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El rubidio es el elemento químico con el símbolo Rb y número atómico 37. El rubidio es un muy suave, de color blanco plateado de metal en el metal alcalino grupo. El metal de rubidio comparte similitudes con el metal de potasio y el metal de cesio en apariencia física, suavidad y conductividad. [6] El rubidio no se puede almacenar bajo oxígeno atmosférico , ya que se producirá una reacción altamente exotérmica, que a veces incluso provocará que el metal se incendie. [7]

El rubidio es el primer metal alcalino del grupo que tiene una densidad más alta que el agua , por lo que se hunde, a diferencia de los metales que están por encima del grupo. El rubidio tiene un peso atómico estándar de 85,4678. En la Tierra, el rubidio natural comprende dos isótopos : el 72% es un isótopo estable 85 Rb y el 28% es 87 Rb ligeramente radiactivo , con una vida media de 49 mil millones de años, más del triple de la edad estimada del universo. .

Los químicos alemanes Robert Bunsen y Gustav Kirchhoff descubrieron el rubidio en 1861 mediante la técnica recientemente desarrollada, la espectroscopia de llama . El nombre proviene de la palabra latina rubidus , que significa rojo intenso, el color de su espectro de emisión. Los compuestos de rubidio tienen varias aplicaciones químicas y electrónicas. El rubidio se vaporiza fácilmente y tiene un rango de absorción espectral conveniente, lo que lo convierte en un objetivo frecuente para la manipulación láser de átomos . El rubidio no es un nutriente conocido para ningún organismo vivo . Sin embargo, los iones de rubidiotienen propiedades similares y la misma carga que los iones de potasio, y son absorbidos y tratados activamente por las células animales de manera similar.

Características [ editar ]

Metal de rubidio parcialmente fundido en una ampolla

El rubidio es un metal muy blando, dúctil , de color blanco plateado. [8] Es el segundo más electropositivo de los metales alcalinos estables y se funde a una temperatura de 39,3 ° C (102,7 ° F). Como otros metales alcalinos, el rubidio reacciona violentamente con el agua. Al igual que con el potasio (que es un poco menos reactivo) y el cesio (que es un poco más reactivo), esta reacción suele ser lo suficientemente vigorosa como para encender el gas hidrógeno que produce. También se ha informado que el rubidio se enciende espontáneamente en el aire. [8] Forma amalgamas con mercurio y aleaciones con oro , hierro , cesio ,sodio y potasio , pero no litio (aunque el rubidio y el litio están en el mismo grupo). [9]

Cristales de rubidio (plateados) en comparación con los cristales de cesio (dorados)

El rubidio tiene una energía de ionización muy baja de solo 406 kJ / mol. [10] El rubidio y el potasio muestran un color púrpura muy similar en la prueba de llama , y distinguir los dos elementos requiere un análisis más sofisticado, como la espectroscopia.

Compuestos [ editar ]

Rb
9
O
2
grupo

El cloruro de rubidio (RbCl) es probablemente el compuesto de rubidio más utilizado: entre varios otros cloruros, se utiliza para inducir a las células vivas a absorber ADN ; también se usa como biomarcador, porque en la naturaleza, se encuentra solo en pequeñas cantidades en organismos vivos y, cuando está presente, reemplaza al potasio. Otros compuestos de rubidio comunes son el hidróxido de rubidio corrosivo (RbOH), el material de partida para la mayoría de los procesos químicos basados ​​en rubidio; carbonato de rubidio (Rb 2 CO 3 ), utilizado en algunos vidrios ópticos, y sulfato de cobre y rubidio, Rb 2 SO 4 · CuSO 4 · 6H 2 O. Yoduro de plata y rubidio(RbAg 4 I 5 ) tiene la conductividad a temperatura ambiente más alta de todos los cristales iónicos conocidos , una propiedad que se aprovecha en las baterías de película delgada y otras aplicaciones. [11] [12]

El rubidio forma varios óxidos cuando se expone al aire, incluido el monóxido de rubidio (Rb 2 O), Rb 6 O y Rb 9 O 2 ; el rubidio en exceso de oxígeno da el superóxido RbO 2 . Formularios rubidio sales con haluros, produciendo fluoruro de rubidio , cloruro de rubidio , rubidio bromuro , y rubidio yoduro .

Isótopos [ editar ]

Aunque el rubidio es monoisotópico , el rubidio en la corteza terrestre está compuesto por dos isótopos: el estable 85 Rb (72,2%) y el radiactivo 87 Rb (27,8%). [13] El rubidio natural es radiactivo, con una actividad específica de aproximadamente 670 Bq / g, suficiente para exponer significativamente una película fotográfica en 110 días. [14] [15]

Se han sintetizado veinticuatro isótopos de rubidio adicionales con vidas medias de menos de 3 meses; la mayoría son altamente radiactivos y tienen pocos usos.

El rubidio-87 tiene una vida media de48,8 × 10 9  años, que es más de tres veces la edad del universo de(13,799 ± 0,021) × 10 9  años, [16] lo que lo convierte en un nucleido primordial . Sustituye fácilmente al potasio en los minerales y, por lo tanto, está bastante extendido. Rb se ha utilizado ampliamente para fechar rocas ; 87 Rb beta decae a 87 Sr. estable . Durante la cristalización fraccionada , el Sr tiende a concentrarse en plagioclasa , dejando al Rb en ​​la fase líquida. Por lo tanto, la relación Rb / Sr en el magma residual puede aumentar con el tiempo y la diferenciación progresivada como resultado rocas con relaciones Rb / Sr elevadas. Las proporciones más altas (10 o más) se producen en las pegmatitas . Si la cantidad inicial de Sr es conocida o puede extrapolarse, entonces la edad puede determinarse midiendo las concentraciones de Rb y Sr y de la relación 87 Sr / 86 Sr. Las fechas indican la verdadera edad de los minerales sólo si las rocas no han sido posteriormente alteradas (ver datación por rubidio-estroncio ). [17] [18]

El rubidio-82 , uno de los isótopos no naturales del elemento, se produce por la desintegración por captura de electrones del estroncio-82 con una vida media de 25,36 días. Con una vida media de 76 segundos, el rubidio-82 se desintegra por emisión de positrones a criptón-82 estable . [13]

Ocurrencia [ editar ]

El rubidio es el vigésimo tercer elemento más abundante en la corteza terrestre , aproximadamente tan abundante como el zinc y bastante más común que el cobre . [19] Se encuentra naturalmente en los minerales leucita , polucita , carnalita y zinnwaldita , que contienen hasta un 1% de óxido de rubidio . La lepidolita contiene entre 0,3% y 3,5% de rubidio y es la fuente comercial del elemento. [20] Algunos minerales de potasio y cloruros de potasio también contienen el elemento en cantidades comercialmente significativas. [21]

El agua de mar contiene un promedio de 125 µg / L de rubidio en comparación con el valor mucho más alto de potasio de 408 mg / L y el valor mucho más bajo de 0,3 µg / L de cesio. [22] El rubidio es el decimoctavo elemento más abundante en el agua de mar. [23]

Debido a su gran radio iónico , el rubidio es uno de los " elementos incompatibles ". [24] Durante la cristalización del magma , el rubidio se concentra junto con su análogo más pesado, el cesio, en la fase líquida y cristaliza al final. Por lo tanto, los depósitos más grandes de rubidio y cesio son los cuerpos minerales de pegmatita de zona formados por este proceso de enriquecimiento. Debido a que el rubidio sustituye al potasio en la cristalización del magma, el enriquecimiento es mucho menos efectivo que el del cesio. Cuerpos de mineral de pegmatita de zona que contienen cantidades extraíbles de cesio como polucita o los minerales de litio lepidolitatambién son una fuente de rubidio como subproducto. [19]

Dos fuentes notables de rubidio son los ricos depósitos de polucita en Bernic Lake , Manitoba , Canadá, y la rubiclina ((Rb, K) AlSi 3 O 8 ) que se encuentra como impureza en pollucite en la isla italiana de Elba , con un contenido de rubidio de 17,5%. [25] Ambos depósitos también son fuentes de cesio.

Producción [ editar ]

Prueba de llama para rubidio

Aunque el rubidio es más abundante en la corteza terrestre que el cesio, las aplicaciones limitadas y la falta de un mineral rico en rubidio limita la producción de compuestos de rubidio a 2 a 4 toneladas por año. [19] Hay varios métodos disponibles para separar potasio, rubidio y cesio. La cristalización fraccionada de un alumbre de rubidio y cesio (Cs, Rb) Al (SO 4 ) 2 · 12H 2 O produce después de 30 pasos posteriores alumbre de rubidio puro. Se informan otros dos métodos, el proceso de clorostannato y el proceso de ferrocianuro. [19] [26]

Durante varios años en las décadas de 1950 y 1960, un subproducto de la producción de potasio llamado Alkarb fue una fuente principal de rubidio. Alkarb contenía un 21% de rubidio, siendo el resto potasio y una pequeña cantidad de cesio. [27] En la actualidad, los mayores productores de cesio, como la mina Tanco , Manitoba, Canadá, producen rubidio como subproducto de pollucite. [19]

Historia [ editar ]

Gustav Kirchhoff (izquierda) y Robert Bunsen (centro) descubrieron el rubidio por espectroscopia. ( Henry Enfield Roscoe está en el lado derecho).

El rubidio fue descubierto en 1861 por Robert Bunsen y Gustav Kirchhoff , en Heidelberg, Alemania, en el mineral lepidolita mediante espectroscopía de llama . Debido a las líneas rojas brillantes en su espectro de emisión , eligieron un nombre derivado de la palabra latina rubidus , que significa "rojo intenso". [28] [29]

El rubidio es un componente menor de la lepidolita . Kirchhoff y Bunsen procesaron 150 kg de una lepidolita que contenía solo 0,24% de monóxido de rubidio (Rb 2 O). Tanto el potasio como el rubidio forman sales insolubles con el ácido cloroplatínico , pero esas sales muestran una ligera diferencia en la solubilidad en agua caliente. Por tanto, el hexacloroplatinato de rubidio (Rb 2 PtCl 6 ) , menos soluble, podría obtenerse mediante cristalización fraccionada . Después de la reducción del hexacloroplatinato con hidrógeno , el proceso produjo 0,51 gramos de cloruro de rubidio.(RbCl) para estudios adicionales. Bunsen y Kirchhoff comenzaron su primer aislamiento a gran escala de compuestos de cesio y rubidio con 44.000 litros (12.000 galones estadounidenses) de agua mineral, que produjeron 7,3 gramos de cloruro de cesio y 9,2 gramos de cloruro de rubidio . [28] [29] El rubidio fue el segundo elemento, poco después del cesio, descubierto por espectroscopia, sólo un año después de la invención del espectroscopio por Bunsen y Kirchhoff. [30]

Los dos científicos utilizaron el cloruro de rubidio para estimar que el peso atómico del nuevo elemento era 85,36 ​​(el valor aceptado actualmente es 85,47). [28] Intentaron generar rubidio elemental por electrólisis de cloruro de rubidio fundido, pero en lugar de un metal, obtuvieron una sustancia azul homogénea, que "ni a simple vista ni al microscopio mostraba el menor rastro de sustancia metálica". Supusieron que era un subcloruro ( Rb
2
Cl
); sin embargo, el producto probablemente era una mezcla coloidal del metal y cloruro de rubidio. [31] En un segundo intento de producir rubidio metálico, Bunsen pudo reducir el rubidio calentando tartrato de rubidio carbonizado . Aunque el rubidio destilado era pirofórico , pudieron determinar la densidad y el punto de fusión. La calidad de esta investigación en la década de 1860 puede apreciarse por el hecho de que su densidad determinada difiere en menos de 0,1 g / cm 3 y el punto de fusión en menos de 1 ° C de los valores actualmente aceptados. [32]

La ligera radiactividad del rubidio se descubrió en 1908, pero eso fue antes de que se estableciera la teoría de los isótopos en 1910, y el bajo nivel de actividad (vida media superior a 10 10  años) complicaba la interpretación. La desintegración ahora probada de 87 Rb a 87 Sr estable a través de la desintegración beta todavía estaba en discusión a fines de la década de 1940. [33] [34]

El rubidio tenía un valor industrial mínimo antes de la década de 1920. [35] Desde entonces, el uso más importante del rubidio es la investigación y el desarrollo, principalmente en aplicaciones químicas y electrónicas. En 1995, el rubidio-87 se utilizó para producir un condensado de Bose-Einstein , [36] por el cual los descubridores, Eric Allin Cornell , Carl Edwin Wieman y Wolfgang Ketterle , ganaron el Premio Nobel de Física en 2001 . [37]

Aplicaciones [ editar ]

Un reloj atómico de fuente de rubidio en el Observatorio Naval de los Estados Unidos

Los compuestos de rubidio se utilizan a veces en los fuegos artificiales para darles un color púrpura. [38] El rubidio también se ha considerado para su uso en un generador termoeléctrico que utiliza el principio magnetohidrodinámico , donde los iones de rubidio calientes pasan a través de un campo magnético . [39] Conducen la electricidad y actúan como la armadura de un generador, generando así una corriente eléctrica . El rubidio, particularmente el 87 Rb vaporizado , es una de las especies atómicas más utilizadas para el enfriamiento con láser y la condensación de Bose-Einstein.. Sus características deseables para esta aplicación incluyen la fácil disponibilidad de luz láser de diodo de bajo costo en la longitud de onda relevante y las temperaturas moderadas requeridas para obtener presiones de vapor sustanciales. [40] [41] Para aplicaciones de átomos fríos que requieren interacciones sintonizables, es preferible 85 Rb debido a su rico espectro de Feshbach . [42]

El rubidio se ha utilizado para polarizar el 3 He , produciendo volúmenes de gas 3 He magnetizado , con los espines nucleares alineados en lugar de aleatorios. El vapor de rubidio es bombeado ópticamente por un láser y el Rb polarizado polariza el 3 He a través de la interacción hiperfina . [43] Estas células 3 He con polarización de espín son útiles para mediciones de polarización de neutrones y para producir haces de neutrones polarizados con otros fines. [44]

El elemento resonante en los relojes atómicos utiliza la estructura hiperfina de los niveles de energía del rubidio, y el rubidio es útil para la sincronización de alta precisión. Se utiliza como componente principal de las referencias de frecuencia secundaria (osciladores de rubidio) en transmisores de emplazamientos celulares y otros equipos de prueba, redes y transmisión electrónica. Estos estándares de rubidio se utilizan a menudo con GPS para producir un "estándar de frecuencia primaria" que tiene mayor precisión y es menos costoso que los estándares de cesio. [45] [46] Estos estándares de rubidio a menudo se producen en masa para la industria de las telecomunicaciones . [47]

Otros usos potenciales o actuales del rubidio incluyen un fluido de trabajo en turbinas de vapor, como absorbente en tubos de vacío y como componente de fotocélula . [48] El rubidio también se utiliza como ingrediente en tipos especiales de vidrio, en la producción de superóxido por combustión en oxígeno , en el estudio de los canales iónicos de potasio en biología y como vapor en magnetómetros atómicos . [49] En particular, el 87 Rb se utiliza con otros metales alcalinos en el desarrollo de magnetómetros libres de relajación de intercambio de espín (SERF) . [49]

El rubidio-82 se utiliza para la tomografía por emisión de positrones . El rubidio es muy similar al potasio, y los tejidos con alto contenido de potasio también acumularán el rubidio radiactivo. Uno de los principales usos es la obtención de imágenes de perfusión miocárdica . Como resultado de los cambios en la barrera hematoencefálica en los tumores cerebrales, el rubidio se acumula más en los tumores cerebrales que el tejido cerebral normal, lo que permite el uso del radioisótopo rubidio-82 en la medicina nuclear para localizar y obtener imágenes de los tumores cerebrales. [50] El rubidio-82 tiene una vida media muy corta de 76 segundos, y la producción de la descomposición del estroncio-82 debe realizarse cerca del paciente. [51]

Se probó la influencia del rubidio sobre la depresión maníaca y la depresión. [52] [53] Los pacientes de diálisis que sufren depresión muestran una depleción de rubidio y, por lo tanto, un suplemento puede ayudar durante la depresión. [54] En algunas pruebas, el rubidio se administró como cloruro de rubidio con hasta 720 mg por día durante 60 días. [55] [56]

Precauciones y efectos biológicos [ editar ]

El rubidio reacciona violentamente con el agua y puede provocar incendios. Para garantizar la seguridad y la pureza, este metal generalmente se mantiene bajo aceite mineral seco o se sella en ampollas de vidrio en una atmósfera inerte. El rubidio forma peróxidos al exponerse incluso a una pequeña cantidad de aire difundido en el aceite, y el almacenamiento está sujeto a precauciones similares a las del almacenamiento de potasio metálico . [58]

El rubidio, como el sodio y el potasio, casi siempre tiene un estado de oxidación +1 cuando se disuelve en agua, incluso en contextos biológicos. El cuerpo humano tiende a tratar los iones Rb + como si fueran iones de potasio y, por lo tanto, concentra el rubidio en el líquido intracelular del cuerpo (es decir, dentro de las células). [59] Los iones no son particularmente tóxicos; una persona de 70 kg contiene en promedio 0,36 g de rubidio, y un aumento de este valor de 50 a 100 veces no mostró efectos negativos en las personas de prueba. [60] La vida media biológica del rubidio en humanos es de 31 a 46 días. [52]Aunque es posible una sustitución parcial de potasio por rubidio, cuando más del 50% del potasio en el tejido muscular de las ratas se reemplazó con rubidio, las ratas murieron. [61] [62]

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Lectura adicional [ editar ]

  • Meites, Louis (1963). Manual de química analítica (Nueva York: McGraw-Hill Book Company, 1963)
  • Steck, Daniel A. "Rubidium-87 D Line Data" (PDF) . Laboratorio Nacional Los Alamos (informe técnico LA-UR-03-8638). Archivado desde el original (PDF) en 2013-11-02 . Consultado el 9 de febrero de 2008 .

Enlaces externos [ editar ]

  • "Rubidio"  . Encyclopædia Britannica . 23 (11ª ed.). 1911. p. 809.
  • Rubidio en la tabla periódica de videos (Universidad de Nottingham)