Rubidio Historia, vlastnosti, štruktúra, získanie, použitie

On rubídium Je to kovový prvok, ktorý patrí do skupiny 1 periodickej tabuľky: prvok alkalických kovov, reprezentovaný chemickým symbolom RB. Jeho meno znie ako Rubí a je to preto, že keď sa objavilo jeho emisné spektrum, ukázal intenzívne červené charakteristické čiary.

Je to jeden z najreaktívnejších kovov, ktoré existujú. Je to prvý z alkalických kovov, ktorý napriek tomu, že je málo hustý, ponorí do vody. Reaguje tiež s ňou výbušnejšie v porovnaní s lítiom, sodík a draslík. Uskutočnili sa experimenty, v ktorých sa ukladajú ampulky (nižší obrázok) na spadnutie a výbuch vo vani.

Ampulka s gramom rubídium uloženého pod inertnou atmosférou. Zdroj: Hi-RES obrázky chemických prvkov [CC po 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencie/o/3.0)]

Rubidio sa vyznačuje tým, že je kovový drahší ako rovnaké zlato; Nie toľko pre jeho nedostatok, ale pre jeho široké mineralogické rozdelenie v zemskej kôre a ťažkosti, ktoré vznikajú pri izolácii draslíka a prestania zlúčenín.

Vykazuje jasnú tendenciu spájať sa s draslíkom vo svojich mineráloch, ktorá považuje za nečistoty. Nielen v geochemickej hmote tvorí duo s draslíkom, ale aj v oblasti biochémie.

Organizmus „zamieňa“ K ióny⁺ Pre tých z RB⁺; Rubidio však doteraz nie je podstatným prvkom, pretože nie je známe, akú úlohu hrá v metabolizme. Napriek tomu sa na zmiernenie určitých zdravotných stavov, ako je depresia a epilepsia, použité doplnky rubídium. Na druhej strane, oba ióny vystrelia fialový plameň v horúčave zapaľovača.

Vďaka svojim vysokým nákladom nie sú jeho aplikácie založené príliš veľa v syntéze katalyzátorov alebo materiálov, ale ako súčasť rôznych zariadení s fyzickými teoretickými základňami. Jedným z nich sú atómové hodiny, solárne články a magnetometre. Preto sa rubidium niekedy považuje za podceňovaný alebo málo študovaný kov.

[TOC]

História

Rubidio objavili v roku 1861 nemeckí chemici Robert Bunsen a Gustav Kirchhoff, s použitím spektroskopie. Na tento účel použili Bunsen zapaľovač a spektroskop, vynájdené pred dvoma rokmi pred analytickými technikami zrážok. Jeho predmetom štúdia bol lepidolitný minerál, ktorého ukazuje zbierku Saska v Nemecku.

Začali od 150 kg lepidolitového minerálu, ktoré liečili kyselinou chloroplatínovou, h, h₂Ptcl₆, Na zrážanie hexakloroplatinátu draselného, ​​K₂Ptcl₆. Keď však študovali svoje spektrum tým, že ho spálili v Bunsen zapaľovači, uvedomili si, že vykazujú emisné čiary, ktoré sa dovtedy nezhodujú s iným prvkom.

Emisné spektrum tohto nového prvku sa vyznačuje tým, že v červenej oblasti majú dve dobre definované čiary. Preto bol pokrstený menom „rubidus“, čo znamená „tmavo červená“. Potom sa Bunsen a Kirchhoff podarilo oddeliť RB₂Ptcl₆ k₂Ptcl₆ frakcionovanou kryštalizáciou; Nakoniec ju znížiť na svoju chloridovú soľ pomocou vodíka.

Identifikované a izolované soľ nového prvku Rubidio, nemeckí chemici ju potrebovali iba na to, aby ju znížili na svoj kovový stav. Aby sa to dosiahlo, skúšali sa dvoma spôsobmi: Aplikujte elektrolýzu na chlorid rubídia alebo zohrejte ľahkú soľ, ako je napríklad tattrato. Preto sa narodil kovový rubidio.

Fyzikálne a chemické vlastnosti

Vzhľad

Strieborná šedá kov. Je to také mäkké, že vyzerá ako maslo. Zvyčajne sa zabalí vo vnútri sklenených zosilňovačov, v rámci ktorých prevažuje inertná atmosféra, ktorá ju chráni pred reakciou vzduchom.

Atómové číslo (z)

37

Molárna hmota

85 4678 g/mol

Bod topenia

39 ° C

Bod varu

688 ° C

Hustota

Pri teplote miestnosti: 1 532 g/cm³

V bode topenia: 1,46 g/cm³

Hustota rubídia je lepšia ako hustota vody, takže sa bude ponoriť, zatiaľ čo s ňou bude reagovať.

Fúzne teplo

2,19 kJ/mol

Odparovanie

69 kj/mol

Elektronegativita

0,82 v Paulingovej stupnici

Elektronická príbuznosť

46,9 kj/mol

Ionizačné energie

-Prvé: 403 kJ/mol (rb⁺ plyn)

-Po druhé: 2632,1 kJ/mol (rb²⁺ plyn)

-Tretie: 3859,4 kJ/mol (rb³⁺ plyn)

Atómové rádio

248 hod. (Empirical)

Tepelná vodivosť

58,2 w/(m · k)

Elektrický odpor

128 NΩ · m pri 20 ° C

Mohs tvrdosť

0,3. Preto je dokonca aj mastenec ťažší ako kovový rubidium.

Reaktivita

Plameňová skúška pre rubídium. Keď reaguje, rozlúči sa s fialovým plameňom. Zdroj: Didaktische.Medien [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/3.0)]

Rubidio je jedným z najreaktívnejších alkalických kovov po Cesio a Francio. Sotva je vystavený vzduchu, začne ho horieť, a ak je holfovaný, strieľa svetelné iskry. Ak je zahrievaný, emituje aj fialový plameň (vynikajúci obraz), čo je pozitívny test na ióny RB⁺.

Môže vám slúžiť: Ididio 192

Reaguje s kyslíkom za vzniku zmesi peroxidov (RB₂Ani₂) a superoxidy (RBO₂). Aj keď nereaguje s kyselinami a základňami, porušuje ho vodou a vytvára hydroxid rubídia a plynný vodík:

Rb (s) + h₂Alebo (l) => rboh (ac) + h₂g)

Reaguje s vodíkom za vzniku zodpovedajúcej hydridu:

Rb (s) + h₂(g) => 2RBH (s)

A tiež s halogénmi a síry výbušne:

2RB (s) + cl₂(g) => rbcl (s)

2RB (s) + s (l) => rb₂H.H)

Aj keď sa rubídium nepovažuje za toxický prvok, je potenciálne nebezpečný a predstavuje riziká požiaru, keď príde do kontaktu s vodou a kyslíkom.

Elektronická štruktúra a konfigurácia

Atómy Rubidio sú usporiadané tak, aby vytvorili kryštál kubickej štruktúry sústredeného v tele (BCC). Táto štruktúra je charakteristická pre alkalické kovy, ktoré sú ľahké a majú tendenciu vznášať sa nad vodou; s výnimkou rubídium dole (Cesio a Francio).

V kryštáloch Rubidio BCC ich atómy RB interagujú navzájom vďaka kovovému odkazu. Toto sa riadi „morom elektrónov“ svojej valenčnej vrstvy, z orbitálu 5S podľa jej elektronickej konfigurácie:

[KR] 5S¹

Všetky 5S Orbitals s ich jediným elektrónom sa prekrývajú vo všetkých rozmeroch kryštálov kovov Rubidio. Tieto interakcie sú však slabé, pretože keďže zostupuje skupina alkalických kovov, orbitály sa stávajú difúznejšími, a preto kovové spojenie oslabuje.

Preto je bod topenia rubídium 39 ° C. Jeho slabá kovová väzba tiež vysvetľuje jemnosť jeho pevnej látky; tak mäkké, že sa zdá byť strieborným maslom.

Neexistuje dostatok bibliografických informácií o správaní ich kryštálov pri vysokých tlakoch; Ak existujú hustejšie fázy s jedinečnými vlastnosťami ako pri sodíku.

Oxidácia

Jeho elektronická konfigurácia raz naznačuje, že rubídium má tendenciu strácať svoj jediný elektrón, aby sa stal izolektronickým až šľachetným plynom Kripton Gas. Keď sa tak stane, monovalentná katión sa vytvára RB⁺. Hovorí sa, že vo svojich zlúčeninách má oxidačné číslo +1, keď sa predpokladá existencia tohto katiónu.

Kvôli trendu rubídia na oxidáciu, predpoklad, že existujú ióny RB⁺ Vo svojich zlúčeninách je úspešný, čo zase poukazuje na iónový charakter týchto zlúčenín.

Takmer vo všetkých zlúčeninách rubídia vykazuje oxidačné číslo +1. Príklady z nich sú nasledujúce:

-Rubid chlorid, rbcl (rb⁺Cl^-)

-Rubidio hydroxid, rboh (rb⁺ Oh^-)

-Rubidio uhličitan, rb₂Co₃ (RB₂⁺Co₃^2-)

-Rubidio oxid, rb₂Alebo (rb₂⁺Ani^2-)

-Rubidium superoxid, RBO₂ (RB⁺Ani₂^-)

Aj keď je to veľmi zriedkavé, rubídium by mohlo mať tiež negatívne oxidačné číslo: -1 (RB^-). V tomto prípade by sme hovorili o „rubidiuro“, ak by vytvoril zlúčeninu s menej elektronegatívnym prvkom ako on, alebo ak sa predkladal za osobitných a prísnych podmienok.

Zhluky

Existujú zlúčeniny, kde každý atóm RB má oxidačné čísla s frakčnými hodnotami. Napríklad v RB₆Alebo (rb₆²⁺Ani^2-) a rb₉Ani₂ (RB₉⁴⁺Ani₂^2-) Pozitívne zaťaženie je rozdelené medzi súbor atómov RB (zhluky). Tak v RB₆Alebo teoreticky oxidačné číslo by bolo +1/3; zatiaľ čo v RB₉Ani₂, + 0,444 (4/9).

Klastrová štruktúra RB9O2. Zdroj: Axiosaurus [verejná doména]

Štruktúra klastra RB je uvedená vyššie₉Ani₂ predstavuje model sfér a barov. Všimnite si, ako deväť atómov RB „uzavrelo“ anióny alebo^2-.

Vďaka objasneniu, akoby to bolo súčasťou pôvodných kovových kryštálov rubídium, pričom sa pri oddelení od materského kryštálu nezmenili, zatiaľ čo sa oddelili od materského kryštálu. Stratia elektróny v tomto procese; tie, ktoré sú potrebné prilákať alebo^2-, a výsledný kladný náboj je rozdelený medzi všetky atómy uvedeného klastra (sada alebo agregáty atómov RB).

V týchto zhlukoch rubídia sa teda nemožno formálne predpokladať existencia RB⁺. RB₆Alebo rb₉Ani₂ Klasifikujú sa ako suboxidy rubídium, v ktorých je táto zjavná anomália splnená tak, aby mala prebytok atómov kovov vo vzťahu k aniónom oxidov.

Kde je to a získajte

Zemská kôra

Vzorka minerálu lepidolitu. Zdroj: Rob Lavinsky, Irocks.com-ccy-SA-3.0 [CC By-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/3.0)]

Rubidio je najhojnejším prvkom 23 zemskej kôry, s množstvom porovnateľnej s množstvom kovov zinku, olova, cézia a medi. Detail je, že ich ióny sú široko šírené, takže v žiadnom mineráli netušia ako hlavný kovový prvok a ich rudy sú tiež vzácne.

Môže vám slúžiť: Grignard Reagent: Príprava, aplikácie, príklady

Z tohto dôvodu je Rubidio veľmi drahý kov, dokonca viac ako rovnaké zlato, pretože jeho proces získania od svojich Menas je zložitý kvôli ťažkostiam jeho vykorisťovania.

V prírode, vzhľadom na svoju reaktivitu nie je rubidium v ​​pôvodnom stave, ale ako oxid (RB₂O), chlorid (RBCL) alebo sprevádzaný inými aniónmi. Jeho „zadarmo“ RB ióny⁺ Sú v moriach s koncentráciou 125 µg/l, ako aj v horúcich prameňoch a riekach.

Medzi minerálmi zemskej kôry, ktorá ju obsahuje v koncentrácii menšej ako 1%, máme:

-Leucita, k [alsi₂Ani₆]

-Polucita, CS (áno₂Ahoj₆· NH₂Ani

-Carnalita, kmgcl₃· 6h₂Ani

-Zinnwaldita, Klifeal (Alsi₃) Buď₁₀(Oh, f)₂

-Amazonita, PB, Kalsi₃Ani₈

-Petalita, Lialsi₄Ani₁₀

-Biotita, K (mg, viera)₃Alsi₃Ani₁₀(Oh, f)₂

-Rubiclina, (rb, k) alsi₃Ani₈

-Lepidolita, K (Li, Al)₃(Áno, al)₄Ani₁₀(F, oh)₂

Geochemické združenie

Všetky tieto minerály zdieľajú jednu alebo dve veci spoločné: sú to kremičitany draslíka, cézia alebo lítia alebo sú minerálne soli týchto kovov.

To znamená, že Rubidio má silnú tendenciu spájať sa s draslíkom a Cesio; Môže dokonca nahradiť draslík počas kryštalizácie minerálov alebo hornín, ako sa deje v poliach pegmatitas, keď magma kryštalizuje. Rubidio je teda vedľajším produktom vykorisťovania a rafinácie týchto hornín a ich minerálov.

Rubidio môže byť tiež v bežných horninách, ako je žula, íly a čadič a dokonca aj uhlíkové ložiská. Zo všetkých prírodných zdrojov predstavuje lepidolit svoju hlavnú rudu a z ktorej sa komerčne využíva.

Na druhej strane v Carnalite možno Rubidio nájsť ako nečistoty RBCL s obsahom 0,035%. A vo väčšej koncentrácii existujú ložiská oblastí a rubiclinov, ktoré môžu mať až 17% rubídium.

Jeho geochemické spojenie s draslíkom je spôsobené podobnosťou jeho iónových rádií; RB⁺ je väčší ako k⁺, Rozdiel vo veľkostiach však nie je prekážkou prvého, ktorý nahradí druhú vo svojich minerálnych kryštáloch.

Frakčná kryštalizácia

Či už je založený na lepidolite alebo polucite alebo na niektorom z vyššie uvedených minerálov, výzva zostáva rovnaká vo väčšej alebo menšej miere: oddelenie rubída od draslíka a cerucha; To znamená, že aplikujte techniky separácie zmesí, ktoré na jednej strane umožňujú zlúčeniny alebo solí rubídium a techniky draslíka a cézia na druhej strane.

To je ťažké, pretože tieto ióny (K⁺, Rb⁺ a CS⁺) zdieľať veľkú chemickú podobnosť; Rovnakým spôsobom reagujú, aby tvorili rovnaké soli, ktoré sa sotva líšia vďaka svojej hustote a rozpustnosti. Preto sa používa frakcionovaná kryštalizácia, aby sa mohli pomaly a kontrolovať.

Napríklad táto technika sa používa na oddelenie zmesi uhličitanov a kamencov od týchto kovov. Rekryštalizačné procesy by sa mali opakovať niekoľkokrát, aby sa zaručili konečné a voľné kryštály koprecipitovaných iónov; Rubídiová soľ, ktorá kryštalizuje s iónmi⁺ alebo CS⁺ na povrchu alebo vo vnútri.

Modernejšie techniky, ako napríklad použitie iónovej výmennej živice alebo koruny ako zložité činidlá, tiež umožňujú RB ióny⁺.

Elektrolýza alebo redukcia

Akonáhle je možné oddeliť a vyčistiť rubidovú soľ, ďalším a posledným krokom je zníženie katiónov RB⁺ do tuhého kovu. Za týmto účelom sa soľ topí a je vystavená elektrolýze, aby sa zrážalo rubídium v ​​katóde; alebo sa používa silné redukčné činidlo, ako je vápnik a sodík, schopný rýchlo stratiť elektróny, a tak znížiť rubídium.

Izotopy

Rubidio sa nachádza na Zemi ako dva prírodné izotopy: ⁸⁵Rb a ⁸⁷Rb. Prvý má množstvo 72,17%, zatiaľ čo druhý z 27,83%.

On ⁸⁷RB je zodpovedný za to, že tento kov je rádioaktívny; Jeho ožarovanie je však neškodné a dokonca prospešné pre analýzu datovania. Váš polovičný život (tón_1/2) je 4,9,10¹⁰ roky, ktorých obdobie presahuje vek vesmíru. Keď sa rozpadá, stáva sa stabilným izotopom ⁸⁷Pán.

Vďaka tomu sa tento izotop používa do dnešného dňa veku minerálov a pozemných hornín prítomných od začiatku Zeme.

Okrem izotopov ⁸⁵Rb a ⁸⁷RB, existujú aj iné syntetické a rádioaktívne s variabilným a oveľa kratšími životnými časmi; Napríklad on ⁸²Rb (tón_1/2= 76 sekúnd), ⁸³Rb (tón_1/2= 86,2 dní), ⁸⁴Rb (tón_1/2= 32,9 dní) a ⁸⁶Rb (tón_1/2= 18,7 dní). Zo všetkých, ⁸²RB je najpoužívanejší v lekárskych štúdiách.

Riziká

Kov

Rubidio je kov tak reaktívny, že musí byť uložený v sklenených ampuloch pod inertnou atmosférou, takže nereaguje s kyslíkom vzduchu. Ak je uvedená ampulka, môže sa kov umiestniť do petroleju alebo minerálneho oleja na jeho ochranu; Skončí však oxidáciou rozpusteného kyslíka v nich, čo vedie k vzniku peroxidov rubídia.

Môže vám slúžiť: Kyanid sodný (NACN): Štruktúra, vlastnosti, riziká, použitia

Ak sa naopak rozhodlo, že ho napríklad umiestni na drevo. Ak je veľa vlhkosti, bude horieť iba skutočnosťou, že bude vystavený vzduchu. Keď sa pri objeme vody vyhýba veľkému kusu rubídium, vykorisťuje sa rázne a dosiahne plyn produkovaný vodíkom v ohni.

Preto je rubidium kov, ktorý by mal manipulovať, pretože všetky jeho reakcie sú prakticky výbušné.

Ión

Na rozdiel od metalického rubídia, jeho RB ióny⁺ Nepredstavujú žiadne zjavné riziko pre živé bytosti. Tieto rozpustené vo vode interagujú s bunkami rovnakým spôsobom ako K ióny⁺.

Preto rubídium a draslík majú podobné biochemické správanie; Rubidium však nie je podstatným prvkom, zatiaľ čo draslík áno. Týmto spôsobom, značné množstvo RB⁺ Môžu sa hromadiť v interiéroch buniek, červených krviniek a vnútorností bez toho, aby negatívne ovplyvnili telo akéhokoľvek zvieraťa.

V skutočnosti sa odhaduje, že dospelý muž s hmotnosťou 80 kg obsahuje asi 37 mg Rubidio; A že zvýšenie tejto koncentrácie v poradí 50 až 100 -krát nevedie k nežiaducim príznakom.

Avšak prebytočné ióny RB⁺ môže skončiť presun na K ióny⁺; A preto bude jednotlivec trpieť veľmi silným svalovým kŕčom až do smrti.

Logicky to môže okamžite spustiť soli socia. Okrem toho môže spôsobiť jednoduché popáleniny kontaktu a medzi najtoxickejším fluoridom (RBF), hydroxidom (RBOH) a kyanidom (RBCN) rubidium.

Žiadosti

Zberateľ plynu

Rubidio sa používa na zachytenie alebo eliminovanie stôp plynov, ktoré môžu existovať vo vákuových utesnených skúmavkách. Presne kvôli ich vysokej tendencii zachytávať v nich kyslík a vlhkosť, eliminujú ich na svojom povrchu ako peroxidy.

Pyrotechnika

Keď Rubidio Salts spaľujú charakteristický fial-červený plameň. Niektoré ohňostroje majú tieto soli vo svojom kompozícii, aby s týmito farbami explodovali.

Doplnok

Chlorid rubidio bol predpísaný na boj proti depresii, pretože štúdie stanovili deficit tohto prvku u jedincov trpiacich týmto zdravotným stavom. Používa sa tiež ako sedatívum a na liečbu epilepsie.

Kondenzát Bose-Einstein

Atómy izotopov ⁸⁷RB sa použili na vytvorenie prvého kondenzátu Bose-Einstein. Tento stav hmoty spočíva v tom, že atómy pri teplote pomerne blízko k absolútnej nule (0 K) sú zoskupené alebo „kondenzan“, ktoré sa správajú, akoby boli jedným.

Rubidio bol teda protagonistom tohto triumfu v oblasti fyziky a vďaka tejto práci to boli Eric Cornell, Carl Wieman a Wolfgang Ketterle v roku 2001.

Diagnostika nádoru

Syntetický rádioizotop ⁸²RB sa rozpadá emitovaním pozitrónov, ktoré sa používajú na akumuláciu v tkanivách bohatých na draslík; Ako tie, ktoré sa nachádzajú v mozgu alebo srdci. Preto sa používa na analýzu funkčnosti srdca a prítomnosti možných nádorov v mozgu prostredníctvom pozitrónovej emisnej tomografie.

Komponent

Rubidio ióny našli priestor v rôznych druhoch materiálov alebo zmesí. Napríklad boli vyrobené ich zliatiny so zlatom, céziom, ortuťou, sodíkmi a draslíkom. Bolo pridané do skla a keramiky, aby sa pravdepodobne zvýšilo svoj bod topenia.

V solárnych článkoch Perovskitas boli pridané ako dôležitá zložka. Podobne sa jeho možné použitie študovalo ako termoelektrický generátor, materiál prenosu tepla v priestore, palivo v iónových pohonných motoroch, elektrolytické médium pre alkalické batérie a atómové magnetometre.

Atómové hodinky

S rubidia a prestávky boli vyrobené slávne atómové hodinky, vysoko presné, používané napríklad v satelitoch GPS, s ktorými môžu majitelia svojich smartfónov poznať svoju polohu pri pohybe po ceste.

Odkazy

1. Bitka. (29. októbra 2008). Rubídium. Získané z: Chemistryworld.com
2. Triasť a Atkins. (2008). Anorganická chémia. (Štvrté vydanie). MC Graw Hill.
3. Wikipedia. (2019). Rubídium. Zdroj: In.Wikipedia.orgán
4. Národné centrum pre biotechnologické informácie. (2019). Rubídium. Databáza pubchem. CID = 5357696. Získané z: pubchem.Ncbi.NLM.NIH.Vláda
5. Chellan, P., & Sadler, P. J. (2015). Prvky života a lieky. Filozofické transakcie. Séria A, matematické, fyzické a inžinierske vedy, 373 (2037), 20140182. Doi: 10.1098/RSTA.2014.0182
6. Májová nadácia pre lekárske vzdelávanie a výskum. (2019). Rubidium RB 82 (intravenózna cesta). Získané z: Mayoclinic.orgán
7. Marques Miguel. (s.F.). Rubídium. Získané z: Nautilus.Fis.Uc.Pt
8. James L. Farbenie. (12. apríla 2019). Rubídium. Encyclopædia Britannica. Získané z: Britannica.com
9. DR. Doug Stewart. (2019). Fakty prvkov rubídia. Chemickolák. Získané z: Chemicool.com
10. Michael Pilgaard. (10. mája 2017). Chemické reakcie rubídia. Obnovené z: pilgaardelegs.com