Rubidium

Rubidium
37 Rb
K ↑ Rb ↓ Cs Tableau périodique krypton ← → rubidium strontium
Apparence
blanc gris
Propriétés générales
Nom, symbole, nombre	rubidium, Rb, 37
Prononciation	/ r ʉ b ɪ ré Je ə m / BID roo- -ee-əm
Élément Catégorie	métal alcalin
Groupe, période, bloc	(1) des métaux alcalins , 5, s
Poids atomique standard	85,4678 (3)
Configuration électronique	[ Kr ] 5s 1 2, 8, 18, 8, 1
Histoire
Découverte	Robert Bunsen et Gustav Kirchhoff (1861)
Premier isolement	George de Hevesy
Propriétés physiques
Phase	solide
Densité (à proximité rt)	1,532 g · cm -3
Liquid densité au mp	1,46 g · cm -3
Point de fusion	312,46 K , 39,31 ° C, 102,76 ° F
Point d'ébullition	961 K, 688 ° C, 1270 ° F
Point critique	(Extrapolé) 2093 K, 16 MPa
La chaleur de fusion	2,19 kJ · mol -1
Chaleur de vaporisation	75,77 kJ · mol -1
Capacité thermique molaire	31,060 J · mol -1 · K -1
La pression de vapeur
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k à T (K) 434 486 552 641 769 958
Propriétés atomiques
États d'oxydation	1 (Fortement oxyde de base)
Électronégativité	0,82 (échelle de Pauling)
énergies d'ionisation	1e: 403 kJ · mol -1
	2ème: 2632,1 kJ · mol -1
	3ème: 3859,4 kJ · mol -1
Rayon atomique	248 h
Rayon covalente	220 ± 21 heures
Rayon de Van der Waals	303 h
Miscellanées
Crystal structure	cubique centré
Ordre magnétique	paramagnétique
Résistivité électrique	(20 ° C) 128 nΩ · m
Conductivité thermique	58,2 W · m -1 · K -1
Vitesse du son (tige mince)	(20 ° C) 1,300 m · s -1
Le module d'Young	2,4 GPa
Module Bulk	2,5 GPa
Dureté Mohs	0,3
Dureté Brinell	0,216 MPa
Numéro de registre CAS	7440-17-7
La plupart des isotopes stables
Article détaillé: Isotopes du rubidium
iso N / A demi-vie DM DE ( MeV) DP 83 Rb syn 86,2 d ε - 83 Kr γ 0,52, 0,53, 0,55 - 84 Rb syn 32,9 d ε - 84 Kr β + 1,66, 0,78 84 Kr γ 0,881 - β - 0,892 84 Sr 85 Rb 72,168% 85 Rb est stable avec 48 neutrons 86 Rb syn 18,65 d β - 1,775 86 Sr γ 1,0767 - 87 Rb 27,835% 4,88 × 10 10 y β - 0,283 87 Sr

Rubidium est un élément chimique avec le symbole Rb et le numéro atomique 37. Rubidium est un doux, blanc argenté métallique élément du métal alcalin groupe, avec une masse atomique de 85,4678. Rubidium élémentaire est très réactif, avec des propriétés similaires à celles des autres éléments dans le groupe 1 , tels que les très rapide oxydation dans l'air . Rubidium n'a qu'un seul isotope stable, ⁸⁵ Rb, avec l'isotope ⁸⁷ Rb, qui compose près de 28% de rubidium naturellement, étant légèrement radioactives avec une demi-vie de 49 milliards d'années de plus de trois fois plus que le montant estimé âge de l'univers .

Chimistes allemands Robert Bunsen et Gustav Kirchhoff découvert rubidium en 1861 par la méthode de nouvellement développé spectroscopie flamme.

Les composés de rubidium ont diverses applications chimiques et électroniques. Rubidium métal est facilement vaporisé et dispose d'une gamme d'absorption spectrale pratique, ce qui en fait une cible fréquente pour laser manipulation des atomes .

Le rubidium ne est pas connu pour être nécessaire pour des organismes vivants . Cependant, comme le césium , les ions rubidium sont gérées par des organismes d'une manière similaire à la vie de potassium ions, étant activement absorbés par les plantes et par des cellules animales .

Caractéristiques

Rubidium est un très doux, ductile, blanc argenté. Ce est la deuxième plus électropositif des métaux alcalins non radioactifs et fond à une température de 39,3 ° C (102,7 ° F). Semblable à d'autres métaux alcalins, le rubidium métal réagit violemment avec l'eau, formes amalgames de mercure et alliages avec l'or , le fer , le césium , le sodium et le potassium , mais pas lithium (en dépit du fait que le rubidium et le lithium sont dans le même groupe). Comme potassium (ce qui est un peu moins réactif) et le césium (qui est légèrement plus réactif), la réaction de rubidium avec de l'eau est généralement assez vigoureuse pour enflammer l' hydrogène gazeux, il libère. Le rubidium a également été rapportée pour enflammer spontanément à l'air. Le rubidium a une très faible énergie d'ionisation de seulement 406 kJ / mol. Rubidium et potassium montrent une couleur pourpre très similaire dans le essai à la flamme, ce qui rend les méthodes de spectroscopie nécessaire de distinguer les deux éléments.

Composés

Rb ₉ O ₂ grappe

chlorure de rubidium (RbCl) est probablement le composé le plus utilisé de rubidium; il est utilisé dans la biochimie pour induire des cellules de reprendre l'ADN , et en tant que biomarqueur, car il est facilement absorbé à remplacer le potassium, et est présent en petites quantités dans les organismes vivants. D'autres composés de rubidium commune sont les corrosive l'hydroxyde de rubidium (RbOH), le matériau de départ pour la plupart des procédés chimiques à base de rubidium; le carbonate de rubidium (Rb ₂ CO _3), qui est utilisé dans des verres optiques, et de sulfate de cuivre de rubidium, Rb ₂ SO ₄ · CuSO ₄ · 6H ₂ O. L'iodure de rubidium d'argent (RbAg ₄ I ₅₎ a le plus haut température ambiante conductivité connue de toute cristal ionique, une propriété qui est exploitée dans le film mince batteries et autres applications.

Le rubidium a un certain nombre de oxydes, y compris le rubidium monoxyde (Rb ₂ O), Rb et Rb ₆ O ₉ O _2, qui forment si le rubidium métal est exposé à l'air; rubidium en excès d'oxygène donne le superoxyde RBO _2. Rubidium forme des sels avec des halogénures, rendant le fluorure de rubidium, le chlorure de rubidium, le bromure de rubidium, et iodure de rubidium.

Isotopes

Bien que le rubidium est monoisotopique, le rubidium naturel est composé de deux isotopes: le Rb stable ⁸⁵ (72,2%) et le radioactive ⁸⁷ Rb (27,8%). Rubidium naturel est radioactif ayant une activité spécifique d'environ 670 Bq / g, suffisamment pour exposer de manière significative une film photographique dans 110 jours. Mis à part ⁸⁵ et ⁸⁷ Rb Rb, un autre 24 isotopes ou rubidium produits par synthèse sont connus, avec des temps de demi de moins de 3 mois; la plupart de ceux-ci sont hautement radioactifs et ont quelques utilisations.

Rubidium-87 a une demi-vie de 48,8 × 10 ⁹ ans, ce qui est plus de trois fois l' âge de l'univers de 13,75 ± 0,11 × 10 ⁹ années, ce qui en fait un nucléide primordial. Il remplace facilement pour le potassium dans les minéraux , et est donc assez répandue. Rb a été largement utilisé dans datation des roches; ⁸⁷ Rb se désintègre à stable ⁸⁷ Sr par émission d'un négatif particules bêta. Pendant cristallisation fractionnée, Sr tend à se concentrer dans plagioclase, laissant Rb dans la phase liquide. Par conséquent, le / Sr Rb dans résiduelle magma peut augmenter au fil du temps, résultant dans les roches avec élevées Rb / Sr due à progresser différenciation. Les ratios les plus élevés (10 ou plus) se produisent dans pegmatites. Si le montant initial de Sr est connue ou peut être extrapolée, puis l'âge peut être déterminée par la mesure de la Rb et Sr concentrations et du rapport Sr ⁸⁷ Sr / ^86. Les dates indiquent l'âge véritable des minéraux que si les rochers ne ont pas été modifiées par la suite (voir datant de rubidium-strontium).

Rubidium-82, l'un des isotopes non naturels de l'élément, est produite par capture d'électrons décroissance de strontium 82 dont la demi-vie de 25,36 jours. La désintégration ultérieure de rubidium-82 avec une demi-vie de 76 secondes à stable krypton-82 produit par la tomographie par émission.

Occurrence

Rubidium est la vingt-troisième élément le plus abondant dans la croûte terrestre, à peu près aussi abondante que le zinc et plutôt plus commun que le cuivre . Il se produit naturellement dans les minerais leucite, pollucite, carnallite, et zinnwaldite, qui contient jusqu'à 1% de son oxyde. Lépidolite contient entre 0,3% et 3,5% de rubidium, et est la source commerciale de l'élément. Certains potassium et de minéraux les chlorures de potassium contiennent également l'élément en des quantités commercialement significatives.

L'eau de mer contient en moyenne 125 mg / L de rubidium par rapport à la valeur beaucoup plus élevée de potassium de 408 mg / L et la valeur beaucoup plus faible de 0,3 ug / L pour le césium

En raison de sa grande rayon ionique, le rubidium est l'un des " éléments incompatibles. »Pendant magma cristallisation, le rubidium est concentré avec son plus lourd césium analogique en phase liquide et cristallise dernier. Par conséquent, les plus grands gisements de rubidium et le césium sont zone corps minéralisés pegmatite formés par ce processus d'enrichissement. Parce que substituts de rubidium pour potassium dans la cristallisation du magma, l'enrichissement est beaucoup moins efficace que dans le cas du césium. gisements de pegmatite de la zone contenant des quantités exploitables de césium pollucite ou les minéraux de lithium lépidolite sont également une source de rubidium en tant que sous-produit.

Deux sources notables de rubidium sont les riches gisements de pollucite au Bernic Lake, Manitoba, Canada , et de la rubicline ((Rb, K) AlSi ₃ O ₈₎ trouvé sous forme d'impuretés dans pollucite sur l' italien île de Elbe, avec une teneur en rubidium de 17,5%. Ces deux dépôts sont aussi des sources de césium .

Production

Bien que le rubidium est plus abondant dans la croûte terrestre que le césium, les applications limitées et le manque d'un minéral riche en rubidium limite la production de composés de rubidium à 2-4 tonnes par an. Plusieurs méthodes sont disponibles pour la séparation de potassium, le rubidium, et le césium. Le la cristallisation fractionnée d'un alun de rubidium et le césium (Cs, Rb) Al (SO _{4) 2} · 12H ₂ O rendements après 30 étapes ultérieures pur alun de rubidium. Deux autres méthodes sont rapportées, le processus de chlorostannate et le processus de ferrocyanure.

Depuis plusieurs années, dans les années 1950 et 1960, un sous-produit de la production de potassium appelé Alkarb était une source principale pour le rubidium. Alkarb contenait 21% de rubidium, avec le reste étant du potassium et d'une petite fraction de césium. Aujourd'hui, les plus grands producteurs de césium, comme le Mine Tanco, Manitoba, Canada, produire rubidium comme sous-produit de pollucite.

Histoire

Gustav Kirchhoff (à gauche) et Robert Bunsen (au centre) a découvert le rubidium par spectroscopie. (Aussi est visible Henry Enfield Roscoe sur le côté droit.)

Rubidium a été découvert en 1861 par Robert Bunsen et Gustav Kirchhoff, à Heidelberg, en Allemagne, dans le minéral lépidolite par l'utilisation d'un spectroscope. Parce que des lignes rouges lumineuses dans son spectre d'émission, ils ont choisi un nom dérivé du latin mot rubidus, ce qui signifie "rouge foncé".

Rubidium est présent comme composant mineur dans lépidolite. Kirchhoff et Bunsen traitées 150 kg d'un lépidolite ne contenant que 0,24% d'oxyde de rubidium (Rb ₂ O). Les deux potassium et de rubidium forment des sels insolubles avec chloroplatinique l'acide, mais ces sels montrent une légère différence de solubilité dans l'eau chaude. Par conséquent, le rubidium moins soluble hexachloroplatinate (Rb ₂ PtCl ₆₎ peut être obtenu par cristallisation fractionnée. Après réduction avec de l'hexachloroplatinate d'hydrogène . Ce processus a donné 0,51 g de le chlorure de rubidium pour des études ultérieures. Le premier grand isolement échelle de composés de césium et de rubidium, effectuée à partir de 44 000 litres d'eau minérale par Bunsen et Kirchhoff, a donné, outre 7,3 grammes de le chlorure de césium, également 9,2 g de le chlorure de rubidium. Rubidium était le deuxième élément, peu de temps après le césium, à découvrir par spectroscopie , un an seulement après l'invention de la spectroscope par Bunsen et Kirchhoff.

Les deux scientifiques ont utilisé le chlorure de rubidium ainsi obtenu pour estimer la poids atomique du nouvel élément que 85,36 (la valeur actuellement acceptée est 85,47). Ils ont essayé de générer des rubidium élémentaire par électrolyse de fusion chlorure de rubidium, mais au lieu d'un métal, ils ont obtenu une substance homogène bleue qui "ni sous l'œil nu, ni au microscope a montré la moindre trace de substance métallique." Ils ont assigné comme un protochlorure (Rb ₂ Cl); Cependant, le produit était probablement un mélange colloïdal du métal et du chlorure de rubidium. Dans une deuxième tentative pour produire le rubidium métallique, Bunsen a pu réduire le rubidium par chauffage carbonisé rubidium tartrate. Bien que le rubidium a été distillée pyrophorique, il a été possible de déterminer la densité et le point de fusion de rubidium. La qualité de la recherche effectuée dans les années 1860 peut être évalué par le fait que leur densité déterminée diffère moins de 0,1 g / cm ³ et le point de fusion de moins de 1 ° C à partir des valeurs actuellement acceptées.

La légère radioactivité de rubidium a été découvert en 1908, mais avant que la théorie d'isotopes a été créé dans les années 1910 et la faible activité en raison de la longue demi-vie de plus de 10 ^dix années faites interprétation compliqué. La décroissance maintenant prouvé de ⁸⁷ Rb à stable ⁸⁷ Sr travers désintégration bêta était encore en discussion à la fin des années 1940.

Rubidium avait valeur industrielle minimale avant les années 1920. Depuis lors, l'utilisation la plus importante de rubidium a été dans la recherche et le développement, principalement dans des applications chimiques et électroniques. En 1995, a été utilisé rubidium-87 pour produire un Condensat de Bose-Einstein, pour lesquels les découvreurs, Eric Cornell, Carl Wieman et Edwin Wolfgang Ketterle, a remporté le 2001 Prix Nobel de Physique .

Applications

Une fontaine de rubidium horloge atomique au Observatoire naval des États-Unis

composés de rubidium sont parfois utilisés dans feux d'artifice pour leur donner une couleur pourpre. Rubidium a également été pris en considération pour une utilisation dans un à l'aide du générateur thermoélectrique principe magnétohydrodynamique, où les ions rubidium sont formées par la chaleur à haute température et passés à travers un champ magnétique. Ce comportement de l'électricité et d'agir comme un induit d'un générateur générant de ce fait un courant électrique. Le rubidium, en particulier vaporisé ⁸⁷ Rb, est l'une des espèces atomiques les plus couramment utilisés pour employés refroidissement du laser et Condensation de Bose-Einstein. Ses caractéristiques souhaitables pour cette application comprennent la disponibilité de bon marché diode laser à la pertinente longueur d'onde, et les températures modérées nécessaires pour obtenir des pressions de vapeur importantes.

Le rubidium a été utilisé pour polariser ³ Il, les volumes de production de gaz magnétisé ³ Il, avec les spins nucléaires alignés dans une direction particulière dans l'espace, plutôt qu'au hasard.

vapeur de rubidium est pompé optiquement par un laser et la Rb polarisée polarise ³ Il travers le interaction hyperfine.

Tel cellules ³ He polarisé en spin sont de plus populaire pour les mesures de polarisation de neutrons et pour produire des faisceaux de neutrons polarisés à d'autres fins.

L'élément résonnant dans horloges atomiques utilise les structure hyperfine des niveaux d'énergie de rubidium, rendant le rubidium utile pour la synchronisation de haute précision, et est utilisé comme composant principal des fréquences de référence secondaires (oscillateurs de rubidium) pour maintenir la précision de fréquence dans les émetteurs de site cellulaire et autres transmission électronique, le réseautage et l'équipement d'essai. Ces les normes de rubidium sont souvent utilisés avec GPS pour produire un "étalon primaire de fréquence" qui a une plus grande précision et est moins cher que les normes de césium. Ces normes de rubidium sont souvent produites en masse pour la télécommunication industrie.

Autres usages potentiels ou actuels de rubidium comprennent un fluide de travail dans les turbines à vapeur, comme un dans getter les tubes à vide, et en tant que composant de la cellule photoélectrique. Rubidium est également utilisé comme ingrédient dans des types particuliers de verre, dans la production de superoxyde par combustion dans l'oxygène , dans l'étude de potassium canaux ioniques en biologie, et que la vapeur pour faire atomique magnétomètres. En particulier, ⁸⁷ Rb est actuellement utilisé, avec d'autres métaux alcalins, dans le développement de relaxation spin-échange sans (SERF) magnétomètres.

Rubidium-82 est utilisé pour tomographie par émission de positrons. Rubidium est très similaire au tissu potassium et donc à forte teneur en potassium va également se accumuler le rubidium radioactifs. L'une des principales utilisations est dans imagerie de perfusion myocardique. La demi-vie très courte de 76 secondes, il est nécessaire pour produire le rubidium-82 de la désintégration de strontium-82 à proximité du patient. À la suite de changements dans la barrière hémato-encéphalique dans les tumeurs cérébrales, le rubidium recueille plus dans les tumeurs cérébrales que le tissu cérébral normal, ce qui permet l'utilisation de radio-isotope de rubidium-82 dans médecine nucléaire de localiser et de l'image des tumeurs cérébrales.

Rubidium a été testé pour l'influence sur la maniaco-dépression et la dépression. Les patients dialysés souffrant de dépression montrent une diminution dans le rubidium et donc une supplémentation peut aider pendant la dépression. Dans certains essais, le rubidium a été administré sous forme de chlorure de rubidium avec un maximum de 720 mg par jour pendant 60 jours.

Précautions et effets biologiques

Rubidium réagit violemment avec l'eau et peut provoquer des incendies. Pour assurer la sécurité et la pureté, ce métal est généralement maintenu sous une sèche une huile minérale ou scellée dans des ampoules de verre dans une atmosphère inerte. formes de rubidium peroxydes sur l'exposition, même à petite quantité de diffuseur d'air dans l'huile, et est donc soumis à des précautions de peroxyde similaires que le stockage de matériaux métalliques potassium .

Rubidium, comme le sodium et le potassium, a presque toujours une état d'oxydation dissous dans l'eau, y compris sa présence dans tous les systèmes biologiques. Le corps humain tend à traiter ions Rb ⁺ comme se ils étaient des ions potassium, rubidium et se concentre par conséquent dans le corps de liquide intracellulaire (ce est à dire, l'intérieur des cellules). Les ions sont pas particulièrement toxique; une personne de 70 kg contient en moyenne 0,36 g de rubidium, et une augmentation de cette valeur de 50 à 100 fois ne ont pas montré d'effets négatifs chez les personnes de test. Le demi-vie biologique de rubidium chez les humains a été mesurée en 31 à 46 jours. Bien qu'une substitution partielle du potassium par du rubidium est possible, les rats ayant plus de 50% de leur potassium substitué dans le tissu musculaire sont morts.