Rubidio Historia, lastnosti, struktura, pridobivanje, uporabe

On Rubidium To je kovinski element, ki spada v skupino 1 periodične tabele: alkalne kovine, ki ga predstavlja RB kemični simbol. Njegovo ime zveni kot Rubí, in ker je bil odkrit njegov emisijski spekter, je pokazal intenzivne rdeče značilne črte.

Je ena najbolj reaktivnih kovin, ki obstajajo. To je prva od alkalnih kovin, ki se kljub temu, da je malo gosta, potopi v vodo. Reagira tudi z njo bolj eksplozivno v primerjavi z litijem, natrijem in kalijem. Obstajali so poskusi, v katerih so ampule shranjene (nižja slika), da padejo in eksplodirajo v kadi.

Ampoule z gramom rubidija, shranjenega pod inertno atmosfero. Vir: Hi-res slike kemičnih elementov [cc do 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licence/by/3.0)]

Rubidio se odlikuje po tem, da je kovina dražja od istega zlata; Ne toliko zaradi njegovega pomanjkanja, ampak za široko mineraloško porazdelitev v Zemljini skorji in težave, ki nastanejo pri izolaciji kalijevega in prenehanja spojin.

Kaže jasno težnjo po povezavi s kalijem v svojih mineralih in se zdi kot nečistoče. Ne le v geokemični snovi tvori duo s kalijem, ampak tudi na področju biokemije.

Organizem "zmede" k ione⁺ Za tiste iz RB⁺; Vendar Rubidio do danes ni bistven element, saj ni znano, kakšno vlogo igra pri presnovi. Kljub temu so bili dodatki Rubidium uporabljeni za lajšanje nekaterih zdravstvenih stanj, kot sta depresija in epilepsija. Po drugi strani oba iona izstrelita vijolični plamen v vročini vžigalnika.

Zaradi visokih stroškov njegove aplikacije ne temeljijo preveč v sintezi katalizatorjev ali materialov, ampak kot sestavni del za različne naprave s fizikalnimi teoretičnimi osnovami. Ena od njih je atomska ura, sončne celice in magnetometri. Zato se včasih rubidij jemlje kot podcenjena ali malo preučena kovina.

[TOC]

Zgodovina

Rubidio sta leta 1861 odkrila nemški kemiki Robert Bunsen in Gustav Kirchhoff z uporabo spektroskopije. Da bi to naredili, so uporabili bunsen lažji in spektroskop, izumljeni dve leti prej, poleg analitičnih tehnik padavin. Njegov študijski cilj je bil mineral Lepidolit, katerega prikazuje zbirko Saške v Nemčiji.

Začeli so od 150 kg minerala Lepidolita, ki so ga zdravili s kloroplatinsko kislino, H₂PTCL₆, Za oborino kalijevega heksakloroplatinata, k₂PTCL₆. Ko pa so preučevali svoj spekter tako, da so ga zažgali v vžigalniku Bunsenu, so ugotovili, da razstavljajo emisijske linije, ki do takrat niso sovpadale z nobenim drugim elementom.

Za emisijski spekter tega novega elementa je značilno, da imata v rdeči regiji dve dobro definirani črti. Zato je bil krščen z imenom "rubidus", kar pomeni "temno rdeče". Nato je Bunsenu in Kirchhoffu uspelo ločiti RB₂PTCL₆ od k₂PTCL₆ z frakcionirano kristalizacijo; Da ga končno zmanjšate na svojo kloridno sol z vodikom.

Identificirali in izolirali sol novega elementa Rubidio, nemški kemiki so morali le zmanjšati na kovinsko stanje. Da bi to dosegli, so poskusili na dva načina: nanesite elektrolizo na rubidijev klorid ali segrejte enostavno sol, kot je Tartrato. Tako se je rodil kovinski rubidio.

Fizikalne in kemijske lastnosti

Videz

Srebrna siva kovina. Tako mehko je, da je videti kot maslo. Običajno je pakiran v steklenih ampulah, znotraj katerih prevladuje inertna atmosfera, ki ga ščiti pred reakcijo z zrakom.

Atomsko število (z)

37

Molarna masa

85.4678 g/mol

Tališče

39 ° C

Vrelišče

688 ° C

Gostota

Pri sobni temperaturi: 1.532 g/cm³

Na talilni točki: 1,46 g/cm³

Gostota rubidija je boljša od voda, zato se bo potopila, medtem ko bo z njim silovito reagirala.

Fuzijska toplota

2,19 kJ/mol

Toplota za uparjanje

69 kJ/mol

Elektronegativnost

0,82 na lestvici Pauling

Elektronska afiniteta

46,9 kJ/mol

Ionizacijske energije

-Prvi: 403 kJ/mol (RB⁺ plinasto)

-Drugi: 2632.1 kJ/mol (RB²⁺ plinasto)

-Tretjič: 3859,4 kJ/mol (RB³⁺ plinasto)

Atomski radio

248 popoldne (empirično)

Toplotna prevodnost

58,2 w/(m · k)

Električna upornost

128 nΩ · m pri 20 ° C

Mohs trdota

0,3. Zato je celo talk težji od kovinskega rubidija.

Reaktivnost

Plamenska vaja za rubidij. Ko reagira, se poslovi od vijoličnega plamena. Vir: Didaktische.Medien [cc by-sa 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/3.0)]

Rubidio je ena najbolj reaktivnih alkalnih kovin, po Cesiu in Francialu. Komaj je izpostavljen zraku, začne goreti, in če je vedno, ustreli svetleče iskre. Če je ogret, oddaja tudi vijolični plamen (vrhunska slika), kar je pozitiven test za RB ione⁺.

Vam lahko služi: ididio 192

Reagira s kisikom, da tvori mešanico peroksidov (RB₂Tudi₂) in superoksidi (RBO₂). Čeprav ne reagira s kislinami in bazami, ga krši z vodo, ki ustvarja hidroksid Rubidium in vodikovega plina:

RB (s) + H₂Ali (l) => rboh (ac) + h₂(g)

Reagira z vodikom, da tvori ustrezen hidrid:

RB (s) + H₂(g) => 2RBH (s)

In tudi s halogeni in žveplom eksplozivno:

2RB (s) + Cl₂(g) => rbcl (s)

2RB (s) + s (l) => rb₂H.H)

Čeprav Rubidium ne velja za strupeni element, je potencialno nevaren in predstavlja požarna tveganja, ko pride v stik z vodo in kisikom.

Elektronska struktura in konfiguracija

Atomi Rubidio so razporejeni tako, da vzpostavijo kubično strukturno kristal, osredotočeno na telo (BCC). Ta struktura je značilna za alkalne kovine, ki so lahke in ponavadi plavajo po vodi; Razen Rubidium Down (Cesio in Francia).

V kristalih Rubidio BCC se njihovi Atomi RB medsebojno medsebojno medsebojno delujejo zaradi kovinske povezave. To ureja "morje elektronov" svoje valenčne plasti, iz 5S orbitala v skladu z njegovo elektronsko konfiguracijo:

[KR] 5S¹

Vse orbitale 5s z njihovim edinim elektronom se prekrivajo v vseh dimenzijah rubidio kovin kristalov. Vendar so te interakcije šibke, saj se kot skupina alkalnih kovin spuščajo, orbitale postanejo bolj razpršene in zato kovinska povezava oslabi.

Zato je tališče rubidija 39 ° C. Tudi njena šibka kovinska vez pojasnjuje mehkobo njene trdne snovi; tako mehko, da se zdi, da je srebrno maslo.

Ni dovolj bibliografskih informacij o obnašanju njihovih kristalov pod visokimi pritiski; Če obstajajo najgostejše faze z edinstvenimi lastnostmi kot pri natriju.

Oksidacijske številke

Njegova elektronska konfiguracija nekoč kaže, da rubidij močno izgubi svoj edini elektron, da postane izolektronski do plemenitega plina Kripton plin. Ko to stori, se oblikuje monovalentna kation RB⁺. Govori se, da ima v svojih spojinah oksidacijsko številko +1, ko se predpostavlja obstoj tega kationa.

Zaradi trenda rubidija za oksidiramo predpostavko, da obstajajo RB ioni⁺ V svojih spojinah je uspešen, kar posledično poudarja ionski značaj teh spojin.

V skoraj vseh spojinah rubidija ima to oksidacijsko število +1. Primeri le -teh so:

-Rubid klorid, RBCL (RB⁺Cl^-)

-Rubidio hidroksid, RBOH (RB⁺ Oh^-)

-Rubidio karbonat, RB₂Co₃ (RB₂⁺Co₃^2-)

-Rubidio monoksid, RB₂Ali (rb₂⁺Tudi^2-)

-Rubidium superoksid, rbo₂ (RB⁺Tudi₂^-)

Tudi če je zelo redek, bi lahko Rubidium imel tudi negativno oksidacijsko številko: -1 (RB^-). V tem primeru bi govorili o "rubidiuro", če bi oblikoval spojino z manj elektronegativnim elementom kot on, ali če bi ga predložil v posebnih in strogih pogojih.

Grozdi

Obstajajo spojine, kjer ima vsak atom RB oksidacijske številke z delnimi vrednostmi. Na primer v RB₆Ali (rb₆²⁺Tudi^2-) in RB₉Tudi₂ (RB₉⁴⁺Tudi₂^2-) Pozitivna obremenitev je razporejena med naborom atomov RB (grozdi). Tako v RB₆Ali pa bi bila oksidacijska številka v teoriji +1/3; medtem ko v RB₉Tudi₂, + 0,444 (4/9).

Struktura grozda RB9O2. Vir: Axiosaurus [javna domena]

Struktura grozda RB je prikazana zgoraj₉Tudi₂ predstavljen z modelom sfer in palic. Upoštevajte, kako devet atomov RB "zapira" anione oz^2-.

Z razjasnitvijo je, kot da je del originalnih kovinskih kristalov rubidija ostal nespremenjen, medtem ko se je ločeval od maternega kristala. V postopku izgubijo elektrone; tisti, ki so potrebni za privabljanje oz^2-, in nastali pozitivni naboj se porazdeli med vse atome omenjene grozde (nastavi ali agregati RB atomov).

Tako v teh grozdih Rubidium obstoja RB ni mogoče formalno prevzeti⁺. RB₆Ali in RB₉Tudi₂ Razvrščajo kot rubidijevi suboksidi, v katerih je ta navidezna anomalija izpolnjena tako, da ima presežek kovinskih atomov glede na anione oksidov.

Kje je in dobimo

Zemeljska skorja

Vzorec minerala Lepidolit. Vir: Rob Lavinsky, Irocks.com-cc-by-sa-3.0 [cc by-sa 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/3.0)]

Rubidio je najpogostejši element 23 Zemljine skorje, pri čemer je številčnost primerljiva s cinkom, svincem, cezijem in bakrenimi kovinami. Podrobnosti je, da so njihovi ioni široko razširjeni, zato v nobenem mineralu ne prevladuje kot glavni kovinski element, njihove rude pa so tudi malo.

Vam lahko služi: Grignard reagent: priprava, aplikacije, primeri

Iz tega razloga je Rubidio zelo draga kovina, celo več kot isto zlato, saj je njegov postopek pridobivanja od njegovega MENA zapleten zaradi težav pri njegovem izkoriščanju.

V naravi, glede na svojo reaktivnost, Rubidium ni v domačem stanju, ampak kot oksid (RB₂O), klorid (RBCL) ali ga spremljajo drugi anioni. Njegovi "brezplačni" RB ioni⁺ So v morjih s koncentracijo 125 µg/L, pa tudi v vročih vzmeti in rekah.

Med minerali Zemljine skorje, ki jo vsebujejo v koncentraciji manj kot 1%, imamo:

-Leucita, k [alsi₂Tudi₆]

-Polucita, CS (da₂zdravo₆· NH₂Tudi

-Carnalita, Kmgcl₃· 6H₂Tudi

-Zinnwaldita, Klifeal (ALSI₃) Bodisi₁₀(Oh, f)₂

-Amasonita, PB, Kalsi₃Tudi₈

-Petalita, Lialsi₄Tudi₁₀

-Biotita, K (MG, vera)₃Alsi₃Tudi₁₀(Oh, f)₂

-Rubiclina, (RB, K) ALSI₃Tudi₈

-Lepidolita, K (Li, AL)₃(Ja, al)₄Tudi₁₀(F, OH)₂

Geokemična zveza

Vsi ti minerali imajo eno ali dve skupni stvari: to so kalij, ceziji ali litijevi silikati ali so mineralne soli teh kovin.

To pomeni, da ima Rubidio močno nagnjenost k povezovanju s kalijem in cesiom; Lahko celo nadomesti kalij med kristalizacijo mineralov ali kamnin, kot se dogaja na poljih Pegmatitas, ko magma kristalizira. Tako je Rubidio stranski produkt izkoriščanja in rafiniranja teh kamnin in njihovih mineralov.

Rubidio je lahko tudi v skupnih kamninah, kot so granit, gline in bazalt ter celo ogljično nahajališča. Od vseh naravnih virov Lepidolit predstavlja svojo glavno rudo in iz katere se komercialno izkorišča.

V karnalitu je na drugi strani Rubidio mogoče najti kot nečistoče RBCL z vsebnostjo 0,035%. In v večji koncentraciji obstajajo nahajališča polcitas in rubiclinas, ki imajo lahko do 17% Rubidium.

Njegova geokemična povezanost s kalijem je posledica podobnosti njegovih ionskih radijskih sprejemnikov; RB⁺ je večji od k⁺, Toda razlika v velikostih ni ovira za prvo, ki bi drugo nadomestila v svojih mineralnih kristalih.

Delna kristalizacija

Ne glede na to, ali temelji na lepidolitu ali polciti ali kateri koli od zgoraj omenjenih mineralov, izziv ostaja enak v večji ali manjši meri: ločevanje rubidija od kalija in cesija; to pomeni, da na eni strani nanesite tehnike ločevanja mešanice, ki omogočajo spojine ali soli rubidija, na drugo pa kalij in cezija.

To je težko, saj ti ioni (k⁺, Rb⁺ in cs⁺) deliti veliko kemijsko podobnost; Reagirajo na enak način, da tvorijo iste soli, ki se med seboj komaj razlikujejo po njihovi gostoti in topnosti. Zato se uporablja frakcionirana kristalizacija, tako da lahko počasi in nadzoruje.

Na primer, ta tehnika se uporablja za ločevanje mešanice karbonatov in alumov od teh kovin. Postopke prekristalizacije je treba večkrat ponoviti, da se zagotovi končne in brezplačne kristale soprecipitiranih ionov; Rubidijeva sol, ki kristalizira s k ioni⁺ ali cs⁺ na svoji površini ali znotraj.

Sodobnejše tehnike, kot je uporaba ionske izmenjave smole ali krone kot zapleteni agenti, omogočajo tudi RB ione⁺.

Elektroliza ali zmanjšanje

Ko je mogoče ločiti in očistiti rubidno sol, je naslednji in zadnji korak zmanjšati katione RB⁺ do trdne kovine. Da bi to naredili, se sol topi in je podvržena elektrolizi, da obori rubidij v katodi; Ali pa se uporablja močno reducirajoče sredstvo, kot sta kalcij in natrij, ki lahko hitro izgubi elektrone in tako zmanjša rubidij.

Izotopi

Rubidio najdemo na Zemlji kot dva naravna izotopa: ⁸⁵RB in ⁸⁷Rb. Prva ima veliko 72,17%, drugo pa 27,83%.

On ⁸⁷RB je odgovoren za to, da je ta kovina radioaktivna; Vendar je njegovo sevanje neškodljivo in celo koristno za analizo zmenkov. Tvoja polovica življenja (t_1/2) je 4,9 · 10¹⁰ leta, katerih časovno obdobje presega starost vesolja. Ko razpade, postane stabilen izotop ⁸⁷gospod.

Zahvaljujoč temu je bil ta izotop uporabljen do danes že od začetka Zemlje.

Poleg izotopov ⁸⁵RB in ⁸⁷RB, obstajajo drugi sintetični in radioaktivni z spremenljivimi in veliko krajšimi življenjskimi časi; Na primer ⁸²RB (t_1/2= 76 sekund), ⁸³RB (t_1/2= 86,2 dni), ⁸⁴RB (t_1/2= 32,9 dni) in ⁸⁶RB (t_1/2= 18,7 dni). Od vseh, ⁸²RB se najbolj uporablja v medicinskih študijah.

Tveganja

Kovina

Rubidio je kovina tako reaktivna, da jo je treba shraniti v steklene ampule pod inertno atmosfero, tako da ne reagira s kisikom zraka. Če se omenjeni Ampoule zlomi, lahko kovino postavite v kerozin ali mineralno olje, da jo zaščiti; Vendar bo na koncu oksidalirali raztopljeni kisik v njih, kar bo povzročilo rubidijeve perokside.

Lahko vam služi: natrijev cianid (NACN): struktura, lastnosti, tveganja, uporabe

Če je bilo nasprotno odločeno, da ga postavite na les, na primer, bo na koncu gorelo z vijoličnim plamenom. Če je veliko vlage, bo zgorelo z zgolj dejstvom, da je izpostavljen zraku. Ko se v količini vode izognemo velikemu kosu rubidija, se močno izkorišča in doseže vodik, ki je proizveden plin na ognju.

Zato je rubidij kovina, ki bi morala manipulirati, saj so vse njegove reakcije praktično eksplozivne.

Ioni

Za razliko od kovinskega rubidija, njegovi RB ioni⁺ Ne predstavljajo očitnega tveganja za živa bitja. Ti raztopljeni v vodi sodelujejo s celicami na enak način kot k ioni K⁺.

Zato imata rubidij in kalij podobno biokemično vedenje; Vendar rubidij ni bistven element, medtem ko kalij da. Na ta način so opazne količine RB⁺ Lahko se kopičijo v notranjosti celic, rdečih krvnih celic in viscera, ne da bi negativno vplivali na telo katere koli živali.

Pravzaprav je bilo ocenjeno, da odrasli moški z maso 80 kg vsebuje približno 37 mg Rubidio; In da poleg tega povečanje te koncentracije v vrstnem redu od 50 do 100 -krat ne vodi do nezaželenih simptomov.

Vendar presežni RB ioni⁺ se lahko na koncu premakne na k ione⁺; In posledično bo posameznik do smrti trpel zelo močne mišične krče.

Logično lahko to takoj sprožijo reševanje soli ali spojine rubidija, zato nobenega od njih ne smete zaužiti. Poleg tega lahko povzroči preproste kontaktne opekline in med najbolj strupenim fluoridom (RBF), hidroksidom (RBOH) in cianidom (RBCN) Rubidium.

Prijave

Zbirka plina

Rubidio je bil uporabljen za zajem ali odpravljanje sledi plinov, ki lahko obstajajo v vakuumskih cevh. Prav zaradi svoje velike nagnjenosti k zajemanju kisika in vlage v njih odpravljajo na svoji površini kot peroksidi.

Pirotehnika

Ko rubidio soli zažgejo značilen vijolično-rdeči plamen. Nekateri ognjemet imajo te soli v svoji sestavi, tako da eksplodirajo s temi barvami.

Dodatek

Rubidio klorid je bil predpisan za boj proti depresiji, saj študije določajo primanjkljaj tega elementa pri posameznikih, ki trpijo zaradi tega zdravstvenega stanja. Uporablja se tudi kot sedativ in za zdravljenje epilepsije.

Bose-Einstein kondenzat

Atomi izotopov ⁸⁷RB smo uporabili za ustvarjanje prvega Bose-Einstein kondenzata. To stanje je, da so atomi pri temperaturi, ki je blizu absolutne ničle (0 k), združeni ali "kondenzan", ki se obnašajo, kot da so eno.

Tako je bil Rubidio glavni junak tega zmage na področju fizike in Eric Cornell, Carl Wieman in Wolfgang Ketterle so leta 2001 prejeli Nobelovo nagrado, zahvaljujoč temu delu.

Diagnoza tumorja

Sintetični radioizotop ⁸²RB razpade z oddajanjem pozitronov, ki se uporablja za kopičenje v tkivih, ki so v kaliju; Kot tisti, ki se nahajajo v možganih ali srcu. Zato se uporablja za analizo funkcionalnosti srca in prisotnosti možnih tumorjev v možganih s pozitronsko emisijsko tomografijo.

Komponenta

Rubidio ioni so našli prostor v različnih vrstah materialov ali mešanic. Na primer, izdelane so njihove zlitine z zlatom, cezijem, živo srebrom, natrijem in kalijem. Dodani so ga v steklo in keramiko, da bi povečali njihovo tališče.

V sončnih celicah Perovskitas so jih dodali kot pomembna komponenta. Prav tako je bila njegova možna uporaba preučena kot termoelektrični generator, material za prenos toplote v prostoru, gorivo v ionskih pogonskih motorjih, elektrolitski medij za alkalne baterije in atomske magnetometre.

Atomske ure

Z rubidijem in prenehanjem so bile izdelane znane atomske ure, zelo natančne, uporabljene na primer v satelitih GPS, s katerimi lahko lastniki svojih pametnih telefonov poznajo svojo lokacijo, medtem ko se premikajo po cesti.

Reference

1. Obveznico Tom. (29. oktober 2008). Rubidium. Okrevano od: ChemistryWorld.com
2. Shiver & Atkins. (2008). Anorganska kemija. (Četrta izdaja). MC Graw Hill.
3. Wikipedija. (2019). Rubidium. Pridobljeno iz: v.Wikipedija.org
4. Nacionalni center za informacije o biotehnologiji. (2019). Rubidium. Baza podatkov Pubchem. Cid = 5357696. Okrevano od: pubchem.NCBI.NLM.ameriški nacionalni inštitut za zdravje.Gov
5. Chellan, str., & Sadler, str. J. (2015). Elementi življenja in zdravil. Filozofske transakcije. Serija A, Matematične, fizične in inženirske vede, 373 (2037), 20140182. Doi: 10.1098/rsta.2014.0182
6. Lahko fundacija za medicinsko izobraževanje in raziskave. (2019). Rubidium RB 82 (intravenska pot). Okrevano od: Mayoclinic.org
7. Marques Miguel. (s.F.). Rubidium. Okreval od: Nautilus.Fis.UC.Pt
8. James l. Barvilo. (12. april 2019). Rubidium. Encyclopædia Britannica. Okrevano od: Britannica.com
9. Doktor. Doug Stewart. (2019). Dejstva Rubidium Elementa. Kemikool. Okrevano od: Chemicool.com
10. Michael Pilgaard. (10. maja 2017). Kemične reakcije Rubidium. Okrevano od: Pilgaardelegs.com