periodiek systeem

Rubidium

Rubidium is een zilverwit en erg zacht metaal, het is een van de meest reactieve elementen in het periodiek systeem. Rubidium heeft een dichtheid van ongeveer anderhalf keer die van water en is bij kamertemperatuur vast. Het metaal smelt echter al bij een iets hogere temperatuur.

Net zoals de andere alkalimetalen (lithium, natrium, kalium, cesium en francium) reageert rubidium heftig met water en oxideert het bij reactie met zuurstof en ontbrandt het door vocht in de lucht. Het element moet daarom zeer voorzichtig worden behandeld.

Chemische gegevens

Symbool Rb
Volledige naam Rubidium
Atoomnummer 37
Atoommassa (g.mol-1 ) 85,4678
Groep Alkalimetalen
Elektronegativiteit (Pauling) 0,82
Dichtheid (g.cm-3 bij 20 °C) 1,532
Smeltpunt (°C) 39,3
Kookpunt (°C) 688
Vanderwaalstraal (nm) 0,303
Ionstraal (nm) 0,149 (+1)
Isotopen 2 stabiel
Elektronen per schil 2, 8, 18, 8, 1
Elektronenconfiguratie [Kr]5s1
Eerste ionisatiepotentiaal (kJ.mol-1 ) 403
Tweede ionisatie potentiaal (kJ.mol-1 ) 2632,1
Derde ionisatiepotentiaal (kJ.mol-1 ) 3859,4
Standaard potentiaal (V) -2,99
Ontdekt door 1861 door Robert Bunsen en Gustav Kirchhoff

Bohr – Rutherford diagram

elektronenschilconfiguratie van 37 Rubidium
elektronenschilconfiguratie van 37 Rubidium

CC BY-SA 2.0 ukLink

Isotopen

Tabel 2 – natuurlijke isotopen en abundanties
Nummer Naam Symbool Atoommassa (u) Abundantie (%)
37 Rubidium 85 Rb 84,911789 72,17
87 Rb 86,909183 27,83

Radioisotopen

Tabel 3 – radioisotopen element Rubidium
Nuclide Isotopische massa (u) Halfwaardetijd
73Rb 72,95056 < 30 ns
74Rb 73,94426 64,76 ms
75Rb 74,93857 19,0 s
76Rb 75,93507 36,5 s
77Rb 76,93040 3,77 min
78Rb 77,92814 17,66 min
79Rb 78,92398 22,9 min
80Rb 79,92251 33,4 s
81Rb 80,91899 4,570 uur
82Rb 81,91820 1,273 min
83Rb 82,91511 86,2 dagen
84Rb 83,91438 33,1 dagen
86Rb 85,91116 18,642 dagen
87Rb 86,90918 4,923 * 1010 jaar
88Rb 87,91131 17,773 min
89Rb 88,91227 15,15 min
90Rb 89,91480 158 s
91Rb 90,91653 58,4 s
92Rb 91,91972 4,492 s
93Rb 92,92204 5,84 s
94Rb 93,92640 2,702 s
95Rb 94,92930 377,5 ms
96Rb 95,93427 202,8 ms
97Rb 96,93735 169,9 ms
98Rb 97,94179 114 ms
99Rb 98,94538 50,3 ms
100Rb 99,94987 51 ms
101Rb 100,9532 32 ms
102Rb 101,9588 37 ms

Geschiedenis

Rubidium is in 1861 ontdekt door de Duitse chemici Gustav Kirchhoff en Robert Bunsen toen ze het spectrum van het mineraal lepidoliet bestudeerden terwijl het randde. Het spectrum van rubidium vertoonde twee donkerrode lijnen. De wetenschappers vernoemden het nieuw ontdekte alkalimetaal naar het Latijnse woord voor “dieprood”.

Rubidium werd met behulp van elektrolyse uit het omringende mineraal gehaald. Er was ongeveer 150 kilogram lepidolieterts nodig om voldoende rubidium (ongeveer 1,5% van het mineraal is rubidium) te extraheren om de eigenschappen ervan te bestuderen. De wetenschappers ontdekten dat rubidium elektropositiever was (dit betekent dat rubidium de neiging heeft om sneller positieve ionen te vormen) dan kalium, een ander alkalimetaal, en heftig reageerde met water. Tijdens die reactie komt waterstof vrij.

Tot de jaren ’20 van de vorige eeuw was er weinig vraag naar rubidium. Hierna steeg het gebruik toen het vaker werd toegepast in onderzoek, chemische reacties en elektronische applicaties.

Weetjes

Rubidium is het 25ste meest voorkomende element in de aardkorst. Ongeveer 90 ppm van de aardkorst is rubidium en ongeveer 30 ppm in ons zonnestelsel.

Alkalimetalen zijn zeer reactief. Ze hebben één elektron in hun buitenste schil. Ze komen niet vrij voor in de natuur. Alkalimetalen zijn ook erg kneedbaar en buigzaam. Het zijn bovendien uitstekende warmte- en elektrische geleiders.

Rubidium vormt met andere alkalimetalen legeringen en met elementen zoals kwik en goud ontstaan er amalgaamverbindingen.

Rubidium wordt wel gebruikt als een “vangstof” in vacuümbuizen. Vanwege de bereidheid van rubidium om zich aan verschillende gassen te binden wordt het gebruikt om sporengassen te verwijderen nadat vacuümbuizen zijn gemaakt.

Zuiver rubidium is moeilijk te extraheren want het wordt altijd aangetroffen in aanwezigheid van cesium en andere alkalimetalen. Het scheiden van alkalimetalen is lastig vanwege de vergelijkbare aard van veel van de alkalimetalen.

Als rubidium wordt blootgesteld aan de lucht dan ontbrandt het spontaan. Hierbij komt waterstof vrij dat ook onmiddellijk ontbrandt. Rubidium moet daarom onder minerale olie of in een inert gas worden bewaard.

Er zijn niet veel commerciële toepassingen van rubidium maar we komen het tegen in vacuümturbines, vacuümbuizen, in fotocellen, atoomklokken, in sommige soorten glas en met kaliumionen in verschillende soorten toepassingen.

Rubidium en strontium worden gebruikt om rotsen, mineralen en meteorieten radioactief te dateren. Rubidium-87 is een instabiel isotoop met een halfwaardetijd van ongeveer 50 miljard jaar en het vervalt tot strontrium-87, een stabiel isotoop van strontium. Radioactieve datering wordt uitgevoerd door de verhouding tussen strontrium-87 en strontium-86 te bestuderen.

Rubidium wordt ook in vuurwerk toegepast waar het zorgt voor een paarsrode kleur.

Vanwege de gemakkelijke ionisatie van rubidium is het overwogen voor gebruik in ionenmotoren voor de ruimtevaart. Cesium en xenon blijken echter veel efficiënter te zijn.

Hoewel de seconde wordt gedefinieerd door de oscillaties van een cesiumatoom wordt rubidium vanwege zijn lagere prijskaartje vaak gebruikt in atoomklokken. Verschillende onderzoeken, waaronder die van de ESA en Chinese onderzoekers, bespreken het gebruik van rubidiumklokken in satellieten, ruimtesondes en in lasergeleidingssystemen waar nauwkeurige timing nodig is.

Spectra

Absoptiespectrum

elektronenschilconfiguratie van 37 Rubidium

Emissiespectrum