Rubidio Historia, propriétés, structure, obtenant, utilise

Il rubidium C'est un élément métallique qui appartient au groupe 1 du tableau périodique: celui des métaux alcalins, représentés par le symbole chimique RB. Son nom ressemble à Rubí, et c'est parce que lorsque son spectre d'émission a été découvert, il a montré des lignes caractéristiques rouges intenses.

C'est l'un des métaux les plus réactifs qui existent. C'est le premier des métaux alcalins qui, bien qu'il soit peu dense, s'enfonce dans l'eau. Il réagit également avec elle plus explosivement par rapport au lithium, au sodium et au potassium. Il y a eu des expériences dans lesquelles les ampoules sont stockés (image inférieure) pour tomber et exploser dans les baignoires.

Ampoule avec un gramme de rubidium stocké sous une atmosphère inerte. Source: Images haute résolution d'éléments chimiques [CC par 3.0 (https: // CreativeCommons.Org / licences / par / 3.0)]

Rubidio se distingue par un métal plus cher que le même or; Pas tant pour sa pénurie, mais pour sa large distribution minéralogique dans la croûte terrestre et les difficultés qui surviennent lors de l'isolement de potassium et de cesser des composés.

Il montre une tendance claire à s'associer au potassium dans ses minéraux, trouvant comme des impuretés. Non seulement dans la matière géochimique forme un duo avec du potassium, mais aussi dans le domaine de la biochimie.

L'organisme "confond" les k ions⁺ Pour ceux de RB⁺; Cependant, Rubidio n'est pas un élément essentiel à ce jour, car on ne sait pas quel rôle il joue dans le métabolisme. Malgré cela, les suppléments Rubidium ont été utilisés pour atténuer certaines conditions médicales telles que la dépression et l'épilepsie. D'un autre côté, les deux ions tirent une flamme violet dans la chaleur du briquet.

En raison de son coût élevé, ses applications ne sont pas trop basées dans la synthèse de catalyseurs ou de matériaux, mais en tant que composant pour divers appareils avec des bases théoriques physiques. L'un d'eux est l'horloge atomique, les cellules solaires et les magnétomètres. C'est pourquoi parfois le rubidium est considéré comme un métal sous-estimé ou peu étudié.

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Histoire

Le Rubidio a été découvert en 1861 par les chimistes allemands Robert Bunsen et Gustav Kirchhoff, en utilisant la spectroscopie. Pour ce faire, ils ont utilisé le briquet Bunsen et le spectroscope, ont inventé deux ans auparavant, en plus des techniques de précipitations analytiques. Son objet d'étude était le minéral lépidolite, dont la collection de Saxe, Allemagne.

Ils ont commencé à partir de 150 kg de minéraux de lépidolite, qu'ils ont traités avec de l'acide chloroplatinique, H₂PTCL₆, Pour précipiter l'hexacloroplatinate de potassium, k₂PTCL₆. Cependant, lorsqu'ils ont étudié leur spectre en le brûlant dans le briquet Bunsen, ils ont réalisé qu'ils présentaient des lignes d'émission qui ne coïncident pas avec un autre élément.

Le spectre d'émission de ce nouvel élément est caractérisé par deux lignes bien définies dans la région rouge. C'est pourquoi il a été baptisé avec le nom «Rubidus», ce qui signifie «rouge foncé». Ensuite, Bunsen et Kirchhoff ont réussi à séparer le RB₂PTCL₆ de k₂PTCL₆ par cristallisation fractionnée; Pour enfin le réduire à votre chlorure de sel à l'aide d'hydrogène.

Identifié et isolé un sel du nouvel élément Rubidio, les chimistes allemands n'avaient besoin que de le réduire à leur état métallique. Pour y parvenir, ils ont essayé de deux manières: appliquer l'électrolyse au chlorure de rubidium, ou chauffer un sel facile à réduire, comme le tartato. Ainsi, le Rubidio métallique est né.

Proprietes physiques et chimiques

Apparence

Métal gris argenté. C'est tellement doux qu'il ressemble à un beurre. Il est généralement emballé à l'intérieur des ampoules en verre, dans laquelle une atmosphère inerte prédomine qui la protège de la réaction avec l'air.

Numéro atomique (z)

37

Masse molaire

85 4678 g / mol

Point de fusion

39 ºC

Point d'ébullition

688 ºC

Densité

À température ambiante: 1 532 g / cm³

Au point de fusion: 1,46 g / cm³

La densité du Rubidium est supérieure à celle de l'eau, donc elle coulera tout en réagissant violemment avec elle.

Chaleur de fusion

2,19 kJ / mol

Chaleur de vaporisation

69 kJ / mol

Électronégativité

0,82 sur l'échelle Pauling

Affinité électronique

46,9 kJ / mol

Énergies d'ionisation

-Premièrement: 403 kJ / mol (RB⁺ gazeux)

-Deuxième: 2632.1 kJ / mol (RB²⁺ gazeux)

-Troisième: 3859.4 kJ / mol (RB³⁺ gazeux)

Radio atomique

248 h (empirique)

Conductivité thermique

58,2 w / (m · k)

Résistivité électrique

128 nΩ · m à 20 ° C

Dureté mohs

0.3. Par conséquent, même le talc est plus difficile que le rubidium métallique.

Réactivité

Répétition de flamme pour Rubidium. Quand il réagit, il dit au revoir à une flamme violet. Source: Didaktische.Medien [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 3.0)]

Rubidio est l'un des métaux alcalins les plus réactifs, après Cesio et Francio. Il est à peine exposé à l'air commence à brûler, et s'il est holil, il tire des étincelles lumineuses. S'il est chauffé, il émet également une flamme violette (image supérieure), qui est un test positif pour les ions RB⁺.

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Réagit avec l'oxygène pour former un mélange de peroxydes (RB₂SOIT₂) et les superoxydes (RBO₂). Bien qu'il ne réagisse pas avec les acides et les bases, il le viole avec de l'eau, générant du rubidium et de l'hydroxyde de gaz hydrogène:

RB (S) + H₂Ou (l) => rboh (ac) + h₂(g)

Réagit avec l'hydrogène pour former son hydrure correspondant:

RB (S) + H₂(g) => 2rbh (s)

Et aussi avec les halogènes et le soufre explosivement:

2rb (s) + cl₂(g) => rbcl (s)

2rb (s) + s (l) => rb₂H.H)

Bien que Rubidium ne soit pas considéré comme un élément toxique, il est potentiellement dangereux et représente les risques d'incendie lorsqu'il entre en contact avec l'eau et l'oxygène.

Structure et configuration électroniques

Les atomes de rubidio sont disposés de telle manière qu'ils établissent un cristal de structure cubique centré dans le corps (BCC). Cette structure est caractéristique des métaux alcalins, qui sont légers et ont tendance à flotter sur l'eau; Sauf pour le Rubidium Down (Cesio et Francio).

Dans les cristaux Rubidio BCC, leurs atomes RB interagissent les uns avec les autres grâce au lien métallique. Ceci est régi par une «mer d'électrons» de sa couche de valence, de l'orbitale 5S selon sa configuration électronique:

[Kr] 5s¹

Toutes les orbitales 5s avec leur seul électron se chevauchent dans toutes les dimensions des cristaux métalliques Rubidio. Cependant, ces interactions sont faibles, car comme le groupe de métaux alcalins descend, les orbitales deviennent plus diffuses et, par conséquent, le lien métallique s'affaiblit.

C'est pourquoi le point de fusion du rubidium est de 39 ºC. De plus, sa liaison métallique faible explique la douceur de son solide; Si doux qu'il semble être un beurre en argent.

Il n'y a pas suffisamment d'informations bibliographiques concernant le comportement de leurs cristaux sous des pressions élevées; S'il y a des phases les plus denses avec des propriétés uniques comme avec le sodium.

Nombres d'oxydation

Sa configuration électronique indique une fois que le Rubidium a tendance à perdre son seul électron à devenir un gaz de Gas islectronique à Noble Gas. Quand c'est le cas, le cation monovalent est formé RB⁺. On dit que dans ses composés, il a un numéro d'oxydation +1 lorsque l'existence de ce cation est supposée.

En raison de la tendance du rubidium à s'oxyder, l'hypothèse qu'il y a des ions RB⁺ Dans ses composés, il réussit, ce qui souligne à son tour le caractère ionique de ces composés.

Dans presque tous les composés du Rubidium, cela présente un nombre d'oxydation de +1. Les exemples d'entre eux sont les suivants:

-Chlorure de rubid, RBCL (RB⁺CL^-)

-Rubidio Hydroxyde, Rboh (RB⁺ Oh^-)

-Rubidio Carbonate, RB₂CO₃ (RB₂⁺CO₃^2-)

-Rubidio Monoxyde, RB₂Ou (RB₂⁺SOIT^2-)

-Rubidium Superoxyde, RBO₂ (RB⁺SOIT₂^-)

Même s'il est très rare, le Rubidium pourrait également avoir un numéro d'oxydation négatif: -1 (RB^-). Dans ce cas, nous parlions d'un "Rubidiuro" s'il formait un composé avec un élément moins électronégatif que lui, ou s'il s'est soumis dans des conditions spéciales et rigoureuses.

Groupes

Il y a des composés où chaque atome RB a des nombres d'oxydation avec des valeurs fractionnaires. Par exemple, en RB₆Ou (RB₆²⁺SOIT^2-) et RB₉SOIT₂ (RB₉⁴⁺SOIT₂^2-) La charge positive est distribuée entre un ensemble d'atomes RB (grappes). Ainsi, dans le RB₆Ou le numéro d'oxydation en théorie serait +1/3; Pendant son séjour dans RB₉SOIT₂, + 0,444 (4/9).

Structure du cluster RB9O2. Source: Axiosaurus [domaine public]

La structure du cluster RB est indiquée ci-dessus₉SOIT₂ représenté par un modèle de sphères et de barres. Notez comment les neuf atomes RB "enferment" les anions ou^2-.

À titre d'écubration, c'est comme si une partie des cristaux métalliques d'origine du Rubidium restait inchangés tout en se séparant du cristal mère. Ils perdent des électrons dans le processus; ceux nécessaires pour attirer le OR^2-, et la charge positive qui en résulte est distribuée entre tous les atomes dudit cluster (ensemble ou agrégats d'atomes RB).

Ainsi, dans ces grappes de rubidium, l'existence de RB ne peut pas être officiellement supposée⁺. Le RB₆Ou et RB₉SOIT₂ Ils se classent comme des suboxydes de rubidium, dans lesquels cette anomalie apparente est réalisée pour avoir un excès d'atomes métalliques par rapport aux anions oxydes.

Où est-il et obtenez

croûte terrestre

Échantillon de minéral lépidolite. Source: Rob Lavinsky, Irocks.com-cc-by-sa-3.0 [cc by-sa 3.0 (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 3.0)]

Rubidio est l'élément le plus abondant 23 de la croûte de la Terre, avec une abondance comparable à celle du zinc, du plomb, du césium et des métaux en cuivre. Le détail est que leurs ions sont largement disséminés, donc il ne prédominait pas dans un minéral en tant qu'élément métallique principal, et leurs minerais sont également rares.

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C'est pour cette raison que Rubidio est un métal très cher, encore plus que la même or, car son processus d'obtention de ses Menas est complexe en raison de la difficulté de son exploitation.

Dans la nature, étant donné sa réactivité, Rubidium n'est pas dans un état natif, mais comme l'oxyde (RB₂O), chlorure (RBCL) ou accompagné d'autres anions. Ses ions RB "libres"⁺ Ils sont dans les mers avec une concentration de 125 µg / L, ainsi que dans les sources chaudes et les rivières.

Parmi les minéraux de la croûte terrestre qui le contiennent dans une concentration inférieure à 1% que nous avons:

-Leucita, k [alsi₂SOIT₆]]

-POLUCITA, CS (OUI₂Bonjour₆· NH₂SOIT

-Carnalita, kmgcl₃· 6h₂SOIT

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

-Amazonita, PB, kalsi₃SOIT₈

-Pétalita, lialsi₄SOIT_dix

-Biotita, K (mg, foi)₃Alsi₃SOIT_dix(Oh, f)₂

-Rubiclina, (RB, K) ALSI₃SOIT₈

-Lepidolita, K (Li, AL)₃(Oui, Al)₄SOIT_dix(F, oh)₂

Association géochimique

Tous ces minéraux partagent une ou deux choses en commun: ce sont des silicates de potassium, de césium ou de lithium, ou sont des sels minéraux de ces métaux.

Cela signifie que Rubidio a une forte tendance à s'associer au potassium et au CESIO; Il peut même remplacer le potassium pendant la cristallisation des minéraux ou des roches, comme cela se produit dans les champs des pegmatitas lorsque le magma cristallise. Ainsi, Rubidio est un sous-produit de l'exploitation et du raffinage de ces roches et de leurs minéraux.

Rubidio peut également être dans des roches communes telles que le granit, les argiles et le basalte, et même les dépôts de carbonifères. De toutes les sources naturelles, la lépidolite représente son minerai principal et à partir de laquelle il est exploité commercialement.

Dans le carnalite, en revanche, Rubidio peut être trouvé comme des impuretés RBCL avec un contenu de 0,035%. Et à une plus grande concentration, il y a les dépôts de POLUCITAS et RUBICLINAS, qui peuvent avoir jusqu'à 17% de Rubidium.

Son association géochimique avec le potassium est due à la similitude de ses radios ioniques; Le RB⁺ est plus grand que k⁺, Mais la différence de tailles n'est pas un obstacle pour le premier à remplacer le second de ses cristaux minéraux.

Cristallisation fractionnaire

Qu'il soit basé sur la lépidolite ou la polucine, ou l'un des minéraux mentionnés ci-dessus, le défi reste le même à un plus ou moins de degré: séparer le rubidium du potassium et du catesse; c'est-à-dire appliquer des techniques de séparation du mélange qui permettent les composés ou les sels de rubidium d'une part, et ceux du potassium et du césium, d'autre part.

C'est difficile car ces ions (k⁺, RB⁺ et CS⁺) partager une grande similitude chimique; Ils réagissent de la même manière pour former les mêmes sels, qui diffèrent à peine les uns des autres grâce à leurs densités et solubilités. C'est pourquoi une cristallisation fractionnée est utilisée, afin qu'ils puissent lentement et contrôler.

Par exemple, cette technique est utilisée pour séparer un mélange de carbonates et d'aluns de ces métaux. Les processus de recristallisation doivent être répétés plusieurs fois pour garantir des cristaux ultimes et libres d'ions coprécipités; Un sel de rubidium qui cristallise avec les ions k⁺ ou cs⁺ à sa surface ou à l'intérieur.

Des techniques plus modernes, telles que l'utilisation d'une résine d'échange d'ions, ou les couronnes en tant qu'agents complexes, permettent également⁺.

Électrolyse ou réduction

Une fois qu'il a été possible de séparer et de purifier le sel de rubide, la prochaine et la dernière étape consiste à réduire les cations RB⁺ en métal solide. Pour ce faire, le sel fond et est soumis à l'électrolyse pour précipiter le rubidium dans la cathode; ou un agent réducteur fort, comme le calcium et le sodium, est utilisé, capable de perdre rapidement les électrons et ainsi de réduire le rubidium.

Isotopes

Rubidio se trouve sur Terre comme deux isotopes naturels: le ⁸⁵RB et ⁸⁷RB. Le premier a une abondance de 72,17%, tandis que le second de 27,83%.

Il ⁸⁷RB est responsable de ce métal radioactif; Cependant, son rayonnement est inoffensif et même bénéfique pour l'analyse des rencontres. Votre demi-vie (t_1/2) est 4,9 · 10^dix années, dont la période de temps dépasse l'âge de l'univers. Quand il se désintègre, il devient l'isotope stable ⁸⁷M.

Grâce à cela, cet isotope a été utilisé pour sortir avec l'âge des minéraux et des roches terrestres présentes depuis le début de la terre.

En plus des isotopes ⁸⁵RB et ⁸⁷RB, il y a d'autres synthétiques et radioactifs avec des temps de vie variables et beaucoup plus courts; Par exemple, lui ⁸²RB (t_1/2= 76 secondes), ⁸³RB (t_1/2= 86,2 jours), ⁸⁴RB (t_1/2= 32,9 jours) et ⁸⁶RB (t_1/2= 18,7 jours). De tous, le ⁸²RB est le plus utilisé dans les études médicales.

Des risques

Métal

Rubidio est un métal si réactif qu'il doit être stocké dans des ampoules en verre sous une atmosphère inerte afin qu'elle ne réagisse pas avec l'oxygène de l'air. Si ledit ampoule se casse, le métal peut être placé dans du kérosène ou de l'huile minérale pour le protéger; Cependant, il finira par oxyder l'oxygène dissous en eux, ce qui donne naissance à des peroxydes de rubidium.

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Si au contraire, il a été décidé de le placer sur du bois, par exemple, il finira par brûler avec une flamme violet. S'il y a beaucoup d'humidité, il brûlera avec le simple fait d'être exposé à l'air. Lorsqu'un grand morceau de rubidium est évité à un volume d'eau, il exploite vigoureusement, atteignant le gaz produit par l'hydrogène en feu.

Par conséquent, Rubidium est un métal qui devrait manipuler, car toutes ses réactions sont pratiquement explosives.

Ions

Contrairement à Rubidium métallique, ses ions RB⁺ Ils ne représentent aucun risque apparent pour les êtres vivants. Ces dissous dans l'eau interagissent avec les cellules de la même manière que les k ions⁺.

Par conséquent, le rubidium et le potassium ont des comportements biochimiques similaires; Cependant, Rubidium n'est pas un élément essentiel, tandis que le potassium oui. De cette façon, des quantités appréciables de RB⁺ Ils peuvent s'accumuler dans les intérieurs des cellules, des globules rouges et des viscères sans avoir un impact négatif sur le corps d'un animal.

En fait, il a été estimé qu'un homme adulte avec une masse de 80 kg contient environ 37 mg de Rubidio; Et qu'en plus, une augmentation de cette concentration dans l'ordre de 50 à 100 fois ne conduit pas à des symptômes indésirables.

Cependant, un excès d'ions RB⁺ peut finir par passer aux ions k⁺; Et par conséquent, l'individu subira des spasmes musculaires très forts jusqu'à la mort.

Logiquement, les sels de salvor ou les composés de Rubidium peuvent déclencher cela immédiatement, donc aucun d'entre eux ne devrait être ingéré. De plus, il peut provoquer des brûlures de contact simples, et parmi les fluorures les plus toxiques (RBF), l'hydroxyde (RBOH) et le cyanure (RBCN) de Rubidium.

Applications

Percepteur de gaz

Rubidio a été utilisé pour capturer ou éliminer les traces de gaz qui peuvent exister dans les tubes scellés à vide. Précisément en raison de leur forte tendance à capturer l'oxygène et l'humidité, ils les éliminent à leur surface sous forme de peroxydes.

Pyrotechnie

Quand les sels de Rubidio brûlent une flamme caractéristique violet-rougeh. Certains feux d'artifice ont ces sels dans leur composition afin qu'ils explosent avec ces couleurs.

Supplément

Le chlorure de rubidio a été prescrit pour lutter contre la dépression, car les études ont déterminé un déficit de cet élément chez les personnes souffrant de cette condition médicale. Il a également été utilisé comme sédatif et pour traiter l'épilepsie.

Condensat de Bose-Einstein

Les atomes isotopes ⁸⁷RB a été utilisé pour créer le premier condensat Bose-Einstein. Cet état de matière est que les atomes à une température assez proches du zéro absolu (0 K), sont regroupés ou «condensan», se comportant comme s'ils étaient un.

Ainsi, le Rubidio était le protagoniste de ce triomphe dans le domaine de la physique, et c'est Eric Cornell, Carl Wieman et Wolfgang Ketterle qui a reçu le prix Nobel en 2001 grâce à ce travail.

Diagnostic de tumeur

Le radio-isotope synthétique ⁸²RB se désintègre en émettant des positrones, qui est utilisé pour s'accumuler dans les tissus riches en potassium; Comme ceux situés dans le cerveau ou le cœur. Il est donc utilisé pour analyser la fonctionnalité du cœur et la présence de tumeurs possibles dans le cerveau par tomographie par émission de positron.

Composant

Les ions Rubidio ont trouvé de la place dans différents types de matériaux ou de mélanges. Par exemple, leurs alliages avec de l'or, du césium, du mercure, du sodium et du potassium ont été fabriqués. Il a été ajouté au verre et à la céramique pour augmenter leur point de fusion.

Dans les cellules solaires de Perovskitas, ils ont été ajoutés comme composant important. De même, son utilisation possible a été étudiée en tant que générateur thermoélectrique, matériau de transmission de chaleur dans l'espace, carburant dans les moteurs de propulsion ionique, milieu électrolytique pour les batteries alcalines et les magnétomètres atomiques.

Montres atomiques

Avec Rubidium et cesse, les célèbres montres atomiques ont été fabriquées, très précises, utilisées par exemple dans les satellites GPS avec lesquels les propriétaires de leurs smartphones peuvent connaître leur emplacement tout en se déplaçant sur une route.

Les références

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