Il rubidio È un elemento metallico che appartiene al gruppo 1 della tavola periodica: quello dei metalli alcalini, essendo rappresentato dal simbolo chimico Rb. Il suo nome suona simile al rubino, ed è perché quando è stato scoperto il suo spettro di emissione mostrava linee caratteristiche di colore rosso intenso..
È uno dei metalli più reattivi esistenti. È il primo dei metalli alcalini che, pur essendo poco densi, affonda nell'acqua. Inoltre reagisce con esso in modo più esplosivo rispetto a litio, sodio e potassio. Ci sono stati esperimenti in cui le vesciche scoppiano dove vengono immagazzinate (immagine in basso) per cadere ed esplodere nelle vasche da bagno.
Il rubidio si distingue per essere un metallo più costoso dell'oro stesso; non tanto per la sua scarsità, ma per la sua ampia distribuzione mineralogica nella crosta terrestre e per le difficoltà che sorgono isolandolo dai composti di potassio e cesio..
Mostra una chiara tendenza ad associarsi al potassio nei suoi minerali, trovandosi sotto forma di impurità. Non solo in materia geochimica forma una coppia con il potassio, ma anche nel campo della biochimica.
L'organismo "confonde" gli ioni K+ da quelli di Rb+; tuttavia, il rubidio non è un elemento essenziale fino ad oggi, poiché il suo ruolo nel metabolismo è sconosciuto. Anche così, gli integratori di rubidio sono stati usati per alleviare alcune condizioni mediche come la depressione e l'epilessia. D'altra parte, entrambi gli ioni emettono una fiamma viola al calore dell'accendino.
A causa del suo costo elevato, le sue applicazioni non si basano troppo sulla sintesi di catalizzatori o materiali, ma come componente per vari dispositivi con basi fisiche teoriche. Uno di questi è l'orologio atomico, le celle solari e i magnetometri. Questo è il motivo per cui il rubidio è talvolta considerato un metallo sottovalutato o sottovalutato..
Indice articolo
Il rubidio fu scoperto nel 1861 dai chimici tedeschi Robert Bunsen e Gustav Kirchhoff, usando la spettroscopia. Per fare questo, hanno utilizzato il becco Bunsen e lo spettroscopio, inventato due anni prima, oltre a tecniche di precipitazione analitica. Il suo oggetto di studio è stato il minerale lepidolite, il cui campione è stato raccolto dalla Sassonia, in Germania.
Sono partiti da 150 kg di minerale lepidolite, che hanno trattato con acido cloroplatinico, H.DuePtCl6, precipitare esacloroplatinato di potassio, KDuePtCl6. Tuttavia, quando hanno studiato il suo spettro bruciandolo nel becco Bunsen, si sono resi conto che mostrava righe di emissione che in quel momento non coincidevano con nessun altro elemento..
Lo spettro di emissione di questo nuovo elemento è caratterizzato dall'avere due linee ben definite nella regione rossa. Questo è il motivo per cui l'hanno battezzato con il nome "rubidus" che significa "rosso scuro". Successivamente, Bunsen e Kirchhoff sono riusciti a separare la RbDuePtCl6 da KDuePtCl6 per cristallizzazione frazionata; per ridurlo infine al suo sale cloruro utilizzando l'idrogeno.
Identificando e isolando un sale del nuovo elemento rubidio, i chimici tedeschi dovevano solo ridurlo al suo stato metallico. Per ottenere ciò hanno provato in due modi: applicare l'elettrolisi al cloruro di rubidio o riscaldare un sale più facile da ridurre, come il suo tartrato. Fu così che nacque il rubidio metallico.
Metallo morbido, grigio argento. È così liscio che sembra burro. Di solito è confezionato in fiale di vetro, all'interno delle quali predomina un'atmosfera inerte che lo protegge dalla reazione con l'aria..
37
85,4678 g / mol
39 ºC
688 ºC
A temperatura ambiente: 1.532 g / cm3
Al punto di fusione: 1,46 g / cm3
La densità del rubidio è superiore a quella dell'acqua, quindi affonderà reagendo violentemente con esso.
2,19 kJ / mol
69 kJ / mol
0,82 della scala Pauling
46,9 kJ / mol
-Primo: 403 kJ / mol (Rb+ gassoso)
-Secondo: 2632,1 kJ / mol (RbDue+ gassoso)
-Terzo: 3859,4 kJ / mol (Rb3+ gassoso)
248 pm (empirico)
58,2 W / (m · K)
128 nΩm a 20 ° C
0.3. Pertanto, anche il talco è più duro del rubidio metallico..
Il rubidio è uno dei metalli alcalini più reattivi, dopo il cesio e il francio. Appena esposto all'aria inizia a bruciare e se viene colpito spara leggere scintille. Se riscaldato, emette anche una fiamma viola (immagine in alto), che è un test positivo per gli ioni Rb.+.
Reagisce con l'ossigeno formando una miscela di perossidi (RbDueODue) e superossidi (RbODue). Sebbene non reagisca con acidi e basi, reagisce violentemente con l'acqua, generando idrossido di rubidio e idrogeno gassoso:
Rb (s) + HDueO (l) => RbOH (aq) + HDue(g)
Reagisce con l'idrogeno per formare il suo idruro corrispondente:
Rb (s) + HDue(g) => 2RbH (s)
E anche con alogeni e zolfo in modo esplosivo:
2Rb (s) + ClDue(g) => RbCl (s)
2Rb (s) + S (l) => RbDueH.H)
Sebbene il rubidio non sia considerato un elemento tossico, è potenzialmente pericoloso e presenta rischi di incendio quando viene a contatto con acqua e ossigeno..
Gli atomi di rubidio sono disposti in modo tale da costituire un cristallo con una struttura cubica centrata sul corpo (bcc, per il suo acronimo in inglese body centered cubic). Questa struttura è caratteristica dei metalli alcalini, che sono leggeri e tendono a galleggiare sull'acqua; tranne che dal rubidio verso il basso (cesio e francio).
Nei cristalli di rubidio bcc, i loro atomi di Rb interagiscono tra loro grazie al legame metallico. Questo è governato da un "mare di elettroni" dal suo guscio di valenza, dall'orbitale 5s secondo la sua configurazione elettronica:
[Kr] 5s1
Tutti gli orbitali 5 con il loro singolo elettrone si sovrappongono in tutte le dimensioni dei cristalli di rubidio metallico. Tuttavia, queste interazioni sono deboli, perché quando si discende attraverso il gruppo dei metalli alcalini, gli orbitali diventano più diffusi e, quindi, il legame metallico si indebolisce..
Ecco perché il punto di fusione del rubidio è di 39 ° C. Allo stesso modo, il suo debole legame metallico spiega la morbidezza del suo solido; così morbido che sembra burro d'argento.
Non ci sono sufficienti informazioni bibliografiche sul comportamento dei suoi cristalli sotto alta pressione; se ci sono fasi più dense con proprietà uniche come il sodio.
La sua configurazione elettronica indica subito che il rubidio tende fortemente a perdere il suo singolo elettrone per diventare isoelettronico al gas nobile krypton. Quando lo fa, si forma il catione monovalente Rb+. Si dice poi che nei suoi composti abbia numero di ossidazione +1 quando si ipotizza l'esistenza di questo catione.
A causa della tendenza del rubidio a ossidarsi, si presume che esistano ioni Rb+ nei suoi composti è corretto, il che a sua volta indica il carattere ionico di questi composti.
In quasi tutti i composti di rubidio mostra un numero di ossidazione di +1. Alcuni esempi sono i seguenti:
-Rubidio cloruro, RbCl (Rb+Cl-)
-Idrossido di rubidio, RbOH (Rb+ Oh-)
-Carbonato di rubidio, RbDueCO3 (RbDue+CO3Due-)
-Monossido di rubidio, RbDueO (RbDue+ODue-)
-Superossido di rubidio, RbODue (Rb+ODue-)
Sebbene molto raro, il rubidio potrebbe anche avere un numero di ossidazione negativo: -1 (Rb-). In questo caso si parlerebbe di un "rubidide" se formasse un composto con un elemento meno elettronegativo di esso, oppure se fosse sottoposto a condizioni particolari e rigorose.
Ci sono composti in cui singolarmente ogni atomo di Rb presenta numeri di ossidazione con valori frazionari. Ad esempio, nel Rb6O (Rb6Due+ODue-) e Rb9ODue (Rb94+ODueDue-) la carica positiva è distribuita tra un insieme di atomi Rb (cluster). Così, nella Rb6Oppure il numero di ossidazione in teoria sarebbe +1/3; mentre in Rb9ODue, + 0,444 (4/9).
La struttura a grappolo di Rb è mostrata sopra.9ODue rappresentato da un modello di sfere e barre. Notare come i nove atomi di Rb “racchiudano” gli O anioni.Due-.
A titolo di elucubrazione, è come se parte dei cristalli metallici originali di rubidio fosse rimasta invariata mentre erano separati dal cristallo madre. Perdono elettroni nel processo; quelli necessari per attirare l'ODue-, e la carica positiva risultante è distribuita tra tutti gli atomi di detto ammasso (insieme o aggregati di atomi Rb).
Pertanto, in questi cluster di rubidio, l'esistenza di Rb non può essere formalmente presunta.+. Il Rb6O e Rb9ODue Sono classificati come subossidi di rubidio, in cui si verifica questa apparente anomalia di avere un eccesso di atomi metallici rispetto agli anioni di ossido.
Il rubidio è il 23 ° elemento più abbondante nella crosta terrestre, con un'abbondanza paragonabile a quella dei metalli zinco, piombo, cesio e rame. Il dettaglio è che i suoi ioni sono ampiamente diffusi, quindi non predomina in nessun minerale come elemento metallico principale, e anche i suoi minerali sono scarsi..
È per questo motivo che il rubidio è un metallo molto costoso, ancor più dell'oro stesso, poiché il suo processo di ottenimento dai suoi minerali è complesso a causa della difficoltà del suo sfruttamento..
In natura, data la sua reattività, il rubidio non si trova allo stato nativo, ma come ossido (RbDueO), cloruro (RbCl) o accompagnato da altri anioni. I suoi ioni "liberi" Rb+ si trovano nei mari con una concentrazione di 125 µg / L, così come nelle sorgenti calde e nei fiumi.
Tra i minerali della crosta terrestre che lo contengono in una concentrazione inferiore all'1% abbiamo:
-Leucite, K [AlSiDueO6]
-Polucita, Cs (SiDueCiao6NHDueO
-Carnalite, KMgCl36HDueO
-Zinnwaldite, KLiFeAl (AlSi3)O10(OH, F)Due
-Amazzonite, Pb, KAlSi3O8
-Petalite, LiAlSi4O10
-Biotite, K (Mg, Fe)3AlSi3O10(OH, F)Due
-Rubiclina, (Rb, K) AlSi3O8
-Lepidolite, K (Li, Al)3(Sì, Al)4O10(F, OH)Due
Tutti questi minerali condividono una o due cose in comune: sono silicati di potassio, cesio o litio, oppure sono sali minerali di questi metalli..
Ciò significa che il rubidio ha una forte tendenza ad associarsi al potassio e al cesio; Può persino sostituire il potassio durante la cristallizzazione di minerali o rocce, come accade nei depositi di pegmatiti quando il magma cristallizza. Pertanto, il rubidio è un sottoprodotto dello sfruttamento e della raffinazione di queste rocce e dei loro minerali..
Il rubidio può anche essere trovato in rocce comuni come granito, argille e basalto e persino nei depositi carboniferi. Di tutte le fonti naturali, la lepidolite rappresenta il suo principale minerale e dal quale viene sfruttata commercialmente..
Nella carnalite, invece, il rubidio può essere trovato come impurità RbCl con un contenuto dello 0,035%. E in una concentrazione più alta ci sono depositi di polucite e rubiclina, che possono contenere fino al 17% di rubidio..
La sua associazione geochimica con il potassio è dovuta alla somiglianza dei loro raggi ionici; il Rb+ è più grande di K+, ma la differenza di dimensioni non è un impedimento perché il primo possa sostituire il secondo nei suoi cristalli minerali.
Che si inizi con lepidolite o polucite, o con uno qualsiasi dei minerali sopra menzionati, la sfida rimane la stessa in misura maggiore o minore: separare il rubidio dal potassio e dal cesio; vale a dire applicare tecniche di separazione delle miscele che consentono di avere composti o sali di rubidio da un lato, e quelli di potassio e cesio, dall'altro..
Questo è difficile poiché questi ioni (K+, Rb+ e Cs+) condividono una grande somiglianza chimica; Reagiscono allo stesso modo per formare gli stessi sali, che difficilmente differiscono tra loro per la loro densità e solubilità. Ecco perché viene utilizzata la cristallizzazione frazionata, in modo che possano cristallizzare lentamente e in modo controllato..
Ad esempio, questa tecnica viene utilizzata per separare una miscela di carbonati e allume da questi metalli. I processi di ricristallizzazione devono essere ripetuti più volte per garantire cristalli di maggiore purezza e privi di ioni co-precipitati; un sale di rubidio che cristallizza con ioni K.+ o Cs+ sulla sua superficie o all'interno.
Tecniche più moderne, come l'uso di una resina a scambio ionico, o eteri corona come agenti complessanti, consentono anche l'isolamento degli ioni Rb.+.
Una volta che il sale di rubidio è stato separato e purificato, il passaggio successivo e ultimo consiste nel ridurre i cationi Rb+ al metallo solido. Per fare ciò, il sale viene fuso e sottoposto ad elettrolisi in modo che il rubidio precipiti sul catodo; oppure si usa un forte agente riducente, come calcio e sodio, in grado di perdere rapidamente elettroni e quindi ridurre il rubidio.
Il rubidio si trova sulla Terra come due isotopi naturali: il 85Rb e 87Rb. Il primo ha un'abbondanza del 72,17%, mentre il secondo del 27,83%.
Il 87Rb è responsabile del fatto che questo metallo è radioattivo; tuttavia, la sua radiazione è innocua e persino utile per l'analisi della datazione. Il suo tempo di emivita (t1/2) è 4,91010 anni, il cui arco di tempo supera l'età dell'Universo. Quando decade, diventa l'isotopo stabile 87Sig.
Grazie a questo, questo isotopo è stato utilizzato per datare l'era dei minerali terrestri e delle rocce presenti dall'inizio della Terra..
Oltre agli isotopi 85Rb e 87Rb, ce ne sono altri sintetici e radioattivi con vite variabili e molto più brevi; Ad esempio, lui 82Rb (t1/2= 76 secondi), 83Rb (t1/2= 86,2 giorni), 84Rb (t1/2= 32,9 giorni) e 86Rb (t1/2= 18,7 giorni). Di tutti loro, il 82Rb è il più utilizzato negli studi medici.
Il rubidio è un metallo così reattivo che deve essere conservato in fiale di vetro in un'atmosfera inerte in modo che non reagisca con l'ossigeno nell'aria. Se il blister si rompe, il metallo può essere immerso in cherosene o olio minerale per proteggerlo; tuttavia, finirà per essere ossidato dall'ossigeno disciolto in essi, dando origine a perossidi di rubidio.
Se, al contrario, si decide di appoggiarlo su legno, ad esempio, finirà per bruciare con una fiamma viola. Se c'è molta umidità, brucerà solo essendo esposto all'aria. Quando un grosso pezzo di rubidio viene gettato in un volume d'acqua, esplode vigorosamente, accendendo anche l'idrogeno gassoso prodotto.
Pertanto, il rubidio è un metallo che non tutti dovrebbero gestire, poiché praticamente tutte le sue reazioni sono esplosive..
A differenza del rubidio metallico, i suoi ioni Rb+ non rappresentano alcun rischio apparente per gli esseri viventi. Questi disciolti in acqua interagiscono con le cellule allo stesso modo degli ioni K.+.
Pertanto, il rubidio e il potassio hanno comportamenti biochimici simili; tuttavia, il rubidio non è un elemento essenziale, mentre il potassio lo è. In questo modo quantità apprezzabili di Rb+ può accumularsi all'interno di cellule, globuli rossi e visceri senza influire negativamente sul corpo di alcun animale.
È stato infatti stimato che un maschio adulto con una massa di 80 kg contenga circa 37 mg di rubidio; e che in aggiunta, un aumento di questa concentrazione nell'ordine da 50 a 100 volte non porta a sintomi indesiderati.
Tuttavia, un eccesso di ioni Rb+ potrebbe finire per spostare gli ioni K.+; e di conseguenza, l'individuo soffrirà di spasmi muscolari molto forti fino alla morte.
Ovviamente, i sali o i composti di rubidio solubili possono innescarlo immediatamente, quindi nessuno di loro deve essere ingerito. Inoltre, può provocare ustioni per semplice contatto, e tra i più tossici possiamo citare il fluoruro (RbF), l'idrossido (RbOH) e il cianuro (RbCN) del rubidio.
Il rubidio è stato utilizzato per catturare o rimuovere tracce di gas che possono essere in tubi sigillati sotto vuoto. Proprio per la loro elevata tendenza a catturare in essi ossigeno e umidità, li eliminano sulla loro superficie come perossidi.
Quando i sali di rubidio bruciano, emanano una caratteristica fiamma viola-rossastra. Alcuni fuochi d'artificio hanno questi sali nella loro composizione in modo che esplodano con questi colori.
Il cloruro di rubidio è stato prescritto per combattere la depressione, poiché gli studi hanno determinato una carenza di questo elemento in individui che soffrono di questa condizione medica. È stato anche usato come sedativo e per trattare l'epilessia.
Atomi di isotopo 87Rb sono stati usati per creare il primo condensato di Bose-Einstein. Questo stato della materia consiste nel fatto che gli atomi a temperatura abbastanza prossima allo zero assoluto (0 K), vengono raggruppati o “condensati”, comportandosi come se fossero uno..
Così, il rubidio è stato il protagonista di questo trionfo nel campo della fisica, e sono stati Eric Cornell, Carl Wieman e Wolfgang Ketterle a ricevere il Premio Nobel nel 2001 grazie a questo lavoro..
Il radioisotopo sintetico 82Rb decade emettendo positroni, che viene utilizzato per accumularsi nei tessuti ricchi di potassio; come quelli situati nel cervello o nel cuore. Viene quindi utilizzato per analizzare la funzionalità del cuore e la presenza di possibili tumori nel cervello mediante una tomografia a emissione di positroni..
Gli ioni di rubidio hanno trovato posto in diversi tipi di materiali o miscele. Ad esempio, le sue leghe sono state realizzate con oro, cesio, mercurio, sodio e potassio. È stato aggiunto a vetri e ceramiche probabilmente per aumentare il loro punto di fusione.
Nelle celle solari le perovskiti sono state aggiunte come componente importante. Allo stesso modo, è stato studiato anche il suo possibile utilizzo come generatore termoelettrico, materiale di trasferimento del calore nello spazio, carburante nei motori a propulsione ionica, mezzo elettrolitico per batterie alcaline e nei magnetometri atomici..
Con il rubidio e il cesio sono stati realizzati i famosi orologi atomici ad alta precisione, utilizzati ad esempio nei satelliti GPS con i quali i possessori dei loro smartphone possono conoscere la loro posizione mentre si muovono su una strada.
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