rubídio - Rubidium


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Rubídio,   37 Rb
Rb5.JPG
Propriedades gerais
Pronúncia / R u b ɪ d i ə m / ( roo- BID -ee-əm )
Aparência Branco cinzento
Peso atómico Padrão ( A r, padrão ) 85,4678 (3)
Rubídio na tabela periódica
hidrogênio Hélio
Lítio Berílio Boro Carbono Azoto Oxigênio Flúor Néon
Sódio Magnésio Alumínio Silício Fósforo Enxofre Cloro argão
Potássio Cálcio Escândio Titânio Vanádio crômio Manganês Ferro Cobalto Níquel Cobre Zinco Gálio Germânio Arsênico Selênio Bromo criptônio
Rubídio Estrôncio Ítrio Zircônio Nióbio Molibdênio tecnécio Rutênio Ródio Paládio Prata Cádmio Indium Lata antimônio Telúrio Iodo xênon
Césio Bário Lantânio Cério Praseodímio neodímio Promécio Samário európio gadolínio Térbio disprósio Holmium Erbium Túlio Itérbio lutécio Háfnio Tântalo Tungstênio rênio Ósmio Iridium Platina Ouro Mercúrio (elemento) Tálio Conduzir Bismuto Polônio Astatine radão
francium Rádio Actínio Tório Protactínio Urânio Neptúnio Plutônio amerício curandeiro Berkelium californium Einsteinium fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium dubnium seaborgium Bohrium hassium Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Copernicium Nihonium fleróvio Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
K

Rb

Cs
kryptonrubídioestrôncio
Número atómico ( Z ) 37
Grupo grupo 1 (metais alcalinos)
Período período de 5
Quadra s-bloco
categoria de elemento   metal alcalino
configuração eletrônica [ Kr ] 5s 1
Elétrons por shell
2, 8, 18, 8, 1
Propriedades físicas
Fase em  STP sólido
Ponto de fusão 312,45  K (39,30 ° C, 102,74 ° F)
Ponto de ebulição 961 K (688 ° C, 1270 ° F)
Densidade (perto  rt ) 1,532 g / cm 3
quando o líquido (no  pf ) 1,46 g / cm 3
Ponto Triplo 312,41 K,? kPa
Ponto crítico 2093 K, 16 MPa (extrapolada)
Calor de fusão 2,19  kJ / mol
Calor da vaporização 69 kJ / mol
capacidade térmica molar 31,060 J / (mol · K)
Pressão de vapor
P  (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
em  T  (K) 434 486 552 641 769 958
Propriedades atômicas
estados de oxidação -1, 1 (um fortemente básico de óxido)
Eletro-negatividade escala Pauling: 0,82
energias de ionização
  • 1: 403 kJ / mol
  • 2: 2632,1 kJ / mol
  • 3: 3859,4 kJ / mol
Raio atômico empírica: 248  pm
raio covalente 220 ± 09:00
Van der Waals raio 303 pm
Linhas de cor em uma faixa espectral
Linhas espectrais de rubídio
outras propriedades
Estrutura de cristal cúbica de corpo centrado (BCC)
estrutura cristalina cúbica de corpo centrado para rubídio
Velocidade do som haste fina 1300 m / s (a 20 ° C)
Expansão térmica 90? M / (m-K) (em  RT )
Condutividade térmica 58,2 W / (mK)
Resistividade elétrica 128 Nco · m (a 20 ° C)
ordenamento magnético paramagnético
susceptibilidade magnética + 17,0 · 10 -6  cm 3 / mol (303 K)
Módulo de Young 2,4 GPa
módulo de volume 2,5 GPa
dureza de Mohs 0,3
dureza Brinell 0,216 MPa
Número CAS 7440-17-7
História
Descoberta Robert Bunsen e Gustav Kirchhoff (1861)
primeiro isolamento George de Hevesy
Principais isótopos de rubídio
Isótopo Abundância Meia-vida ( t 1/2 ) modo de decaimento produtos
83 Rb syn 86,2 d ε 83 Kr
γ -
84 Rb syn 32,9 d ε 84 Kr
β + 84 Kr
γ -
β - 84 Sr
85 Rb 72,17% estável
86 Rb syn 18,7 d β - 86 Sr
γ -
87 Rb 27,83% 4,9 × 10 10  y β - 87 Sr
| referências

Rubídio é um elemento químico com o símbolo Rb e número atómico 37. rubídio é um pano macio, branco-prateado metálico elemento do metal alcalino grupo, com um peso atómico padrão de 85,4678. Rubídio elementar é altamente reactivo, com propriedades semelhantes às de outros metais alcalinos, incluindo a rápida oxidação em ar . Em terra, rubídio naturais compreende dois isótopos : 72% é o isótopo estável, 85 Rb; 28% é a ligeiramente radioativo 87 Rb, com uma meia-vida de 49 bilhões de anos-mais de três vezes mais do que o estimado idade do universo .

Químicos alemães Robert Bunsen e Gustav Kirchhoff descobriu rubídio em 1861 pela técnica recém-desenvolvida, espectroscopia de chama .

Compostos de rubídio têm várias aplicações químicas e eletrônicas. Rubídio metal é vaporizado facilmente e tem uma gama de absorção espectral conveniente, tornando-o um alvo frequente para a laser manipulação de átomos .

Rubídio não é um nutriente conhecido por quaisquer organismos vivos . No entanto, de rubídio iões ter a mesma carga que os iões de potássio, e são tomadas activamente-se e tratou-se por culas animais em formas semelhantes.

Características

rubídio de metal parcialmente fundido numa ampola

Rubídio é muito macio, maleável , de metal prateado-branco. É o segundo mais electropositiva das metais alcalinos estáveis e derrete a uma temperatura de 39,3 ° C (102,7 ° F). Tal como outros metais alcalinos, de rubídio de metal reage violentamente com água. Tal como acontece com potássio (que é um pouco menos reactivo) e de césio (que é ligeiramente mais reactivo), esta reacção é normalmente suficientemente vigorosa para inflamar o hidrogénio gás que produz. Rubídio também tem sido relatado para inflamar espontaneamente no ar. Ele forma amálgamas com mercúrio e ligas com ouro , ferro , de césio , de sódio , e de potássio , mas não de lítio (apesar de rubídio e lítio estão no mesmo grupo).

Cristais de rubídio (prateadas) em comparação com césio cristais dourados ()

Rubídio tem uma muito baixa energia de ionização de apenas 406 kJ / mol. Rubídio e potássio mostram uma cor púrpura muito semelhante no teste de chama , e distinguindo os dois elementos requer uma análise mais sofisticada, tais como espectroscopia.

compostos

O diagrama de bola-e-vara mostra dois octaedros regulares que estão ligados uns aos outros por uma cara.  Todos os nove vértices da estrutura são esferas púrpura representam rubídio, e no centro de cada octaedro é uma pequena esfera vermelho que representa oxigénio.
Rb
9
ó
2
aglomerado

Cloreto de rubídio (RbCl) é provavelmente o composto rubídio mais utilizado: entre vários outros cloretos, é usado para induzir células vivas para tomar-se ADN ; também é utilizado como um biomarcador, porque na natureza, ele é encontrado apenas em pequenas quantidades nos organismos vivos e, quando presente, substitui potássio. Outros compostos de rubídio comum são o corrosivo hidróxido de rubídio (RbOH), o material de partida para a maioria dos processos químicos à base de rubídio; carbonato de rubídio (Rb 2 CO 3 ), utilizado em alguns vidros ópticos, e sulfato de cobre rubídio, Rb 2 SO 4 · CuSO 4 .6H 2 O. iodeto de prata rubídio (RbAg 4 eu 5 ) tem a mais alta temperatura ambiente condutividade de qualquer conhecida cristal iônico , uma propriedade explorada em filmes finos baterias e outras aplicações.

Rubídio forma um número de óxidos quando exposto ao ar, incluindo o monóxido de rubídio (Rb 2 O), Rb 6 S, e Rb 9 ó 2 ; rubídio em excesso de oxigénio dá o superóxido RBO 2 . Rubídio forma sais com halogenetos, produzindo o fluoreto de rubídio , cloreto de rubídio , brometo de rubídio , e iodeto de rubídio .

isótopos

Embora rubídio é monoisotópico , rubídio na crosta terrestre é composta de dois isótopos: o estável 85 Rb (72,2%) e o radioactivo 87 Rb (27,8%). Rubídio natural é radioactivo, com actividade específica de cerca de 670 Bq / g, suficiente para expor de forma significativa um filme fotográfico em 110 dias.

Vinte e quatro isótopos de rubídio adicionais foram sintetizados com meias-vidas de menos de 3 meses; a maioria são altamente radioativo e tem alguns usos.

Rubídio-87 tem uma meia-vida de 48,8 × 10 9  anos, o que é mais do que três vezes a idade do universo de (13,799 ± 0,021) x 10 9  anos, tornando-se um nuclídeo primordial . Ele prontamente substitui potássio em minerais , e é, portanto, bastante difundida. Rb tem sido amplamente utilizado na datação de rochas ; 87 Rb beta decai para estável 87 Ir Durante a cristalização fraccionada , Sr tende a concentrar-se em plagioclase , deixando Rb na fase líquida. Assim, a / razão Sr Rb em residual magma pode aumentar ao longo do tempo, e a progressão da diferenciação resultados em rochas com proporções de Sr / Rb elevadas. Os rácios mais elevados (10 ou mais) ocorrer em pegmatites . Se a quantidade inicial de Sr é conhecido ou pode ser extrapolada, em seguida, a idade pode ser determinada por medição do Rb e concentrações de Sr e da 87 Sr / 86 razão Sr. As datas indicam a verdadeira idade dos minerais somente se as pedras não foram posteriormente alterados (veja namoro rubídio-estrôncio ).

Rubídio-82 , um dos isótopos não-naturais do elemento, é produzido por captura de electrões decaimento de estrôncio-82 com uma meia-vida de 25.36 dias. Com uma meia-vida de 76 segundos, rubídio-82 decai por emissão de pósitrons para estável krypton-82 .

Ocorrência

Rubídio é o vigésimo terceiro elemento mais abundante na crosta da Terra , aproximadamente tão abundante como zinco e bastante mais comum do que o cobre . Ela ocorre naturalmente no minerais leucite , polucita , carnalite , e zinnwaldita , que contêm rubídio, tanto quanto 1% de óxido . Lepidolite contém entre 0,3% e 3,5% de rubídio, e é a fonte comercial do elemento. Alguns potássio minerais e cloretos de potássio também conter o elemento em quantidades comercialmente significativas.

A água do mar contém uma média de 125 ug / L de rubídio em comparação com o valor muito mais elevado de potássio de 408 mg / L e o valor muito mais baixo de 0,3 g / L para o de césio.

Devido à sua grande raio iónico , rubídio é um dos " elementos incompatíveis ." Durante a cristalização do magma , rubídio é concentrado em conjunto com o seu análogo mais pesado de césio na fase líquida e cristaliza passado. Portanto, os maiores depósitos de rubídio e césio são zona pegmatite corpos de minério formadas por este processo de enriquecimento. Porque substitutos de rubídio de potássio na cristalização do magma, o enriquecimento é muito menos eficaz do que o de césio. Corpos zona de minério de pegmatite contendo quantidades mineable de césio como polucita ou os minerais de lítio lepidolita são também uma fonte de rubídio como um subproduto.

Duas fontes notáveis de rubídio são os ricos depósitos de polucita em Bernic Lago , Manitoba , Canadá, eo rubicline ((Rb, K) AlSi 3 O 8 ) encontrados como impurezas em polucita na ilha italiana de Elba , com um teor de rubídio de 17,5%. Ambos os depósitos também são fontes de césio.

Produção

Apesar de rubídio é mais abundante na crosta terrestre de césio, as aplicações limitadas e a falta de um mineral rico em rubídio limita a produção de compostos de rubídio para 2 a 4 toneladas por ano. Vários métodos estão disponíveis para a separação de potássio, rubídio, e césio. A cristalização fraccionada de um rubídio e césio alúmen (Cs, Rb) Al (SO 4 ) 2 · 12H 2 O rendimento depois de 30 passos subsequentes puro alúmen rubídio. Dois outros métodos são relatados, o processo e o processo chlorostannate ferrocianeto.

Durante vários anos na década de 1950 e 1960, um subproduto da produção de potássio chamado Alkarb era uma fonte principal para rubídio. Alkarb continha 21% de rubídio, sendo o restante de potássio e uma pequena quantidade de césio. Hoje os maiores produtores de césio, como o Tanco Mina , Manitoba, Canadá, produzir rubídio como um subproduto de polucita.

teste de chama para rubídio

História

Três homens de meia-idade, com um no meio sentado.  Todos usam casacos longos, e quanto menor homem do lado esquerdo tem uma barba.
Gustav Kirchhoff (esquerda) e Robert Bunsen (centro) descobriu rubídio por espectroscopia. ( Henry Enfield Roscoe é no lado direito.)

Rubídio foi descoberto em 1861 por Robert Bunsen e Gustav Kirchhoff , em Heidelberg, Alemanha, no mineral lepidolite através de espectroscopia . Por causa das linhas vermelhas brilhantes em seu espectro de emissão , eles escolheram um nome derivado do latim palavra rubidus , que significa "vermelho escuro".

Rubídio é um componente menor em lepidolite. Kirchhoff e Bunsen processados 150 kg de uma lepidolita contendo apenas 0,24% de óxido de rubídio (Rb 2 O). Ambos os de potássio e formar rubídio sais insolúveis com ácido cloroplatínico , mas esses sais mostram uma ligeira diferença em solubilidade em água quente. Portanto, o rubídio menos solúvel hexacloroplatinato (Rb 2 PtCl 6 ) pode ser obtido por cristalização fraccionada . Após redução do hexacloroplatinato com hidrogénio , o processo rendeu 0,51 g de cloreto de rubídio para estudos posteriores. Bunsen e Kirchhoff começou seu primeiro isolamento em larga escala de compostos de césio e de rubídio com 44.000 litros (12.000 galão dos EUA) de água mineral, as quais produziram 7,3 gramas de cloreto de césio e 9,2 gramas de cloreto de rubídio . Rubídio foi o segundo elemento, pouco depois de césio, para ser descoberto por espectroscopia, apenas um ano após a invenção do espectroscópio por Bunsen e Kirchhoff.

Os dois cientistas usaram o cloreto de rubídio para estimar que o peso atômico do novo elemento foi 85,36 (o valor aceito atualmente é 85.47). Eles tentaram gerar rubídio elementar por eletrólise de cloreto de rubídio fundido, mas em vez de um metal, eles obtiveram uma substância homogênea azul, que "nem sob a olho nu, nem sob o microscópio mostrou o menor traço de substância metálica." Eles presumiram que era um subchloride ( Rb
2
Cl
); no entanto, o produto era provavelmente umcoloidalmistura do cloreto de metal e rubídio. Numa segunda tentativa para produzir rubídio metálico, de Bunsen era capaz de reduzir o rubídio por aquecimento tartarato rubídio carbonizado. Embora o rubídio destilada foipirofórico, eles foram capazes de determinar a densidade e o ponto de fusão. A qualidade desta investigação na década de 1860 pode ser avaliado pelo facto da sua densidade determinada difere menos do que 0,1 g / cm3e o ponto de fusão pelo menos de 1 ° C a partir dos valores presentemente aceites.

A ligeira radioactividade de rubídio foi descoberto em 1908, mas que era antes da teoria de isótopos foi estabelecida em 1910, e o baixo nível de actividade (meia-vida maior do que 10 10  anos) feito interpretação complicado. A decadência agora comprovado de 87 Rb para estável 87 Sr através de decaimento beta ainda estava em discussão no final de 1940.

Rubídio tinha valor industrial mínima antes da década de 1920. Desde então, o uso mais importante de rubídio é a pesquisa e desenvolvimento, principalmente em aplicações químicas e eletrônicas. Em 1995, rubídio-87 foi usado para produzir um condensado de Bose-Einstein , para as quais os descobridores, Eric Allin Cornell , Carl Wieman Edwin e Wolfgang Ketterle , ganhou o 2001 Prêmio Nobel de Física .

aplicações

Compostos de rubídio são por vezes usados em fogos de artifício para dar-lhes uma cor roxa. Rubídio também tem sido considerada para utilização num gerador termoeléctrico usando o magneto princípio, onde iões rubídio quentes são passados através de um campo magnético . Estas condutas de electricidade e agir como uma armadura de um gerador desse modo gerando uma corrente eléctrica . Rubídio, particularmente vaporizado 87 Rb, é uma das espécies atómicas mais comumente utilizados empregues para arrefecimento do laser e Bose-Einstein . As suas características desejáveis para esta aplicação incluem a disponibilidade imediata de barata diodo de laser de luz no correspondente comprimento de onda , e as temperaturas moderadas necessárias para obter as pressões de vapor substancial. Para aplicações requerendo interacções átomo frio sintonizáveis, 85 Rb é preferível devido ao seu rico espectro Feshbach .

Rubídio foi usada para polarizar 3 Ele , produzindo volumes de magnetizado 3 gás He, com os spins nucleares alinhados ao invés de aleatório. Vapor de rubídio é opticamente bombeado por um laser eo Rb polarizada polariza 3 Ele através do hyperfine interação. Tais spin-polarizada 3 células He são úteis para medições de nêutrons polarização e para a produção de feixes de neutrões polarizadas para outros fins.

O elemento ressonante em relógios atômicos utiliza a estrutura hiperfina dos níveis de energia do rubídio, e rubídio é útil para o sincronismo de alta precisão. Ele é usado como o principal componente de referências de frequência secundárias (osciladores de rubídio) em transmissores do site celulares e outros eletrônicos de transmissão, redes e equipamentos de teste. Estes padrões de rubídio são freqüentemente usados com GPS para produzir um "padrão de frequência primária" que tem maior precisão e é menos caro do que os padrões de césio. Tais padrões de rubídio são frequentemente para a produção em massa de telecomunicações indústria.

Outras utilizações potenciais de corrente ou de rubídio incluem um fluido de trabalho em turbinas de vapor, como um absorvente em tubos de vácuo , e como uma barreira de luz componente. Rubídio também é usado como um ingrediente em tipos especiais de vidro, na produção de superóxido por queima em oxigénio , no estudo de potássio canais de iões em biologia, e como o vapor em atómicos magnetómetros . Em particular, 87 Rb é utilizado com outros metais alcalinos no desenvolvimento de troca de spin-livre de relaxamento (SerF) magnetómetros .

Rubídio-82 é usado para a tomografia por emissão de positrões . Rubídio é muito semelhante ao de potássio e tecido com alto teor de potássio também irá acumular o rubídio radioactivos. Uma das principais utilizações é imagiologia de perfusão miocárdica . Como um resultado de alterações na barreira sangue-cérebro em tumores cerebrais, rubídio recolhe mais em tumores cerebrais do que o tecido cerebral normal, permitindo a utilização de radioisótopos de rubídio-82 na medicina nuclear para localizar e tumores cerebrais imagem. Rubídio-82 tem uma meia-vida muito curta de 76 segundos, e a produção de decaimento de estrôncio-82 deve ser feito perto do paciente.

Rubídio foi testado para a influência sobre a psicose maníaco-depressiva e depressão. pacientes de diálise que sofrem de depressão apresentam uma diminuição em rubídio e, portanto, uma suplementação pode ajudar durante a depressão. Em alguns ensaios, o rubídio foi administrado como cloreto de rubídio com até 720 mg por dia durante 60 dias.

Precauções e efeitos biológicos

Rubídio
Riscos
pictogramas GHS O pictograma chama no sistema harmonizado de Classificação e Rotulagem de Produtos Químicos (GHS)O pictograma de corrosão no sistema harmonizado de Classificação e Rotulagem de Produtos Químicos (GHS)
palavra sinal de GHS perigo
H260 , H314
P223 , P231 + 232 , P280 , P305 + 351 + 338 , P370 + 378 , P422
NFPA 704
Flammability code 4: Will rapidly or completely vaporize at normal atmospheric pressure and temperature, or is readily dispersed in air and will burn readily. Flash point below 23 °C (73 °F). E.g., propane Health code 3: Short exposure could cause serious temporary or residual injury. E.g., chlorine gas Reactivity code 2: Undergoes violent chemical change at elevated temperatures and pressures, reacts violently with water, or may form explosive mixtures with water. E.g., phosphorus Special hazard W: Reacts with water in an unusual or dangerous manner. E.g., cesium, sodiumNFPA 704 diamante de quatro cores
4
3
2

Rubídio reage violentamente com água e podem causar incêndios. Para garantir segurança e pureza, este metal é normalmente mantida sob uma seco óleo mineral ou selados em ampolas de vidro sob uma atmosfera inerte. Rubídio forma peróxidos em exposição até a pequena quantidade de ar difundido para o óleo, e o armazenamento é sujeito a precauções semelhantes como o armazenamento de metal de potássio .

Rubídio, como sódio e potássio, quase sempre tem um estado de oxidação quando dissolvido em água, mesmo em contextos biológicos. O corpo humano tende a tratar Rb + iões como se fossem iões de potássio, e, por conseguinte, concentra-se em rubídio do corpo fluido intracelular (ou seja, no interior das células). Os iões não são particularmente tóxicos; uma pessoa de 70 kg contém em média 0,36 g de rubídio, e um aumento neste valor por 50 a 100 vezes não revelaram efeitos negativos nas pessoas de teste. A meia-vida biológica de rubídio em humanos mede 31-46 dias. Embora uma substituição parcial de potássio por rubídio é possível, quando mais de 50% do potássio em tecido muscular de ratos foi substituído com rubídio, os ratos morreram.

Veja também

Referências

Outras leituras

  • Meites, Louis (1963). Handbook of Analytical Chemistry (New York: McGraw-Hill Book Company, 1963)
  • Steck, Daniel A. "rubídio-87 D Linha de Dados" (PDF) . Los Alamos National Laboratory (relatório técnico LA-UR-03-8638).

links externos