Rb · Elemento 37 · Metallo alcalino
Un metallo alcalino morbido la cui riga spettrale è rosso intenso e i cui ioni fanno funzionare alcuni degli orologi più precisi del mondo.
Struttura
Non è un diagramma di punti su gusci — è un campione Monte Carlo dell'effettiva densità di probabilità |ψ|² per ogni sottoguscio occupato. Trascinate per ruotare. Il blu e il violetto indicano i segni opposti della funzione d'onda, che rendono possibile la formazione dei legami.
Valori misurati
Ogni barra mostra dove si colloca rubidio tra tutti i 118 elementi per quella proprietà.
Fonti: masse atomiche standard IUPAC 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. I valori contrassegnati con ~ sono previsti anziché misurati.
Dimensioni, in scala
Raggio 248 pm — cioè 0,248 nm, quindi ne servirebbero circa 2,02 milioni affiancati per coprire un millimetro.
Intervallo termico
Rubidio è liquido in un intervallo di 649 K, da 312 K a 961 K.
La storia
Il rubidio è il metallo alcalino esplosivo che si incendia spontaneamente all'aria e brucia con una spettacolare fiamma violetta. Questo metallo tenero, bianco-argenteo, è così reattivo che deve essere conservato sotto olio o gas inerte per prevenire reazioni violente con l'umidità e l'ossigeno. Prende il nome dalla parola latina "rubidus", che significa rosso intenso; il rubidio produce uno dei colori di fiamma più belli della tavola periodica. Scoperto nel 1861 dai chimici tedeschi Robert Bunsen e Gustav Kirchhoff usando il loro spettroscopio di recente invenzione, il rubidio fu il primo elemento scoperto mediante la spettroscopia. Stavano analizzando il minerale lepidolite quando notarono misteriose righe spettrali rosse che non corrispondevano a nessun elemento conosciuto. Questa scoperta dimostrò che la spettroscopia poteva rivelare elementi presenti in quantità minime, rivoluzionando la chimica analitica. Ciò che rende il rubidio assolutamente straordinario è la sua reattività estrema. È persino più reattivo del potassio e del sodio: si incendia istantaneamente a contatto con l'aria ed esplode violentemente quando viene immerso nell'acqua. La reazione è così energica da poter frantumare i contenitori di vetro. Questo rende il rubidio affascinante da studiare, ma pericoloso da maneggiare: richiede tecniche e attrezzature specializzate. Il rubidio ha alcune notevoli applicazioni moderne nelle tecnologie all'avanguardia. Gli orologi atomici al rubidio sono tra i dispositivi per la misurazione del tempo più precisi mai creati: perdono soltanto un secondo ogni 100.000 anni. I satelliti GPS si affidano agli orologi al rubidio per mantenere l'incredibile precisione necessaria per un posizionamento accurato. Questi orologi funzionano misurando le vibrazioni degli atomi di rubidio, che oscillano esattamente 6.834.682.610,904324 volte al secondo. Ecco qualcosa di incredibile: il rubidio viene usato per creare le temperature più basse mai raggiunte, appena miliardesimi di grado sopra lo zero assoluto. A queste temperature ultrabasse, gli atomi di rubidio formano stati esotici della materia chiamati condensati di Bose-Einstein, nei quali gli atomi si comportano più come onde che come particelle.
Il rubidio fu scoperto nel 1861 dai chimici tedeschi Robert Wilhelm Bunsen e Gustav Robert Kirchhoff usando la tecnica della spettroscopia, sviluppata di recente; fu una delle prime scoperte di elementi realizzate mediante l'analisi spettrale anziché con i metodi chimici tradizionali. La scoperta avvenne mentre i due scienziati analizzavano l'acqua minerale delle sorgenti di Dürkheim, in Germania, usando il loro rivoluzionario spettroscopio, uno strumento che avevano sviluppato per studiare la luce caratteristica emessa dai diversi elementi quando vengono riscaldati. Durante l'analisi, Bunsen e Kirchhoff osservarono due evidenti righe spettrali rosse che non corrispondevano a nessun elemento conosciuto, indicando la presenza di una sostanza precedentemente sconosciuta. Il caratteristico colore rosso intenso di queste righe spettrali ispirò il nome "rubidio", derivato dalla parola latina "rubidus", che significa "rosso intenso" o "rosso scuro". La scoperta del rubidio fu particolarmente importante perché dimostrò la potenza della spettroscopia come strumento per l'analisi chimica e la scoperta degli elementi. Il lavoro di Bunsen e Kirchhoff sul rubidio avvenne appena pochi mesi dopo la loro scoperta del cesio usando le stesse tecniche spettroscopiche, affermandoli come pionieri nel campo dell'analisi spettroscopica. L'isolamento del rubidio metallico si rivelò difficile a causa della sua reattività estrema e fu solo diversi anni dopo che furono ottenute piccole quantità di metallo puro mediante l'elettrolisi di composti del rubidio. Il processo di scoperta comportò un'ampia analisi chimica per separare i composti del rubidio dalla complessa miscela di sali presenti nell'acqua minerale e richiese tecniche di separazione innovative. L'approccio metodico di Bunsen e Kirchhoff alla caratterizzazione delle proprietà del rubidio gettò le basi per la comprensione della chimica dei metalli alcalini e delle relazioni periodiche tra gli elementi. La loro scoperta del rubidio, insieme a quella del cesio, fornì prove fondamentali per la nascente comprensione della struttura atomica e della classificazione periodica degli elementi, contribuendo in modo significativo al progresso della scienza chimica nel XIX secolo.
Applicazioni
Il rubidio ha trovato applicazioni specializzate in vari settori dell'alta tecnologia, in particolare nella ricerca di fisica atomica, nei sistemi di temporizzazione di precisione e nei dispositivi ottici avanzati. L'applicazione più importante dell'elemento è negli orologi atomici, dove il vapore di rubidio funge da riferimento di frequenza per sistemi di misurazione del tempo altamente precisi, utilizzati nei satelliti GPS, nelle reti di telecomunicazione e nella ricerca scientifica. Questi orologi atomici al rubidio forniscono livelli di accuratezza essenziali per i sistemi di posizionamento globale e la sincronizzazione delle reti di comunicazione in tutto il mondo. L'industria elettronica utilizza il rubidio in tubi a vuoto e fotocellule specializzati, dove le proprietà fotoelettriche uniche dell'elemento lo rendono prezioso per le applicazioni di rilevamento e misurazione della luce. Gli istituti di ricerca impiegano ampiamente il rubidio negli esperimenti di raffreddamento laser e intrappolamento degli atomi, nei quali gli atomi di rubidio vengono usati per studiare i fenomeni della meccanica quantistica e sviluppare nuove tecnologie quantistiche. L'elemento è un componente fondamentale dei magnetometri utilizzati per i rilevamenti geologici, l'esplorazione mineraria e la misurazione dei campi magnetici nella ricerca scientifica. I composti del rubidio vengono usati nella produzione di vetri specializzati, dove possono migliorare alcune proprietà ottiche e la durabilità chimica dei prodotti in vetro. Il settore medico ha studiato i composti del rubidio per possibili applicazioni nella diagnostica cardiaca e come radiotraccianti nelle scansioni mediante tomografia a emissione di positroni (PET). L'elevata reattività del rubidio lo rende utile in reazioni specializzate di sintesi chimica e come catalizzatore in alcune applicazioni di chimica organica. L'industria aerospaziale ha studiato propulsori ionici al rubidio per i sistemi di propulsione dei veicoli spaziali, nei quali le proprietà dell'elemento potrebbero fornire una propulsione efficiente per missioni spaziali di lunga durata. La ricerca continua a esaminare le potenziali applicazioni del rubidio nell'informatica quantistica, dove gli atomi di rubidio mostrano buone prospettive per la memorizzazione e l'elaborazione delle informazioni quantistiche. L'elemento trova inoltre applicazioni di nicchia in batterie specializzate e sistemi di accumulo dell'energia, nei quali le sue proprietà elettrochimiche uniche offrono vantaggi.
L'applicazione più diffusa del rubidio è negli orologi atomici che sincronizzano i satelliti GPS, rendendo possibile una navigazione accurata per miliardi di utenti in tutto il mondo tramite smartphone, veicoli e aeromobili. Le aziende di telecomunicazioni si affidano ai riferimenti di frequenza al rubidio per mantenere una temporizzazione precisa nelle reti in fibra ottica e nei sistemi cellulari. Le strutture di ricerca scientifica utilizzano celle di vapore di rubidio nei sistemi laser per la spettroscopia e la misurazione di precisione delle costanti fisiche fondamentali. Le squadre di rilevamento geologico impiegano magnetometri al rubidio per mappare i depositi minerari sotterranei e studiare le variazioni del campo magnetico terrestre. Le applicazioni militari e di difesa comprendono sistemi di navigazione basati sul rubidio che forniscono capacità di posizionamento indipendenti dal GPS per operazioni critiche. Le strutture di diagnostica per immagini utilizzano generatori di rubidio-82 per le scansioni PET cardiache, allo scopo di diagnosticare le malattie cardiache e valutare la funzione cardiaca. I laboratori di ricerca di tutto il mondo utilizzano il rubidio negli esperimenti sui condensati di Bose-Einstein e su altri stati esotici della materia. L'industria del petrolio e del gas impiega magnetometri al rubidio nelle attività di esplorazione per individuare potenziali siti di perforazione e mappare le strutture geologiche del sottosuolo. I produttori di vetri speciali incorporano composti del rubidio per realizzare componenti ottici ad alte prestazioni destinati a telescopi e strumenti di precisione. Le istituzioni accademiche usano gli atomi di rubidio nelle dimostrazioni e negli esperimenti di fisica per insegnare concetti di meccanica quantistica e fisica atomica. Anche le applicazioni di consumo beneficiano indirettamente del rubidio grazie ai sistemi di temporizzazione precisa che consentono internet ad alta velocità, la televisione digitale e le comunicazioni wireless. Il settore delle energie rinnovabili studia sistemi di accumulo dell'energia basati sul rubidio per applicazioni su scala di rete, nelle quali la temporizzazione e il controllo precisi sono essenziali.
Da dove proviene
90 mg/kg della crosta terrestre · più abbondante del 82% degli elementi
Il rubidio è un metallo alcalino relativamente raro, con una concentrazione media di circa 90 parti per milione nella crosta terrestre; è quindi più abbondante del litio, ma meno comune di altri metalli alcalini come il sodio e il potassio. L'elemento non si trova mai in natura come metallo libero a causa della sua reattività estrema con l'acqua e l'ossigeno; è invece presente sotto forma di composti in vari minerali e formazioni geologiche. Il rubidio sostituisce comunemente il potassio nei minerali che contengono potassio, grazie ai loro raggi ionici e alle loro proprietà chimiche simili, sebbene in concentrazioni molto più basse. La lepidolite, una mica contenente litio, presenta le concentrazioni più elevate di rubidio presenti in natura; alcuni campioni contengono fino al 3% di ossido di rubidio. Anche la pollucite, un minerale di silicato di alluminio e cesio, contiene quantità significative di rubidio, che sostituisce il cesio nella struttura cristallina. La carnallite, un minerale di cloruro di potassio e magnesio presente nei depositi evaporitici, contiene tracce di rubidio che si accumulano durante la formazione del minerale. L'acqua di mare contiene concentrazioni molto basse di rubidio, circa 0,12 parti per milione, rendendo economicamente impraticabile l'estrazione dagli oceani nonostante il loro enorme volume. Le salamoie dei laghi salati, in particolare quelle con un elevato contenuto di potassio, possono contenere concentrazioni elevate di rubidio e rappresentano una potenziale fonte per l'estrazione commerciale. Alcuni minerali argillosi e feldspati contengono rubidio come elemento in tracce, ma queste fonti non sono economicamente sfruttabili per la produzione di rubidio. L'elemento si trova inoltre in piccole quantità in alcune rocce ignee, soprattutto nelle formazioni di granito e pegmatite, dove si concentra durante le fasi finali della cristallizzazione. La maggior parte del rubidio commerciale viene ottenuta come sottoprodotto della produzione di litio dalla lepidolite oppure come sottoprodotto dell'estrazione del cesio dalla pollucite. La distribuzione geografica delle risorse di rubidio è strettamente legata ai depositi di litio e cesio, con fonti significative in Canada, Zimbabwe e in alcune zone degli Stati Uniti.
Manipolazione
Il metallo rubidio presenta notevoli rischi per la sicurezza a causa della sua reattività estrema con l'acqua e l'ossigeno e richiede procedure di manipolazione e condizioni di conservazione specializzate per prevenire reazioni pericolose. Il metallo puro deve essere conservato in atmosfere inerti o sotto olio minerale per prevenire l'ossidazione e il contatto con l'umidità, poiché l'esposizione all'aria o all'acqua può causare reazioni violente con produzione di gas idrogeno e calore. Il contatto diretto con il metallo rubidio deve essere evitato, poiché può causare gravi ustioni chimiche alla pelle e agli occhi; in caso di contatto, è necessario sciacquare immediatamente con grandi quantità d'acqua nonostante il potenziale rischio di reazione. I composti del rubidio, sebbene generalmente meno pericolosi della forma metallica, possono comunque causare irritazione alla pelle, agli occhi e all'apparato respiratorio e richiedono dispositivi di protezione adeguati durante la manipolazione. L'inalazione di polvere o vapori di rubidio deve essere prevenuta mediante una ventilazione adeguata e una protezione delle vie respiratorie, poiché l'esposizione può causare irritazione respiratoria e possibili effetti sistemici. Gli isotopi radioattivi dell'elemento, in particolare il rubidio-87, richiedono ulteriori precauzioni di radioprotezione, sebbene l'isotopo naturale abbia un tempo di dimezzamento estremamente lungo e presenti un rischio radiologico minimo in condizioni normali. Il personale di laboratorio che manipola il rubidio deve essere formato sulle tecniche corrette per la gestione dei metalli altamente reattivi e deve avere a disposizione procedure di emergenza. La soppressione degli incendi che coinvolgono il rubidio richiede particolare attenzione, poiché i sistemi a base d'acqua possono aggravare gli incendi che coinvolgono metalli alcalini; sono quindi più appropriati i sistemi a polvere secca o a gas inerte. Le aree di conservazione del rubidio devono essere dotate di ventilazione adeguata, sistemi antincendio e attrezzature per la risposta alle emergenze adatte agli incendi di metalli reattivi. Lo smaltimento del rubidio e dei suoi composti richiede procedure e strutture specializzate, in grado di gestire i materiali reattivi in sicurezza. Le donne in gravidanza devono evitare l'esposizione ai composti del rubidio e tutto il personale deve ricevere una formazione adeguata sulla sicurezza prima di lavorare con questo elemento altamente reattivo. Le procedure di risposta alle emergenze devono includere protocolli per il trattamento delle ustioni chimiche e la gestione degli incendi che coinvolgono metalli alcalini.
Risposte rapide
Rubidio (simbolo Rb) è l'elemento 37 nella tavola periodica, appartenente a Metallo alcalino nel periodo 5, gruppo 1. Un metallo alcalino morbido la cui riga spettrale è rosso intenso e i cui ioni fanno funzionare alcuni degli orologi più precisi del mondo. A temperatura ambiente è un solido.
[Kr] 5s¹, con 5 gusci occupati e la distribuzione 2, 8, 18, 8, 1.Rubidio fonde a 312.5 K (39.3 °C) ed entra in ebollizione a 961 K (687.9 °C).
La massa atomica standard di Rubidio è 85.468 u. Si tratta di una media ponderata dei suoi isotopi presenti in natura, per questo raramente è un numero intero.
Rubidio ha una densità di 1.532 g/cm³. L'acqua ha una densità di 1.0 g/cm³, quindi un blocco di Rubidio è circa 1.5× più pesante.
Rubidio ha un'elettronegatività di Pauling pari a 0.82. La scala va da 0.70 (francio, il meno incline ad attirare elettroni) a 3.98 (fluoro, il più incline). Un valore così basso significa che cede facilmente i suoi elettroni esterni, formando ioni positivi.
Rubidio è stato scoperto nel 1861 da Bunsen & Kirchhoff. Prende il nome da latino rubidus, "rosso intenso" — la sua riga spettrale.
Rubidio costituisce informazioni 90 mg/kg della crosta terrestre: è poco comune, ma non raro.