РУБИДИЈУМ: ИСТОРИЈА, СВОЈСТВА, СТРУКТУРА, ДОБИЈАЊЕ, УПОТРЕБЕ - ХЕМИЈА - 2026

Рубидијум је метални елемент који припада групи 1 периодног система: соли алкалних метала, представљен са хемијском симболом Рб. Његово име звучи слично рубин, и то зато што је када је откривен његов спектар емисије показао карактеристичне линије дубоке црвене боје.

То је један од најреактивнијих метала који постоји. То је први од алкалних метала који, иако нису веома густи, тоне у воду. Такође са њим реагује експлозивније у поређењу са литијумом, натријумом и калијумом. Било је експеримената у којима пликови пукну тамо где су смештени (слика са доње стране) како би пала и експлодирала у кадама.

Ампула са једним грамом рубидијума чува се у инертној атмосфери. Извор: Хи-Рес слике хемијских елемената

Рубидиум се одликује скупљим металом од самог злата; не толико због своје оскудности, већ због широке минералошке дистрибуције у земљиној кори и тешкоћа које настају приликом њеног изоловања из једињења калијума и цезијума.

Показује јасну тенденцију повезивања са калијумом у његовим минералима, што се сматра нечистоћом. Не само у геохемијским стварима, он формира двојац са калијумом, већ и на пољу биохемије.

Организам "греши" К ⁺ јоне за оне од Рб ⁺ ; међутим, рубидијум до данас није битан елемент, јер је његова улога у метаболизму непозната. Поред тога, додаци рубидија коришћени су за ублажавање одређених здравствених стања као што су депресија и епилепсија. С друге стране, оба јона исијавају љубичасти пламен у топлини упаљача.

Због високих трошкова, његове примјене не темеље се превише на синтези катализатора или материјала, већ као компонента за разне уређаје са теоријским физичким основама. Један од њих су атомски сат, соларне ћелије и магнетометри. Због тога се рубидијум понекад сматра подцењеним или недовољно проученим металом.

Историја

Рубидијум су открили 1861. године немачки хемичари Роберт Бунсен и Густав Кирцххофф помоћу спектроскопије. Да би то учинили, користили су Бунсенов пламеник и спектроскоп, изумљен две године раније, као и аналитичке технике падавина. Њихов предмет испитивања био је минерал лепидолит, чији је узорак прикупљен из Саксоније у Немачкој.

Почели су са 150 кг Лепидолите минерала, који су третираних цхлороплатиниц киселином, Х ₂ ПтЦл ₆ , да се таложи калијум хексахлороплатинат, К ₂ ПтЦл ₆ . Међутим, када су проучавали његов спектар спаљивањем га у Бунсенов пламеник, схватили су да он показује емисионе линије које се не поклапају са било којим другим елементом у то време.

Емисијски спектар овог новог елемента карактерише постојање две добро дефинисане линије у црвеној регији. Због тога су га крстили именом 'рубидус' што значи 'тамноцрвено'. Касније, Бунсен и Кирцххофф успео да одвоји Рб ₂ ПтЦл ₆ из К ₂ ПтЦл ₆ фракционом кристализацијом; да би га на крају смањили на хлоридну со користећи водоник.

Идентифицирајући и изоловајући сол новог елемента рубидијума, немачким хемичарима је било потребно само да га смање до металичког стања. Да би то постигли покушали су на два начина: применом електролизе на рубидијум хлорид или загревањем соли коју је лакше смањити, попут њеног тартарата. Тако се родио метални рубидијум.

Физичка и хемијска својства

Изглед

Мекан, сребрно-сив метал. Тако је глатка да личи на путер. Обично се пакује у стаклене ампуле, унутар којих преовлађује инертна атмосфера која га штити од реакције са ваздухом.

Атомски број (З)

37

Моларна маса

85.4678 г / мол

Тачка топљења

39 ° Ц

Тачка кључања

688 ºЦ

Густина

На собној температури: 1.532 г / цм ³

Ат топљења: 1,46 г / цм ³

Густина рубидијума је већа него код воде, па ће потонути док бурно реагује с њим.

Топлина фузије

2,19 кЈ / мол

Топлина испаравања

69 кЈ / мол

Електронегативност

0,82 на Паулинг-овој скали

Електронски афинитет

46,9 кЈ / мол

Енергије јонизације

-Први: 403 кЈ / мол (Рб ⁺ гасовити)

-Секунда: 2632,1 кЈ / мол (Рб ²⁺ гасовити)

-Треће: 3859,4 кЈ / мол (Рб ³⁺ гасовити)

Атомски радио

248 пм (емпиријски)

Топлотна проводљивост

58,2 В / (м К)

Електрична отпорност

128 нΩ м на 20 ° Ц

Мохсова тврдоћа

0,3. Стога је чак и талк тврђи од металног рубидијума.

Реактивност

Тест пламена за рубидијум. Када реагује, одаје љубичасти пламен. Извор: Дидактисцхе.Медиен

Рубидијум је један од најактивнијих алкалних метала, после цезијума и францијума. Чим је изложен ваздуху, почиње да гори, а ако је задеси, пушта лагане искре. Ако се загрева, такође емитује љубичасти пламен (горња слика), што је позитиван тест за Рб ⁺ јоне .

Реагује са кисеоником и формира смеша пероксида (Рб ₂ О ₂ ) анд супероксид (РБО ₂ ). Иако не реагује са киселинама и базама, он бурно реагује с водом, стварајући рубидијум хидроксид и водоник гас:

Рб (с) + Х ₂ О (л) => РбОХ (ак) + Х ₂ (г)

Реагира са водоником и формира његов одговарајући хидрид:

Рб (с) + Х ₂ (г) => 2РбХ (с)

А такође са халогенима и сумпором експлозивно:

2ск (с) + Цл ₂ (г) => РбЦл (с)

2Рб (с) + С (л) => Рб ₂ С

Иако се рубидијум не сматра токсичним елементом, потенцијално је опасан и представља опасност од пожара када дође у контакт са водом и кисеоником.

Структура и електронска конфигурација

Атоми Рубидијума су распоређени на такав начин да успостављају кристал са кубичном структуром центрираном у телу (бцц). Ова структура је карактеристична за алкалне метале, који су лагани и имају тенденцију да лебде на води; осим рубидијума доле (цезијум и францијум).

У кристалима рубидиум бцц, њихови Рб атоми међусобно делују захваљујући металној вези. Овим управља „море електрона“ из његове валентне љуске, из орбите 5с у складу са њеном електроничком конфигурацијом:

5с ¹

Свих 5-орбитала са својим једним електроном се преклапају у свим димензијама металних кристала рубидијума. Међутим, ове интеракције су слабе, пошто се неко креће низ групу алкалних метала, орбитале постају дифузније и, с тим, метална веза слаби.

Због тога је тачка рубидијума 39 ° Ц. Исто тако, његова слаба метална веза објашњава мекоћу његове чврсте материје; тако мекан да личи на сребрни путер.

Нема довољно библиографских података о понашању његових кристала под високим притиском; ако постоје гушће фазе са јединственим својствима као што је натријум.

Оксидациони бројеви

Његова електронска конфигурација одједном показује да рубидијум снажно губи свој појединачни електрон да би постао изоелектронски у односу на племенити криптон гаса. Када то учини, настаје моновалентни катион Рб ⁺ . Тада се каже да у својим једињењима има оксидациони број +1 када се претпостави постојање овог катиона.

Због тенденције рубидијума да оксидира, претпоставка да у њеним једињењима постоје иони Рб ⁺ су тачни, што заузврат указује на јонски карактер ових једињења.

У скоро свим рубидијевим једињењима има оксидациони број +1. Примери су следећи:

-Рубидијум хлорид, РбЦл (Рб ⁺ Цл ^- )

-Рубидиум хидроксид, РбОХ (Рб ⁺ ОХ ^- )

-Рубидиум карбонат, Рб ₂ ЦО ₃ (Рб ₂ ⁺ ЦО ₃ ^2- )

-Рубидијум моноксид, Рб ₂ О (Рб ₂ ⁺ О ^2- )

-Рубидиум супероксида, РБО ₂ (Рб ⁺ О ₂ ^- )

Иако је веома ретко, рубидијум такође може имати негативан оксидациони број: -1 (Рб ^- ). У овом случају, могло би се говорити о "рубидиду" ако би формирало једињење са елементом који је мање негативан од њега или ако је подвргнут посебним и строгим условима.

Кластери

Постоје једињења где појединачно сваки Рб атом представља оксидационе бројеве са фракционим вредностима. На пример, у Рб ₆ О (Рб ₆ ²⁺ О ^2- ) и Рб ₉ О ₂ (Рб ₉ ⁴⁺ О ₂ ^2- ) позитивни набој је распоређен између скупа Рб атома (кластера). Тако, у Рб ₆ О ће број оксидација у теорији бити +1/3; док је у Рб ₉ О ₂ , + 0,444 (4/9).

Структура кластера Рб9О2. Извор: Акиосаурус

Изнад је структура кластера Рб ₉ О ₂ представљена моделом сфера и шипки. Запазите како девет Рб атома "затвара" О ^2- анионе .

Као појашњење, као да је део оригиналних металних кристала рубидијума остао непромењен док су били одвојени од матичног кристала. У процесу губе електроне; оне неопходне за привлачење О ^2- , а резултирајући позитивни набој се дистрибуира између свих атома поменутог кластера (скупа или агрегата Рб атома).

Дакле, у овим кластерима рубидијума не може се формално претпоставити постојање Рб ⁺ . Рб ₆ О и Рб ₉ О _{2 су} класификоване као рубидијума субокидес у којима је испуњен овај привидни аномалија која има вишак атома метала у односу на оксида ањона.

Где се могу наћи и набавити

земља кора

Лепидолитни узорак минерала. Извор: Роб Лавински, иРоцкс.цом - ЦЦ-БИ-СА-3.0

Рубидијум је 23. најбогатији елемент у земљиној кори, с обиљем упоредивим са металом цинком, оловом, цезијом и бакром. Детаљ је да су њени јони широко дифузни, тако да не преовлађује у било којем минералу као главном металном елементу, а његове руде су такође мало.

Из тог разлога је руидијум веома скуп метал, чак и више од самог злата, јер је поступак добијања из његових руда сложен због потешкоће у његовој експлоатацији.

У природи, с обзиром на реактивност, рубидијум није пронађен у његовом нативном стању, већ као оксид (Рб ₂ О), хлорид (РбЦл) или у пратњи других ањона. Његови „слободни“ Рб ⁺ јони налазе се у морима са концентрацијом од 125 µг / Л, као и у врелима и рекама.

Међу минералима земљине коре који га садрже у концентрацији мањој од 1% имамо:

-Леуцита, К

-Полуците, Цс (Си ₂ Ал) О ₆ нХ ₂ О

-Царналите, КМгЦл ₃ · 6Х ₂ О

-Зиннвалдите, КЛиФеАл (АлСи ₃ ) О ₁₀ (ОХ, Ф) ₂

-Амазоните, Пб, Калси ₃ О ₈

-Петалите, ЛиАлСи ₄ О ₁₀

-Биотит, К (Мг, Фе) ₃ АлСи ₃ О ₁₀ (ОХ, Ф) ₂

-Рубицлин (Рб, К) АлСи ₃ О ₈

-Лепидолите, К (Ли, Ал) ₃ (Си, Ал) ₄ О ₁₀ (Ф, ОХ) ₂

Геохемијско удружење

Сви ови минерали имају једну или две заједничке ствари: то су силикати калијума, цезијума или литијума или су минералне соли ових метала.

То значи да рубидијум има јаку тенденцију да се повезује са калијумом и цезијом; Чак може заменити калијум током кристализације минерала или стена, као што се дешава у депозитима пегматита када се магма кристализује. Стога је рубидијум нуспроизвод експлоатације и рафинирања ових стена и њихових минерала.

Рубидијум се такође може наћи у уобичајеним стенама попут гранита, глине и базалта, па чак и у лежиштима угљеника. Од свих природних извора, лепидолит представља његову главну руду и из које се комерцијално експлоатише.

У карналиту, с друге стране, рубидијум се може наћи као нечистоће РбЦл са садржајем од 0,035%. А у већој концентрацији постоје наслаге полуцита и рубицина, које могу садржати и до 17% рубидијума.

Његова геохемијска повезаност са калијумом је последица сличности њихових јонских радијуса; Рб ⁺ је већи од К ⁺ , али разлика у величинама није препрека да би први могао да замени други у својим минералним кристалима.

Фракцијска кристализација

Било да започнемо са лепидолитом или полуцитом или са било којим од горе споменутих минерала, изазов остаје исти у већем или мањем степену: одвојени рубидијум од калијума и цезијума; то јест, примените технике раздвајања смеша које омогућавају да с једне стране постоје рубидијумска једињења или соли, а калијумове и цезијеве соли с друге стране.

Ово је тешко с обзиром да ови јони (К ⁺ , Рб ⁺ и Цс ⁺ ) деле велику хемијску сличност; Они реагују на исти начин да формирају исте соли, које се тешко разликују једна од друге захваљујући њиховој густини и растворљивости. Зато се користи фракциона кристализација, тако да могу кристализирати полако и на контролисан начин.

На пример, ова техника се користи за одвајање мешавине карбоната и алума од ових метала. Поступци рекристализације морају се поновити неколико пута да би се осигурали кристали веће чистоће и без јона исталожених јона; со рубидијума која кристализира са К ⁺ или Цс ⁺ јонима на површини или изнутра.

Савременије технике, као што је употреба смоле за измену јона или крунских етера као комплексирајућих средстава, такође омогућавају изоловање Рб ⁺ јона .

Електролиза или редукција

Једном када се рубидијумска со одвоји и прочисти, следећи и последњи корак је смањење Рб ⁺ катиона у чврстом металу. Да би се то постигло, со је истопљена и подвргнута електролизи, тако да се на катоди таложи рубидијум; или се користи снажно редукционо средство, попут калцијума и натријума, које може брзо изгубити електроне и на тај начин смањити рубидијум.

Изотопи

Рубидијум се налази на Земљи као два природна изотопа: ⁸⁵ Рб и ⁸⁷ Рб. Први има број од 72,17%, а други 27,83%.

⁸⁷ Рб је одговоран за ову метала се радиоактивна; међутим, његово зрачење је безопасно и чак корисно за анализу датирања. Вријеме његовог полуживота (т _1/2 ) је 4,9 · 10 ¹⁰ година, чије временско раздобље премашује старост Универзума. Кад пропадне, постаје стабилан изотоп ⁸⁷ Мр.

Захваљујући томе, овај изотоп се користио за датирање доба земних минерала и стена присутних од почетка Земље.

Поред изотопа од ⁸⁵ Рб и ⁸⁷ Рб, постоје и други синтетички и радиоактивни они са променљивим и много краћим животним вековима; на пример, ⁸² Рб (т _1/2 = 76 секунди), ⁸³ Рб (т _1/2 = 86,2 дана), ⁸⁴ Рб (т _1/2 = 32,9 дана) и ⁸⁶ Рб (т _{1 / 2} = 18,7 дана). Од свих њих, ⁸² Рб се највише користи у медицинским студијама.

Ризици

Метал

Рубидијум је тако реактиван метал да се мора чувати у стакленим ампулама под инертном атмосфером да не реагује са кисеоником у ваздуху. Ако се блистер пукне, метал се може ставити у керозин или минерално уље да би се заштитио; међутим, на крају ће се оксидисати кисеоником раствореним у њима, стварајући рубидијум пероксиде.

Ако се, с друге стране, одлучи да се стави на дрво, на пример, оно ће завршити са љубичастим пламеном. Ако је пуно влаге, она ће горјети само излагањем ваздуху. Када се велики комад рубидијума баци у количину воде, он снажно експлодира, чак и запаљивши настали водоник.

Стога је рубидијум метал с којим се не би сви требали носити, јер су практички све његове реакције експлозивне.

Јон

За разлику од металног рубидијума, његови Рб ⁺ иони не представљају видљив ризик за жива бића. Они растворени у води делују са ћелијама на исти начин као што то чине К ⁺ јони .

Стога рубидијум и калијум имају слична биохемијска понашања; међутим, рубидијум није битан елемент, док је калијум. На тај начин, значајне количине Рб ⁺ могу се акумулирати у ћелијама, црвеним крвним ћелијама и унутрашњостима без негативног утицаја на организам било које животиње.

У ствари, за одраслог мушкарца масе 80 кг процењено је да садржи око 37 мг рубидијума; и да поред тога, повећање ове концентрације у редоследу од 50 до 100 пута не доводи до нежељених симптома.

Међутим, вишак Рб ⁺ јона може на крају преместити К ⁺ јоне ; и према томе, појединац ће трпети веома снажне мишићне грчеве до смрти.

Природно, рубидијумове соли или растворљиви спојеви могу то одмах покренути, па ниједан од њих не би требало да се гута. Поред тога, једноставним контактом може изазвати опекотине, а међу најотровније су рубидијум флуорид (РбФ), хидроксид (РбОХ) и цијанид (РбЦН) рубидијума.

Апликације

Сакупљач гаса

Рубидијум се користи за хватање или уклањање трагова гасова који могу бити у вакуумски затвореним цевима. Управо захваљујући високој склоности хватању у њима кисеоника и влаге, елиминишу их на својој површини као пероксиде.

Пиротехника

Када сагоревају соли рубидија, они испуштају карактеристичан црвенкасто-љубичасти пламен. Неки ватромет има ове соли у свом саставу тако да експлодирају овим бојама.

Додатак

Рубидијум хлорид је прописан за борбу против депресије, јер су испитивања утврдила дефицит овог елемента код појединаца који пате од овог здравственог стања. Такође се користи као седатив и за лечење епилепсије.

Босе-Ајнштајнов кондензат

Атоми ⁸⁷ Рб изотопа коришћени су за стварање првог Босе-Ајнштајнова кондензата. Ово стање материје састоји се у томе да су атоми на температури прилично блиској апсолутној нули (0 К), груписани или „кондензовани“, понашајући се као да су један.

Тако је рубидијум главни актер овог тријумфа у пољу физике, а Ериц Цорнелл, Царл Виеман и Волфганг Кеттерле су добили Нобелову награду 2001. године захваљујући овом раду.

Дијагноза тумора

Синтетички радиоизотоп ⁸² Рб пропада, емитујући позитроне, који се користе за нагомилавање у ткивима богатим калијумом; као што су оне које се налазе у мозгу или у срцу. Због тога се користи за анализу функционалности срца и постојања могућих тумора у мозгу помоћу позитронско-емисионе томографије.

Саставни део

Рубидијумски јони су нашли место у различитим врстама материјала или смеша. На пример, његове легуре су израђене од злата, цезијума, живе, натријума и калијума. Додаје се у чаше и керамику вероватно да повећа тачку топљења.

У соларне ћелије додани су перовскити као важна компонента. Такође, проучавана је његова могућа употреба као термоелектрични генератор, материјал за пренос топлоте у простору, гориво у јонским погонским моторима, електролитички медијум за алкалне батерије и атомске магнетометре.

Атомски сатови

Уз рубидијум и цезијум направљени су чувени, врло прецизни атомски сатови, који се користе, на пример, у ГПС сателитима са којима власници њихових паметних телефона могу знати локацију где се крећу цестом.

Референце

1. Бонд Том. (29. октобар 2008.). Рубидиум. Опоравак од: цхемистриворлд.цом
2. Схивер & Аткинс. (2008). Неорганска хемија . (Четврто издање). Мц Грав Хилл.
3. Википедиа. (2019). Рубидиум. Опоравак од: ен.википедиа.орг
4. Национални центар за информације о биотехнологији. (2019). Рубидиум. ПубЦхем база података. ЦИД = 5357696 Опоравак од: пубцхем.нцби.нлм.них.гов
5. Цхеллан, П., Садлер, ПЈ (2015). Елементи живота и лекови. Филозофске трансакције. Серија А, Математичке, физичке и инжењерске науке, 373 (2037), 20140182. дои: 10.1098 / рста.2014.0182
6. Маио фондација за медицинско образовање и истраживање. (2019). Рубидиум Рб 82 (Интравенски пут). Опоравак од: маиоцлиниц.орг
7. Маркуес Мигуел. (сф) Рубидиум. Опоравак од: наутилус.фис.уц.пт
8. Јамес Л. Дие. (12. априла 2019). Рубидиум. Енцицлопӕдиа Британница. Опоравак од: британница.цом
9. Др Доуг Стеварт. (2019). Чињенице елемента Рубидијума. Цхемицоол. Опоравак од: цхемицоол.цом
10. Мицхаел Пилгаард. (10. маја 2017.). Хемијске реакције Рубидијума. Опоравак од: пилгаарделементс.цом