Rb · Elemento 37 · Metal alcalino
Un metal alcalino blando cuya línea espectral es de color rojo intenso y cuyos iones hacen funcionar algunos de los relojes más precisos del mundo.
Estructura
No es un diagrama de puntos sobre anillos — es una muestra de Monte Carlo de la densidad de probabilidad real |ψ|² de cada subcapa ocupada. Arrastra para girar. El azul y el violeta indican signos opuestos de la función de onda, lo que permite la formación de enlaces.
Valores medidos
Cada barra muestra dónde se sitúa rubidio entre los 118 elementos según esa propiedad.
Fuentes: pesos atómicos estándar de la IUPAC de 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Los valores marcados con ~ son predichos y no medidos.
Tamaño, a escala
Radio de 248 pm: es decir, 0,248 nm, por lo que aproximadamente 2,02 millones de ellos, uno al lado del otro, abarcarían un milímetro.
Intervalo térmico
Rubidio es líquido en un intervalo de 649 K, desde 312 K hasta 961 K.
La historia
El rubidio es el metal alcalino explosivo que se inflama espontáneamente en el aire y arde con una espectacular llama violeta. Este metal blando de color blanco plateado es tan reactivo que debe almacenarse bajo aceite o gas inerte para evitar reacciones violentas con la humedad y el oxígeno. Su nombre proviene de la palabra latina «rubidus», que significa rojo intenso; el rubidio produce uno de los colores de llama más hermosos de la tabla periódica. Fue descubierto en 1861 por los químicos alemanes Robert Bunsen y Gustav Kirchhoff mediante el uso de su espectroscopio recién inventado; el rubidio fue el primer elemento descubierto mediante espectroscopia. Analizaban el mineral lepidolita cuando observaron unas misteriosas líneas espectrales rojas que no coincidían con ningún elemento conocido. Este descubrimiento demostró que la espectroscopia podía revelar elementos presentes en cantidades diminutas, revolucionando la química analítica. Lo que hace absolutamente extraordinario al rubidio es su extrema reactividad. Es incluso más reactivo que el potasio y el sodio: se inflama instantáneamente al exponerse al aire y explota violentamente cuando se introduce en agua. La reacción es tan energética que puede romper recipientes de vidrio. Esto hace que el rubidio sea fascinante de estudiar, pero peligroso de manipular; requiere técnicas y equipos especializados. El rubidio tiene algunas aplicaciones modernas notables en tecnologías de vanguardia. Los relojes atómicos de rubidio se encuentran entre los dispositivos de medición del tiempo más precisos jamás creados: pierden solo un segundo cada 100 000 años. Los satélites GPS dependen de los relojes de rubidio para mantener la increíble precisión necesaria para un posicionamiento exacto. Estos relojes funcionan midiendo las vibraciones de los átomos de rubidio, que oscilan exactamente 6 834 682 610.904324 veces por segundo. He aquí algo increíble: el rubidio se utiliza para crear las temperaturas más bajas jamás alcanzadas, apenas unas milmillonésimas de grado por encima del cero absoluto. A estas temperaturas ultrabajas, los átomos de rubidio forman estados exóticos de la materia llamados condensados de Bose-Einstein, en los que los átomos se comportan más como ondas que como partículas.
El rubidio fue descubierto en 1861 por los químicos alemanes Robert Wilhelm Bunsen y Gustav Robert Kirchhoff mediante la técnica recientemente desarrollada de la espectroscopia, lo que marcó uno de los primeros descubrimientos de elementos realizados mediante análisis espectral en lugar de métodos químicos tradicionales. El descubrimiento tuvo lugar mientras los dos científicos analizaban agua mineral de los manantiales de Dürkheim, Alemania, utilizando su revolucionario espectroscopio, un instrumento que habían desarrollado para estudiar la luz característica emitida por distintos elementos al calentarse. Durante el análisis, Bunsen y Kirchhoff observaron dos líneas espectrales rojas prominentes que no correspondían a ningún elemento conocido, lo que indicaba la presencia de una sustancia hasta entonces desconocida. El distintivo color rojo intenso de estas líneas espectrales inspiró el nombre «rubidio», derivado de la palabra latina «rubidus», que significa «rojo intenso» o «rojo oscuro». El descubrimiento del rubidio fue especialmente importante porque demostró el poder de la espectroscopia como herramienta para el análisis químico y el descubrimiento de elementos. El trabajo de Bunsen y Kirchhoff con el rubidio tuvo lugar apenas unos meses después de su descubrimiento del cesio mediante las mismas técnicas espectroscópicas, lo que los consolidó como pioneros del análisis espectroscópico. El aislamiento del rubidio metálico resultó difícil debido a su extrema reactividad, y no fue hasta varios años después cuando se obtuvieron pequeñas cantidades del metal puro mediante la electrólisis de compuestos de rubidio. El proceso de descubrimiento implicó un análisis químico exhaustivo para separar los compuestos de rubidio de la compleja mezcla de sales presente en el agua mineral, lo que requirió técnicas innovadoras de separación. El enfoque metódico de Bunsen y Kirchhoff para caracterizar las propiedades del rubidio sentó las bases para comprender la química de los metales alcalinos y las relaciones periódicas entre los elementos. Su descubrimiento del rubidio, junto con el cesio, proporcionó pruebas cruciales para el desarrollo de la comprensión de la estructura atómica y la clasificación periódica de los elementos, contribuyendo significativamente al avance de la ciencia química en el siglo XIX.
Aplicaciones
El rubidio ha encontrado aplicaciones especializadas en diversos campos de alta tecnología, especialmente en la investigación de física atómica, los sistemas de medición precisa del tiempo y los dispositivos ópticos avanzados. La aplicación más importante del elemento se encuentra en los relojes atómicos, donde el vapor de rubidio sirve como patrón de frecuencia para sistemas de medición del tiempo de gran precisión utilizados en satélites GPS, redes de telecomunicaciones e investigación científica. Estos relojes atómicos de rubidio proporcionan niveles de exactitud esenciales para los sistemas de posicionamiento global y la sincronización de redes de comunicación en todo el mundo. La industria electrónica utiliza rubidio en tubos de vacío y fotocélulas especializados, donde sus singulares propiedades fotoeléctricas lo hacen valioso para aplicaciones de detección y medición de la luz. Las instituciones de investigación emplean ampliamente el rubidio en experimentos de enfriamiento por láser y atrapamiento de átomos, en los que los átomos de rubidio se utilizan para estudiar fenómenos de la mecánica cuántica y desarrollar nuevas tecnologías cuánticas. El elemento sirve como componente crucial en magnetómetros empleados en estudios geológicos, exploración minera y mediciones de campos magnéticos en la investigación científica. Los compuestos de rubidio se utilizan en la fabricación de vidrios especializados, donde pueden mejorar ciertas propiedades ópticas y la durabilidad química de los productos de vidrio. El campo médico ha investigado los compuestos de rubidio para posibles aplicaciones en imágenes cardíacas y como radiotrazadores en exploraciones de tomografía por emisión de positrones (PET). La alta reactividad del rubidio lo hace útil en reacciones especializadas de síntesis química y como catalizador en ciertas aplicaciones de química orgánica. La industria aeroespacial ha explorado los propulsores iónicos de rubidio para sistemas de propulsión de naves espaciales, donde las propiedades del elemento podrían proporcionar una propulsión eficiente para misiones espaciales de larga duración. Continúa la investigación sobre las posibles aplicaciones del rubidio en la computación cuántica, donde los átomos de rubidio muestran potencial para el almacenamiento y procesamiento de información cuántica. El elemento también encuentra aplicaciones de nicho en baterías especializadas y sistemas de almacenamiento de energía, donde sus singulares propiedades electroquímicas ofrecen ventajas.
La aplicación más extendida del rubidio se encuentra en los relojes atómicos que sincronizan los satélites GPS, haciendo posible una navegación precisa para miles de millones de usuarios de todo el mundo mediante teléfonos inteligentes, vehículos y aeronaves. Las empresas de telecomunicaciones dependen de patrones de frecuencia de rubidio para mantener una sincronización precisa en redes de fibra óptica y sistemas celulares. Las instalaciones de investigación científica utilizan celdas de vapor de rubidio en sistemas láser para realizar espectroscopia y mediciones precisas de constantes físicas fundamentales. Los equipos de prospección geológica emplean magnetómetros de rubidio para cartografiar depósitos minerales subterráneos y estudiar las variaciones del campo magnético terrestre. Las aplicaciones militares y de defensa incluyen sistemas de navegación basados en rubidio que proporcionan capacidades de posicionamiento independientes del GPS para operaciones críticas. Las instalaciones de diagnóstico por imágenes utilizan generadores de rubidio-82 para exploraciones PET cardíacas destinadas a diagnosticar enfermedades cardíacas y evaluar la función cardíaca. Los laboratorios de investigación de todo el mundo utilizan rubidio en experimentos sobre condensados de Bose-Einstein y otros estados exóticos de la materia. La industria del petróleo y el gas emplea magnetómetros de rubidio en actividades de exploración para localizar posibles sitios de perforación y cartografiar estructuras geológicas del subsuelo. Los fabricantes de vidrios especiales incorporan compuestos de rubidio para producir componentes ópticos de alto rendimiento destinados a telescopios e instrumentos de precisión. Las instituciones académicas utilizan átomos de rubidio en demostraciones y experimentos de física para enseñar conceptos de mecánica cuántica y física atómica. Incluso las aplicaciones de consumo se benefician indirectamente del rubidio mediante los sistemas de medición precisa del tiempo que permiten el internet de alta velocidad, la televisión digital y las comunicaciones inalámbricas. El sector de las energías renovables investiga sistemas de almacenamiento de energía basados en rubidio para aplicaciones a escala de red en las que la sincronización y el control precisos son esenciales.
De dónde procede
90 mg/kg de la corteza terrestre · más abundante que el 82 % de los elementos
El rubidio es un metal alcalino relativamente raro, con una concentración media de aproximadamente 90 partes por millón en la corteza terrestre, por lo que es más abundante que el litio, pero menos común que otros metales alcalinos como el sodio y el potasio. El elemento nunca se encuentra como metal libre en la naturaleza debido a su extrema reactividad con el agua y el oxígeno; en su lugar, aparece como compuesto en diversos minerales y formaciones geológicas. El rubidio sustituye habitualmente al potasio en los minerales que contienen potasio debido a sus radios iónicos y propiedades químicas similares, aunque en concentraciones mucho menores. La lepidolita, una mica que contiene litio, presenta las concentraciones más altas de rubidio encontradas en la naturaleza; algunas muestras contienen hasta un 3 % de óxido de rubidio. La polucita, un mineral de silicato de cesio y aluminio, también contiene cantidades importantes de rubidio, que sustituye al cesio en la estructura cristalina. La carnalita, un mineral de cloruro de potasio y magnesio que se encuentra en depósitos evaporíticos, contiene cantidades traza de rubidio que se acumulan durante la formación del mineral. El agua de mar contiene concentraciones muy bajas de rubidio, aproximadamente 0.12 partes por millón, por lo que su extracción oceánica no es económicamente viable pese al enorme volumen de los océanos. Las salmueras de lagos salados, especialmente las que presentan un alto contenido de potasio, pueden contener concentraciones elevadas de rubidio y representar una posible fuente de extracción comercial. Algunos minerales arcillosos y feldespatos contienen rubidio como elemento traza, aunque estas fuentes no son económicamente viables para producir rubidio. El elemento también se encuentra en pequeñas cantidades en algunas rocas ígneas, especialmente en formaciones de granito y pegmatita, donde se concentra durante las etapas finales de la cristalización. La mayor parte del rubidio comercial se obtiene como subproducto de la producción de litio a partir de lepidolita o como subproducto de la extracción de cesio de la polucita. La distribución geográfica de los recursos de rubidio está estrechamente vinculada a los depósitos de litio y cesio, con fuentes importantes en Canadá, Zimbabue y algunas zonas de Estados Unidos.
Manejo
El metal rubidio presenta riesgos importantes para la seguridad debido a su extrema reactividad con el agua y el oxígeno, por lo que requiere procedimientos de manipulación y condiciones de almacenamiento especializados para evitar reacciones peligrosas. El metal puro debe almacenarse en atmósferas inertes o en aceite mineral para evitar la oxidación y el contacto con la humedad, ya que la exposición al aire o al agua puede provocar reacciones violentas que producen gas hidrógeno y calor. Debe evitarse el contacto directo con el metal rubidio, ya que puede causar quemaduras químicas graves en la piel y los ojos; cualquier contacto requiere un lavado inmediato con abundante agua, pese a la posibilidad de que se produzca una reacción. Los compuestos de rubidio, aunque en general son menos peligrosos que la forma metálica, aún pueden causar irritación en la piel, los ojos y el sistema respiratorio, por lo que requieren equipos de protección adecuados durante su manipulación. Debe evitarse la inhalación de polvo o vapores de rubidio mediante una ventilación adecuada y protección respiratoria, ya que la exposición puede causar irritación respiratoria y posibles efectos sistémicos. Los isótopos radiactivos del elemento, especialmente el rubidio-87, requieren precauciones adicionales de seguridad radiológica, aunque el isótopo natural tiene un periodo de semidesintegración extremadamente largo y presenta un riesgo radiológico mínimo en condiciones normales. Los trabajadores de laboratorio que manipulen rubidio deben recibir formación sobre las técnicas adecuadas para trabajar con metales muy reactivos y deben tener disponibles procedimientos de emergencia. La extinción de incendios en presencia de rubidio requiere especial consideración, ya que los sistemas basados en agua pueden intensificar los incendios relacionados con metales alcalinos; por ello, son más apropiados los sistemas de polvo seco o gas inerte. Las zonas de almacenamiento de rubidio deben estar equipadas con ventilación adecuada, sistemas de extinción de incendios y equipos de respuesta a emergencias apropiados para incendios de metales reactivos. La eliminación del rubidio y sus compuestos requiere procedimientos e instalaciones especializados capaces de manipular materiales reactivos de forma segura. Las mujeres embarazadas deben evitar la exposición a compuestos de rubidio, y todo el personal debe recibir formación adecuada en seguridad antes de trabajar con este elemento tan reactivo. Los procedimientos de respuesta a emergencias deben incluir protocolos para tratar quemaduras químicas y controlar incendios relacionados con metales alcalinos.
Respuestas rápidas
Rubidio (símbolo Rb) es el elemento 37 de la tabla periódica, un Metal alcalino del periodo 5, grupo 1. Un metal alcalino blando cuya línea espectral es de color rojo intenso y cuyos iones hacen funcionar algunos de los relojes más precisos del mundo. A temperatura ambiente es un sólido.
[Kr] 5s¹, con 5 capas ocupadas y la distribución 2, 8, 18, 8, 1.Rubidio se funde a 312.5 K (39.3 °C) y hierve a 961 K (687.9 °C).
La masa atómica estándar de Rubidio es 85.468 u. Es un promedio ponderado de sus isótopos naturales, por lo que rara vez es un número entero.
Rubidio tiene una densidad de 1.532 g/cm³. El agua tiene una densidad de 1.0 g/cm³, por lo que un bloque de Rubidio es aproximadamente 1.5 veces más pesado.
Rubidio tiene una electronegatividad de Pauling de 0.82. La escala va de 0.70 (francio, el que menos atrae a los electrones) a 3.98 (flúor, el que más). Un valor tan bajo significa que cede fácilmente sus electrones externos, formando iones positivos.
Rubidio fue descubierto en 1861 por Bunsen & Kirchhoff. Recibe su nombre de latín rubidus, «rojo intenso» — su línea espectral.
Rubidio constituye aproximadamente 90 mg/kg de la corteza terrestre; no es común, pero tampoco es raro.