av disse bergartene og deres mineraler.

Rubidio kan også være i vanlige bergarter som granitt, leire og basalt, og til og med karbonholdige avsetninger. Av alle naturlige kilder representerer Lepidolite dens hovedmalm og som den er kommersielt utnyttet.

I Carnalite, derimot, kan Rubidio bli funnet som RBCL -urenheter med et innhold på 0,035%. Og i større konsentrasjon er det avsetningene til polucitas og rubiclinas, som kan ha opptil 17% av rubidium.

Dets geokjemiske assosiasjon med kalium skyldes likheten mellom dets ioniske radioer; RB⁺ er større enn k⁺, Men forskjellen i størrelser er ikke et hinder for den første som erstatter det andre i sineralkrystallene.

Fraksjonell krystallisering

Enten det er basert på lepidolit eller polucita, eller noen av mineralene som er nevnt ovenfor, er utfordringen den samme i større eller mindre grad: å skille rubidiet fra kalium og cessium; det vil si bruk blandingsseparasjonsteknikker som tillater forbindelser eller salter av rubidium på den ene siden, og de av kalium og cesium, på den andre.

Dette er vanskelig siden disse ionene (k⁺, RB⁺ og CS⁺) dele en stor kjemisk likhet; De reagerer på samme måte for å danne de samme saltene, som knapt skiller seg fra hverandre takket være deres tettheter og løselighet. Det er grunnen til at fraksjonert krystallisering brukes, slik at de sakte og kontrolleres.

For eksempel brukes denne teknikken til å skille en blanding av karbonater og alumer fra disse metallene. Rekrystalliseringsprosesser bør gjentas flere ganger for å garantere endelige og frie krystaller av kopipipiterte ioner; Et rubidiumsalt som krystalliserer med K -ioner⁺ eller CS⁺ på overflaten eller inne.

Mer moderne teknikker, for eksempel bruk av en ionebytteharpiks, eller kroner som komplekse midler, tillater også RB -ioner⁺.

Elektrolyse eller reduksjon

Når det har vært mulig å skille og rense rubidsaltet, er neste og siste trinn å redusere kationene RB⁺ til fast metall. For å gjøre dette smelter saltet og blir utsatt for elektrolyse for å utfelle rubidium i katoden; eller et sterkt reduksjonsmiddel, som kalsium og natrium, brukes, i stand til å miste elektroner raskt og dermed redusere rubidiet.

Isotoper

Rubidio finnes på jorden som to naturlige isotoper: ⁸⁵RB og ⁸⁷RB. Den første har en overflod på 72,17%, mens den andre på 27,83%.

Han ⁸⁷RB er ansvarlig for at dette metallet er radioaktivt; Strålingen er imidlertid ufarlig og til og med gunstig for datinganalyse. Din halvliv (t_1/2) er 4,9 · 10¹⁰ år, hvis tidsperiode overstiger universets alder. Når det forfaller, blir det den stabile isotopen ⁸⁷MR.

Takket være dette har denne isotopen blitt brukt til å date mineralsalderen og landbergartene som er til stede siden jordens begynnelse.

I tillegg til isotopene ⁸⁵RB og ⁸⁷RB, det er andre syntetiske og radioaktive med variabel og mye kortere livstid; For eksempel ham ⁸²RB (t_1/2= 76 sekunder), ⁸³RB (t_1/2= 86,2 dager), ⁸⁴RB (t_1/2= 32,9 dager) og ⁸⁶RB (t_1/2= 18,7 dager). Av dem alle, den ⁸²RB er den mest brukte i medisinske studier.

Risiko

Metall

Rubidio er et så reaktivt metall at det må lagres i glass ampules under en inert atmosfære, slik at det ikke reagerer med oksygenet i luften. Hvis nevnte ampullbrudd, kan metallet plasseres i parafin eller mineralolje for å beskytte det; Imidlertid vil det ende opp med å oksidere det oppløste oksygenet i dem, og gi opphav til rubidiumperoksider.

Det kan tjene deg: natriumcyanid (NACN): struktur, egenskaper, risikoer, bruk

Hvis det tvert imot ble besluttet å plassere det på tre, for eksempel, vil det ende opp med en fiolett flamme. Hvis det er mye fuktighet, vil det brenne med det faktum å bli utsatt for luften. Når et stort stykke rubidium unngås ved et vannvolum, utnytter det kraftig, og når hydrogenet produserte gass i brann.

Derfor er rubidium et metall som bør manipulere, siden alle reaksjonene er praktisk talt eksplosive.

Ioner

I motsetning til metallisk rubidium, er RB -ioner⁺ De representerer ingen tilsynelatende risiko for levende vesener. Disse oppløst i vann samhandler med cellene på samme måte som k -ionene gjør⁺.

Derfor har rubidium og kalium lignende biokjemisk atferd; Rubidium er imidlertid ikke et essensielt element, mens kalium ja. På denne måten, betydelige mengder RB⁺ De kan samle seg i interiøret i cellene, røde blodlegemer og viscera uten å ha negativ innvirkning på kroppen til noe dyr.

Faktisk har det blitt anslått at en voksen mann med en masse på 80 kg inneholder omtrent 37 mg Rubidio; Og at i tillegg en økning i denne konsentrasjonen i størrelsesorden 50 til 100 ganger fører ikke til uønskede symptomer.

Imidlertid overflødig RB -ioner⁺ kan ende opp med å bevege seg til K -ioner⁺; Og følgelig vil individet lide veldig sterke muskelspasmer til døden.

Logisk sett kan salvere salter eller forbindelser av rubidium utløse dette umiddelbart, så ingen av dem skal inntatt. I tillegg kan det forårsake enkle kontaktforbrenninger, og blant de mest giftige fluorene (RBF), hydroksyd (RBOH) og cyanid (RBCN) av rubidium.

applikasjoner

Gassoppsamler

Rubidio har blitt brukt til å fange opp eller eliminere sporene av gasser som kan eksistere i de vakuumforseglede rørene. Nettopp på grunn av deres høye tendens til å fange oksygen og fuktighet i dem, eliminerer de dem på overflaten som peroksider.

Pyrotechnics

Når Rubidio-salter brenner en karakteristisk fiolett-rødlig flamme. Noe fyrverkeri har disse saltene i komposisjonen slik at de eksploderer med disse fargene.

Supplement

Rubidio -klorid er foreskrevet for å bekjempe depresjon, ettersom studier bestemte et underskudd av dette elementet hos individer som lider av denne medisinske tilstanden. Det har også blitt brukt som beroligende middel og for å behandle epilepsi.

Bose-Einstein kondensat

Isotopatomene ⁸⁷RB ble brukt til å lage det første Bose-Einstein-kondensatet. Denne tilstanden av materie er at atomer ved en temperatur ganske nær absolutt null (0 k), er gruppert eller "kondensan", og oppfører seg som om de var en.

Dermed var Rubidio hovedpersonen i denne triumfen innen fysikkfeltet, og det var Eric Cornell, Carl Wieman og Wolfgang Ketterle som mottok Nobelprisen i 2001 takket være dette arbeidet.

Tumordiagnose

Den syntetiske radioisotopen ⁸²RB forfaller ved å avgi positroner, som brukes til å akkumulere i kaliumrike vev; Som de som ligger i hjernen eller hjertet. Det brukes derfor til å analysere hjertets funksjonalitet og tilstedeværelsen av mulige svulster i hjernen gjennom positronemisjonstomografi.

Komponent

Rubidio -ioner har funnet rom i forskjellige typer materialer eller blandinger. For eksempel er legeringene deres med gull, cesium, kvikksølv, natrium og kalium blitt laget. Det er lagt til glass og keramikk sannsynligvis for å øke smeltepunktet.

I perovskitas solceller har de blitt lagt til som en viktig komponent. På samme måte har den mulige bruken blitt studert som termoelektrisk generator, varmeoverføringsmateriale i rom, drivstoff i ioniske fremdriftsmotorer, elektrolytisk medium for alkaliske batterier og atommagnetometre.

Atomiske klokker

Med rubidium og opphør er de berømte atomklokker blitt produsert, svært presise, brukt for eksempel i GPS -satellitter som eierne av smarttelefonene deres kan kjenne deres beliggenhet mens de går på en vei.

Referanser

1. Bond Tom. (29. oktober 2008). Rubidium. Gjenopprettet fra: Chemistryworld.com
2. Shiver & Atkins. (2008). Uorganisk kjemi. (Fjerde utgave). Mc Graw Hill.
3. Wikipedia. (2019). Rubidium. Hentet fra: i.Wikipedia.org
4. Nasjonalt senter for bioteknologiinformasjon. (2019). Rubidium. PubChem -database. CID = 5357696. Gjenopprettet fra: Pubchem.NCBI.NLM.NIH.Gov
5. Chellan, p., & Sadler, P. J. (2015). Elementene i liv og medisiner. Filosofiske transaksjoner. Serie A, Matematiske, fysiske og ingeniørvitenskap, 373 (2037), 20140182. Doi: 10.1098/rsta.2014.0182
6. Mai Foundation for Medical Education and Research. (2019). Rubidium RB 82 (intravenøs rute). Gjenopprettet fra: Mayoclinic.org
7. Marques Miguel. (s.F.). Rubidium. Gjenopprettet fra: Nautilus.Fis.Uc.Pt
8. James L. Farge. (12. april 2019). Rubidium. Encyclopædia Britannica. Gjenopprettet fra: Britannica.com
9. Dr. Doug Stewart. (2019). Rubidium element fakta. Chemicool. Gjenopprettet fra: Chemicool.com
10. Michael Pilgaard. (10. mai 2017). Rubidium kjemiske reaksjoner. Gjenopprettet fra: Pilgaardelegs.com