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Rubidio

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Rubidio
37 Rb
K

Rb

Cs
criptónrubidioestroncio
Apariencia
blanco gris
Propiedades generales
Nombre, símbolo, número rubidio, Rb, 37
Pronunciación / r ʉ b ɪ d yo ə m / BID Roo- -ee-əm
Categoría Elemento de metal alcalino
Grupo, período, bloque 1 (metales alcalinos) , 5, s
Peso atómico estándar 85,4678 (3)
Configuración electrónica [ Kr ] 5s 1
2, 8, 18, 8, 1
Capas de electrones de rubidio (2, 8, 18, 8, 1)
Historia
Descubrimiento Robert Bunsen y Gustav Kirchhoff (1861)
Primer aislamiento George de Hevesy
Propiedades físicas
Fase sólido
Densidad (cerca rt) 1,532 g · cm -3
Líquido densidad en mp 1,46 g · cm -3
Punto de fusion 312,46 K , 39.31 ° C, 102,76 ° F
Punto de ebullicion 961 K, 688 ° C, 1270 ° F
Punto crítico (Extrapolado) 2093 K, 16 MPa
Calor de fusión 2.19 kJ · mol -1
El calor de vaporización 75,77 kJ · mol -1
Capacidad calorífica molar 31.060 J · mol -1 · K -1
Presión del vapor
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
en T (K) 434 486 552 641 769 958
Propiedades atómicas
Estados de oxidación 1
(Fuertemente óxido básico)
Electronegatividad 0,82 (escala de Pauling)
Energías de ionización Primero: 403 kJ · mol -1
Segundo: 2632,1 kJ · mol -1
Tercero: 3859,4 kJ · mol -1
Radio atómico 248 pm
Radio covalente 220 ± 21:00
Van der Waals radio 303 pm
Miscelánea
Estructura cristalina centrada en el cuerpo cúbico
Rubidio tiene una estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo
Ordenamiento magnético paramagnético
La resistividad eléctrica (20 ° C) 128 nΩ · m
Conductividad térmica 58,2 W · m -1 · K -1
Velocidad del sonido (varilla delgada) (20 ° C) 1300 m · s -1
El módulo de Young 2,4 GPa
Módulo de volumen 2,5 GPa
Dureza de Mohs 0.3
Dureza Brinell 0,216 MPa
Número de registro del CAS 7440-17-7
La mayoría de los isótopos estables
Artículo principal: Los isótopos de rubidio
iso N / A media vida 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 es estable con 48 neutrones
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

El rubidio es un elemento químico con el símbolo Rb y número atómico 37. El rubidio es un suave, de color blanco plateado metálico elemento del metal alcalino del grupo, con una masa atómica de 85.4678. Rubidio Elemental es altamente reactivo, con propiedades similares a las de otros elementos en el Grupo 1 , como muy rápida la oxidación en aire . Rubidio tiene sólo un isótopo estable, 85 Rb, con el isótopo 87 Rb, que compone casi el 28% de origen natural de rubidio, siendo ligeramente radiactivo con una vida media de 49 mil millones años, más de tres veces más que el estimado la edad del universo .

Químicos alemanes Robert Bunsen y Gustav Kirchhoff descubrió rubidio en 1861 por el método recientemente desarrollado de espectroscopia de llama.

Compuestos de rubidio tienen diversas aplicaciones químicas y electrónicas. Rubidio metal se vaporiza fácilmente y tiene un cómodo rango de absorción espectral, lo que es un destino frecuente para láser manipulación de átomos .

Rubidio no se sabe que es necesario para cualquier organismos vivos . Sin embargo, como el cesio , iones de rubidio son manejados por los organismos vivos de una manera similar a la de potasio iones, están tomando activamente por las plantas y por las células animales .

Características

El rubidio es un muy suave, dúctil, metal de color blanco plateado. Es el segundo más electropositivo de los metales alcalinos no radiactivos y se funde a una temperatura de 39,3 ° C (102,7 ° F). Al igual que otros metales alcalinos, rubidio metálico reacciona violentamente con el agua, las formas amalgamas con mercurio y aleaciones con oro , hierro , de cesio , de sodio y de potasio , pero no de litio (a pesar del hecho de que el rubidio y litio están en el mismo grupo). Como con el potasio (que es ligeramente menos reactivo) y cesio (que es ligeramente más reactivo), la reacción de rubidio con agua es generalmente lo suficientemente vigoroso como para encender el hidrógeno gas se libera. Rubidio También se ha informado a inflamarse espontáneamente en el aire. Rubidio tiene una energía de ionización muy bajo de sólo 406 kJ / mol. Rubidio y potasio muestran un color púrpura muy similar en el prueba de la llama, lo que hace que los métodos de espectroscopia necesario distinguir los dos elementos.

Compuestos

El diagrama de bola y palo muestra dos octaedros regulares que están conectados entre sí por una cara. Todos los nueve vértices de la estructura son esferas de color púrpura que representan rubidio, y en el centro de cada octaedro es una pequeña esfera roja que representa oxígeno.
Rb grupo 9 O 2

Cloruro de rubidio (RbCl) es probablemente el compuesto de rubidio más utilizado; se utiliza en bioquímica para inducir células para captar ADN , y como un biomarcador ya que está fácilmente llevado al reemplazar potasio, y se produce en pequeñas cantidades en los organismos vivos. Otros compuestos de rubidio común son la corrosiva hidróxido de rubidio (RbOH), el material de partida para la mayoría de los procesos químicos a base de rubidio; carbonato de rubidio (Rb 2 CO 3), que se utiliza en algunos vidrios ópticos, y cobre sulfato de rubidio, Rb 2 SO 4 · CuSO 4 · 6H 2 O. Yoduro de rubidio plata (RbAg 4 I 5) tiene el mayor temperatura ambiente la conductividad de cualquier conocida cristal iónico, una propiedad que está siendo explotada en película delgada baterías y otras aplicaciones.

Rubidio tiene un número de óxidos, incluyendo monóxido de rubidio (Rb 2 O), Rb y Rb 6 O 9 O 2, que forman si rubidio de metal es expuesto al aire; rubidio en exceso de oxígeno da la superóxido RBO 2. Rubidio forma sales con haluros, haciendo fluoruro de rubidio, cloruro de rubidio, bromuro de rubidio, y yoduro de rubidio.

Isótopos

Aunque rubidio es monoisotopic, rubidio de origen natural se compone de dos isótopos: el establo 85 Rb (72,2%) y la radiactivo 87 Rb (27,8%). Rubidio Natural es radiactivo con actividad específica de aproximadamente 670 Bq / g, lo suficiente para exponer significativamente una películas fotográficas en 110 días. Aparte de 85 Rb y Rb 87, otro 24 isótopos o rubidio producidos sintéticamente se conocen, con tiempos de media de menos de 3 meses; la mayoría de ellos son altamente radiactivos y tienen pocos usos.

Rubidio-87 tiene una vida media de 48,8 × 10 9 años, lo que es más de tres veces la edad del universo de 13,75 ± 0,11 × 10 9 años, por lo que es un nucleido primordial. Sustituye fácilmente para potasio en minerales , y por lo tanto es bastante generalizada. Rb se ha utilizado ampliamente en la datación de rocas; 87 Rb decae a estable 87Sr por la emisión de un negativo partícula beta. Durante cristalización fraccionada, Sr tiende a concentrarse en plagioclasa, dejando Rb en la fase líquida. Por lo tanto, la relación Rb / Sr en residual magma puede aumentar con el tiempo, lo que resulta en rocas con elevados ratios de Rb / Sr debido a progresar diferenciación. Las proporciones más altas (10 o más) ocurren en pegmatitas. Si se conoce la cantidad inicial de Sr o se puede extrapolar, a continuación, la edad se puede determinar mediante la medición de las concentraciones de Rb y Sr y de la relación de Sr 87 Sr / 86. Las fechas indican la verdadera edad de los minerales sólo si las rocas no han sido alterados posteriormente (ver citas rubidio-estroncio).

Rubidio-82, uno de los isótopos no naturales del elemento, se produce por captura de electrones decadencia de estroncio-82 con una vida media de 25,36 días. La decadencia posterior de rubidio-82 con una vida media de 76 segundos a estable criptón-82 pasa por emisión de positrones.

Aparición

El rubidio es el vigésimo tercer elemento más abundante en la corteza terrestre, más o menos tan abundante como el zinc y bastante más común de lo que cobre . Se produce naturalmente en los minerales leucita, polucita, carnalita, y zinnwaldite, que contiene hasta 1% de su óxido. Lepidolite contiene entre 0,3% y 3,5% de rubidio, y es la fuente comercial del elemento. Algunos de potasio y minerales cloruros de potasio también contienen el elemento en cantidades comercialmente significativas.

El agua de mar contiene un promedio de 125 g / L de rubidio en comparación con el valor mucho más alto para el potasio de 408 mg / L y el valor mucho menor de 0,3 g / L para el cesio

Debido a su gran iónica radio, rubidio es uno de los " elementos incompatibles ". Durante magma cristalización, rubidio se concentra junto con su análogo más pesado de cesio en la fase líquida y cristaliza pasado. Por lo tanto los mayores yacimientos de rubidio y cesio son zona cuerpos de mineral de pegmatita formadas por este proceso de enriquecimiento. Debido a que los sustitutos de rubidio para potasio en la cristalización del magma, el enriquecimiento es mucho menos eficaz que en el caso de cesio. Cuerpos de mineral pegmatita zona que contiene cantidades explotables de cesio como polucita o los minerales de litio lepidolite también son una fuente de rubidio como un subproducto.

Dos fuentes notables de rubidio son los ricos yacimientos de polucita en Bernic Lake, Manitoba, Canadá , y la rubicline ((Rb, K) AlSi 3 O 8) encontrado como impurezas en polucita en la italiana isla de Elba, con un contenido de rubidio de 17,5%. Ambos de estos depósitos también son fuentes de cesio .

Producción

Aunque rubidio es más abundante en la corteza terrestre de cesio, las aplicaciones limitadas y la falta de un mineral rico en rubidio limita la producción de compuestos de rubidio a 2 a 4 toneladas por año. Hay varios métodos disponibles para la separación de potasio, rubidio, y cesio. La cristalización fraccionada de un rubidio y cesio alumbre (Cs, Rb) Al (SO4) 2 · 12H 2 O rendimientos después de 30 pasos subsiguientes pura alumbre de rubidio. Otros dos métodos son reportados, el proceso cloroestannato y el proceso de ferrocianuro.

Desde hace varios años en la década de 1950 y 1960, un subproducto de la producción de potasio llamado Alkarb era una fuente principal de rubidio. Alkarb contenía 21% de rubidio, con el resto siendo de potasio y una pequeña fracción de cesio. Hoy en día los mayores productores de cesio, como el Tanco Mina, Manitoba, Canadá, producen rubidio como subproducto de polucita.

Muere Flammenfärbung des Rubidium.jpg

Historia

Tres hombres de mediana edad, con el que está en el medio de sentarse. Todo llevar chaquetas largas y el hombre más bajo de la izquierda tiene una barba.
Gustav Kirchhoff (izquierda) y Robert Bunsen (centro) descubrió rubidio espectroscópica. (También es visible Henry Enfield Roscoe en el lado derecho.)

Rubidio fue descubierto en 1861 por Robert Bunsen y Gustav Kirchhoff, en Heidelberg, Alemania, en el mineral lepidolita mediante el uso de una espectroscopio. Debido a las líneas rojas brillantes en su espectro de emisión, que eligió un nombre derivado del latín palabra rubidus, que significa "rojo oscuro".

Rubidio está presente como un componente menor en lepidolite. Kirchhoff y Bunsen procesaron 150 kg de una lepidolita contiene sólo 0,24% de óxido de rubidio (Rb 2 O). Ambos potasio y la forma de rubidio sales insolubles con cloroplatínico ácido, pero estas sales muestran una ligera diferencia en la solubilidad en agua caliente. Por lo tanto, el rubidio menos soluble hexacloroplatinato (Rb 2 PtCl 6) podría obtenerse cristalización fraccionada. Después de la reducción de la hexacloroplatinato con hidrógeno . Como resultado se obtuvieron 0,51 gramos de cloruro de rubidio para estudios posteriores. El primer aislamiento a gran escala de compuestos de cesio y rubidio, realizado a partir de 44.000 litros de agua mineral por Bunsen y Kirchhoff, produjo, además de 7,3 gramos de cloruro de cesio, también 9,2 gramos de cloruro de rubidio. Rubidio fue el segundo elemento, poco después de cesio, que se descubrió espectroscópicamente , sólo un año después de la invención de la espectroscopio por Bunsen y Kirchhoff.

Los dos científicos utilizaron el cloruro de rubidio así obtenida para estimar el peso atómico del nuevo elemento como 85,36 (el valor actualmente aceptado es 85,47). Trataron de generar rubidio elemental por electrólisis del cloruro de rubidio fundido, pero en lugar de un metal, obtuvieron una sustancia homogénea azul, que "ni debajo de la simple vista ni con el microscopio mostraron el más mínimo rastro de sustancia metálica." Asignaron como subchloride (Rb 2 Cl); Sin embargo, el producto era probablemente una mezcla coloidal del cloruro de metal y rubidio. En un segundo intento de producir rubidio metálico, Bunsen fue capaz de reducir de rubidio por calentamiento de tartrato de rubidio carbonizado. Aunque el rubidio fue destilada pirofórico, fue posible determinar la densidad y el punto de fusión de rubidio. La calidad de la investigación realizada en la década de 1860 puede apreciarse por el hecho de que su densidad determinada difiere menos de 0,1 g / cm 3 y el punto de fusión de menos de 1 ° C de los valores actualmente aceptados.

La ligera radiactividad de rubidio fue descubierto en 1908, pero antes de que la teoría de los isótopos se estableció en la década de 1910 y la baja actividad debido a la larga vida media de 10 años de más de 10 hechos interpretación complicada. La decadencia ahora probada de 87 Rb a estable 87 Sr través decaimiento beta era aún objeto de debate a finales de 1940.

Rubidio tenía valor industrial mínima antes de la década de 1920. Desde entonces, el uso más importante de rubidio ha sido en la investigación y el desarrollo, principalmente en aplicaciones químicas y electrónicos. En 1995, se utilizó rubidio-87 para producir una Bose-Einstein, para el que los descubridores, Eric A. Cornell, Carl Wieman y Edwin Wolfgang Ketterle, ganó el 2001 Premio Nobel de Física .

Aplicaciones

Una fuente de rubidio reloj atómico en el Observatorio Naval de Estados Unidos

Compuestos de rubidio se utilizan a veces en fuegos artificiales para darles un color púrpura. Rubidio También se ha considerado para su uso en una generador termoeléctrico usando el principio magnetohidrodinámica, donde los iones de rubidio se forman por el calor a alta temperatura y se pasan a través de una campo magnético. Estos conducta electricidad y actuar como un inducido de un generador generando de ese modo una corriente eléctrica. Rubidio, particularmente vaporizado 87 Rb, es una de las especies atómicas más comúnmente utilizados empleados para enfriamiento por láser y La condensación de Bose-Einstein. Sus características deseables para esta aplicación son la disponibilidad de bajo costo diodo láser en la pertinente longitud de onda, y las temperaturas moderadas requeridas para obtener las presiones sustanciales de vapor.

Rubidio se ha usado para polarizar 3 Él, que producen volúmenes de gas magnetizado 3 Él, con los espines nucleares alineados hacia una dirección en particular en el espacio, en lugar de al azar.

Vapor de rubidio es bombeado ópticamente por un láser y el Rb polarizado polariza 3 Él a través de la interacción hiperfina.

Tal células 3 El espín polarizado se están convirtiendo en popular para mediciones de polarización de neutrones y para la producción de haces de neutrones polarizados para otros fines.

El elemento resonante en relojes atómicos utiliza el estructura hiperfina de los niveles de energía de rubidio, haciendo rubidio útil para medir el tiempo de alta precisión, y se utiliza como componente principal de las referencias de frecuencia secundarias (osciladores de rubidio) para mantener la precisión de frecuencia en los transmisores de estación base y otra de transmisión electrónica, redes y equipos de prueba. Estos los patrones de rubidio se utilizan a menudo con GPS para producir un "estándar de frecuencia primaria" que tiene una mayor precisión y es menos costoso que los estándares de cesio. Tales patrones de rubidio a menudo son producidos en masa para la telecomunicación industria.

Otros usos potenciales o reales, de rubidio incluyen un fluido de trabajo en turbinas de vapor, como getter en tubos de vacío, y como componente fotocélula. Rubidio también se utiliza como un ingrediente en tipos especiales de vidrio, en la producción de superóxido por la quema en oxígeno , en el estudio de potasio los canales de iones en la biología, y como el vapor para hacer atómica magnetómetros. En particular, se está utilizando actualmente 87 Rb, con otros metales alcalinos, en el desarrollo de intercambio de espín relajación libre de (siervo) magnetómetros.

Se utiliza rubidio-82 de tomografía de emisión de positrones. El rubidio es muy similar al de potasio y por lo tanto el tejido con un alto contenido de potasio también acumular el rubidio radiactivo. Uno de los usos principales es en La imagen de perfusión miocárdica. La vida media muy corta de 76 segundos hace que sea necesario para producir el rubidio-82 de la descomposición de estroncio-82 cerca del paciente. Como resultado de los cambios en el barrera hematoencefálica en los tumores cerebrales, rubidio se acumula más en los tumores cerebrales que el tejido cerebral normal, permitiendo el uso de radioisótopos de rubidio-82 en medicina nuclear para localizar y tumores cerebrales imagen.

Rubidio fue probado para la influencia en la depresión maníaca y depresión. Los pacientes en diálisis que sufren de depresión muestran un agotamiento en rubidio y por lo tanto una administración de suplementos pueden ayudar durante la depresión. En algunos ensayos, el rubidio se administró como cloruro de rubidio con hasta 720 mg por día durante 60 días.

Precauciones y efectos biológicos

Rubidio reacciona violentamente con el agua y puede causar incendios. Para garantizar la seguridad y la pureza, este metal generalmente se mantiene bajo una seca aceite mineral o sellado en ampollas de vidrio en una atmósfera inerte. Formas de rubidio peróxidos sobre la exposición incluso a pequeña cantidad de difusor de aire en el aceite, y es por lo tanto sujeto a las precauciones de peróxido similares como el almacenamiento de metálico de potasio .

Rubidio, como el sodio y el potasio, casi siempre tiene estado de oxidación +1 cuando se disuelve en agua, incluyendo su presencia en todos los sistemas biológicos. El cuerpo humano tiende a tratar los iones Rb + como si fueran los iones de potasio, y por lo tanto se concentra rubidio en el cuerpo de líquido intracelular (es decir, dentro de las células). Los iones no son particularmente tóxicos; una persona de 70 kg contiene en promedio 0,36 g de rubidio, y un aumento de este valor por 50 a 100 veces no mostró efectos negativos en personas de la prueba. La la vida media biológica de rubidio en los seres humanos se midió como 31-46 días. Aunque una sustitución parcial de potasio por el rubidio es posible, las ratas con más de 50% de su potasio sustituido en el tejido muscular murieron.

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