Rubidium (Rb) — alkuaine 37: ominaisuudet, käyttö ja historia

Rubidium (Rb) — ominaisuudet, käyttö ja historia: pehmeä hopeametalli löydetty 1861. Lue kemialliset piirteet, sovellukset ja kiehtova löytymistarina.

Rubidium on jaksollisen järjestelmän kemiallinen alkuaine 37. Sen symboli on Rb. Sen atomimassa on 85,47. Sillä on 37 protonia ja 37 elektronia. Se on pehmeä hopeanvärinen metalli. Robert Bunsen ja Gustav Kirchoff löysivät sen ensimmäisen kerran vuonna 1861 Heidelbergissä, Saksassa.

Ominaisuudet

Rubidium kuuluu alkalimetalleihin (ryhmä 1). Elektronikonfiguraatio on [Kr] 5s¹, mikä tekee siitä hyvin reaktiivisen aineen, jolla on taipumus muodostaa +1-oksidaatiotila. Rubidium on pehmeää ja helposti leikattavaa, ja sen sulamispiste on vain noin 39,31 °C, joten se voi sulaa kädenlämmössä. Keittämispiste on noin 688 °C ja tiheys kiinteänä noin 1,53 g/cm³.

Alkalimetallien tapaan rubidium reagoi voimakkaasti veden kanssa muodostaen rubidiumhydroksidia (RbOH) ja vetykaasua. Se reagoi myös ilman hapen kanssa muodostaen oksideja ja peroksideja, ja siksi metalli varastoidaan tyypillisesti inertin öljyn alla tai tiiviisti suljetuissa ampulleissa. Rubidiumin ionisaatioenergia on alhainen (noin 403 kJ/mol) ja Paulingin elektronegatiivisuus noin 0,82.

Isotoopit

Luonnossa esiintyy kahta pysyvämpää rubidiumisotooppia: 85Rb (~72,17 %) ja 87Rb (~27,83 %). 87Rb on heikosti radioaktiivinen beeta-hajoaja, jonka puoliintumisaika on erittäin pitkä (noin 4,9 × 10¹⁰ vuotta). Isotooppia 87Rb käytetään yleisesti tutkimuksessa, muun muassa Bose–Einstein-kondensaattien tutkimuksissa.

Esiintyminen ja tuotanto

Rubidiumia esiintyy luonnossa pieninä määrinä useissa mineraaleissa, kuten lepidoliitissa, zinnwaldiitissa ja pollusiitissa. Taloudellinen tuotanto on pientä verrattuna moniin muihin alkuaineisiin; rubidium erotetaan yleensä sivutuotteena litium- tai cesium-tuotannosta. Puhdas metalli saadaan elektrolyyttisesti tai kemiallisesti pelkistämällä rubidiumyhdisteitä.

Kemialliset yhdisteet

Rubidium muodostaa tyypillisiä alkalimetalliyhdisteitä: halogeenit (esim. RbCl, RbBr, RbI), oksidit, hydroksidit ja nitraatit. Rubidiumkloridi (RbCl) on tavallinen laboratoriokemikaali. Monet rubidiumyhdisteet liukenevat veteen ja antavat liuoksille ionisen luonteen. Rubidiumin liekki antaa puhtaan violetin/lilaan vivahtavan värin, minkä vuoksi suoloja voidaan käyttää liekkivärjäyksessä näyttävinä pieninä lisäaineina.

Käyttö

Rubidiumin teolliset ja tieteelliset käyttökohteet ovat erikoisaloilla. Tärkeimpiä käyttökohteita ovat:

• Rubidium-atomikellot ja -taajuusstandardit: 87Rb:n hyperfine-siirtymää käytetään tarkkojen taajuusstandardien aika- ja taajuusmittauksissa, joita hyödynnetään esimerkiksi tietoliikenteessä ja navigaatiossa.
• Tutkimus: 87Rb on suosittu alkuaine atomifysiikan tutkimuksessa, erityisesti Bose–Einstein-kondensaattien ja kylmäatomikokeiden yhteydessä.
• Erikoislasit ja optiikka: rubidiumyhdisteitä käytetään joissain erikoislasien ja optisten komponenttien valmistuksessa.
• Elektroniikka ja fotokatodit: rubidiumia on käytetty tietyissä valonilmaisimissa ja fotokatodeissa, joissa sen ominaisuudet ovat hyödyllisiä.
• Biologia ja lääketiede: rubidiumioneja käytetään joskus merkkiaineina tutkittaessa solujen ionivaihtelua, koska rubidium kulkeutuu solujen läpi osittain kuten kaliumpitoisuudet.

Historia ja nimi

Rubidium löydettiin vuonna 1861 saksalaisen kemistin Robert Bunsenin ja fyysikon Gustav Kirchhoffin yhteisissä kokeissa Heidelbergissä. He erottivat aineen spektrianalyysin perusteella ja havaitsivat sen ominaisen syvänpunaisen (lat. rubidus = syvänpunainen) spektriviivan, mistä alkuaine sai nimensä.

Turvallisuus ja terveys

Rubidiumin metalli on erittäin reaktiivista ja syttyvää, joten sitä käsitellään yleensä inertissä ympäristössä tai öljyn alla. Kosketus metallin kanssa voi aiheuttaa palovammoja tai leikkautumia, ja metallin reaktio veden kanssa on vaarallinen. Rubidiumyhdisteet ovat yleensä lievästi myrkyllisiä; suuria annoksia ei pidä hengittää eikä niille altistua pitkiä aikoja. 87Rb on radioaktiivinen, mutta sen radioaktiivisuus on erittäin alhainen, eikä se yleensä aiheuta merkittävää säteilyriskin lähdettä normaalissa käytössä.

Työturvallisuudessa noudatetaan normaaleja vaarallisten kemikaalien käsittelyohjeita: käytetään suojakäsineitä, suojalaseja ja hyvin toimivaa imu- tai vesihuuhtelujärjestelmää, ja metalli varastoidaan asianmukaisesti hapettumista ja kosteutta vastaan.

Yhteenveto

Rubidium on pehmeä, hyvin reaktiivinen alkalimetalli, jolla on tärkeitä erikoissovelluksia tieteessä ja tekniikassa. Vaikka sen teollinen merkitys on rajallinen, sen ainutlaatuiset fysikaaliset ja atomifysikaaliset ominaisuudet tekevät siitä arvokkaan alkuaineen tutkimuksessa ja tarkkuustekniikoissa.

Ominaisuudet

Fysikaaliset ominaisuudet

Rubidium sulaa hyvin alhaisessa lämpötilassa, se voi sulaa esimerkiksi ihmisen käteen. Rubidium on alkalimetalli. Se voi muodostaa amalgaamia elohopean kanssa.

Kemialliset ominaisuudet

Rubidium on hyvin reaktiivinen. Se syttyy ilmassa, koska se reagoi monien muiden ilmassa olevien alkuaineiden, kuten hapen ja typen, kanssa. Rubidium reagoi erittäin voimakkaasti veden kanssa muodostaen vetyä ja rubidiumhydroksidia, joka on voimakkaasti syövyttävä emäs. Reaktio on yleensä hyvin kuuma, joten vety syttyy.

Kemialliset yhdisteet

Rubidium muodostaa kemiallisia yhdisteitä vain yhdessä hapetusasteessa: +1. Joillakin rubidiumyhdisteillä on kuitenkin sekahapetusaste. Rubidiumkloridi on yleisin rubidiumyhdiste. Myös rubidiumhydroksidia ja rubidiumkarbonaattia käytetään yleisesti. Rubidiumyhdisteet antavat liekissä punavioletin värin. Useimmat rubidiumyhdisteet ovat värittömiä. Rubidiumyhdisteet eivät ole yhtä yleisiä kuin muut alkalimetalliyhdisteet, kuten natriumyhdisteet. Muuten ne ovat samanlaisia.

• Rubidiumkloridi, samanlainen kuin natriumkloridi
• Rubidiumhydridi, voimakas pelkistysaine
• Rubidiumhydroksidi, voimakas emäs
• Rubidiumnitraatti, voimakas hapetin
• Rubidiumoksidi, keltainen, vahvasti emäksinen veteen liuotettuna

 
Rubidiumkloridi  

Hae kirjaimella