Rubidium

Z Multimediaexpo.cz

Aktuální verze z 1. 10. 2021, 08:31

Rubidium
Atomové číslo	37
Relativní atomová hmotnost	85,4678 amu
Elektronová konfigurace	[Kr] 5s1
Skupenství	Pevné
Vzhled
Teplota tání	39,31 °C (312,46 K)
Teplota varu	688 °C (961 K)
Elektronegativita (Pauling)	0,8
Hustota	1,532 g/cm3
Specifické teplo	0,08
Tvrdost	0,3 (Mohsova stupnice)
Atomový poloměr	2,43 Å (2,43*10-10m)
Iontový poloměr	1,49 Å (1,49*10-10m)
Skupenské teplo tání	2,384 kJ/g-atom
Výparné teplo	75,536 kJ/g-atom
Ionisační energie M→M+	401,1 kJ/g-atom
Normální potenciál	-2,99 V
Hydratační teplo	322,05 kJ/g-ion

Rubidium, chemická značka Rb, (lat. Rubidium) je prvkem z řady alkalických kovů, vyznačuje se velkou reaktivitou a mimořádně nízkým redox-potenciálem

Základní fyzikálně - chemické vlastnosti

Rubidium v plameni (test)

Rubidium je měkký, lehký a stříbrolesklý kov, který lze krájet nožem. Je velmi měkký, asi jako vosk. Na rozdíl od předchozích alkalických kovů je těžší než voda. Velmi dobře vede elektrický proud a teplo. Ve srovnání s ostatními kovy má nízký bod tání a varu. V jeho parách se kromě jednoatomových částic vyskytují i dvouatomové molekuly. Páry mají zelenomodrou až zelenou barvu. Elementární kovové rubidium lze dlouhodobě uchovávat pod vrstvou alifatických uhlovodíků jako petrolej nebo nafta, s kterými nereaguje.

Rubidium mimořádně rychle až explozivně reaguje s kyslíkem na superoxid rubidný a vodou na hydroxid rubidný a v přírodě se s ním proto setkáváme pouze ve formě sloučenin. Rubidium se v přírodě vyskytuje pouze v jednom oxidačním stupni a to Rb⁺. Reakce rubidia s vodu je natolik exotermní, že unikající vodík reakčním teplem samovolně explozivně vzplane. Rubidium se také za mírného zahřátí slučuje s vodíkem na hydrid rubidný RbH, s dusíkem na nitrid rubidný Rb₃N nebo azid rubidný RbN₃. Nepřímo se také slučuje s uhlíkem. Soli Rubidia barví plamen světle fialově.

Historický vývoj

Rubidium bylo objeveno roku 1861 německým chemikem Robertem W. Bunsenem a německým fyzikem Gustavem R. Kirchhoffem za použití jimi objevené spektrální analýzy, kteří rubidium našli v dürkheimských minerálních vodách spolu s cesiem. Rubidium bylo pojmenováno podle svých dvou červených čar ve spektru jako tmavočervený - rubidus. Kovové rubidium bylo poprvé získáno jeho objevitelem Robertem W. Bunsenem elektrolýzou roztaveného chloridu rubidného.

Výskyt v přírodě

Díky své velké reaktivitě se v přírodě setkáváme pouze se sloučeninami rubidia a to pouze v mocenství Rb⁺. Obsah rubidia v zemské kůře je poměrně vysoký, předpokládá se, že zemská kůra obsahuje 100 – 300 mg Rb/ kg, což odpovídá 78 ppm (parts per milion = počet částic na 1 milion částic) a ve výskytu se řadí na stejnou úroveň jako nikl, měď nebo zinek. Průměrný obsah v mořské vodě je přibližně 0,12 mg Rb/l. Ve vesmíru se předpokládá výskyt 1 atomu rubidia na přibližně 6 miliard atomů vodíku. V minerálech provází rubidium obvykle ostatní alkalické kovy. Patrně nejvýznamnější výskyt je uváděn v minerálu lepidolitu, což je poměrně značně komplikovaný hlinito-křemičitan lithno-draselný KLi₂[AlSi₃O₆] (OH, F)₂. V tomto minerálu se obsah rubidia pohybuje kolem hodnoty 1,5%. V malých množstvích (asi okolo 0,015%) se vyskytuje v karnalitu KCl.MgCl₂.6 H₂O.

Výroba

Elementární rubidium se průmyslově vyrábí elektrolýzou roztavené směsi 60 % chloridu vápenatého a 40 % chloridu rubidného při teplotě 750 °C. Vápník vzniklý elektrolýzou ve sběrné nádobě tuhne, protože jeho teplota tání je vyšší než rubidia a tím se od rubidia odděluje. Elektrolýzou probíhá na železné katodě a grafitové anodě, na které vzniká plynný chlor. Tento způsob pro tento kov však není úplně nejlepší. V současné době se vyrábí okolo 5 tun rubidia ročně.

Železná katoda 2 Rb⁺ + 2 e^- → 2 Rb

Grafitová anoda 2 Cl^- → Cl₂ + 2 e^-

Lepší je příprava chemickou cestou. Zahříváním hydroxidu rubidného nebo oxidu rubidného s kovovým hořčíkem v proudu vodíku nebo s kovovým vápníkem ve vakuu. Jedno z nejlepších redukovadel je zirkonium. Malé množství rubidia lze připravit zahříváním chloridu rubidného s azidem barnatým za vysokého tlaku. Baryum vzniklé rozkladem azidu vytěsňuje z chloridu rubidného rubidium, které v podobě svých par kondenzuje na chladnějších stěnách nádoby.

Využití

Kovové krystaly Rubidia a Cesia

Vzhledem ke své mimořádné nestálosti a reaktivitě má kovové rubidium jen minimální praktické využití.

• Jeho nízký ionizační potenciál dává možnost jeho uplatnění ve fotočláncích, sloužících pro přímou přeměnu světelné energie v elektrickou. Zároveň je proto perspektivním médiem pro iontové motory, jako pohonné jednotky kosmických plavidel.
• Při výrobě katodových trubic, pracujících s nízkotlakou náplní inertního plynu se užívá rubidia jako getru, tj. látky sloužící k zachycení a odstranění posledních zbytků reaktivních přimíšených plynů.
• Soli rubidia se přidávají do směsí zábavné pyrotechniky a barví vzniklé světelné efekty do fialova.

Sloučeniny

Anorganické sloučeniny

• Hydrid rubidný RbH je bílá krystalická látka, které lze využít jako velmi silné redukční činidlo. Na vzduchu je nestálý, reaguje s kyslíkem i se vzdušnou vlhkostí. Připravuje se reakcí mírně zahřátého kovového rubidia ve vodíkové atmosféře.
• Superoxid rubidný neboli hyperoxid rubidný RbO₂ je tmavěhnědý prášek, na vlhkém vzduchu nestabilní. Lze ho využít jako silného redukčního činidla, které jemnou oxidací odštěpí jeden kyslík a přejde v peroxid rubidný a silnější oxidací odštěpí dva kyslíky a přejde v oxid rudibný. Reakcí rubidia s kyslíkem vzniká. Superoxid rubidný vzniká hořením rubidia na vzduchu nebo i za pokojové teploty při jeho samovolné oxidaci vzdušným kyslíkem.

Rb + O₂ → RbO₂

• Hydroxid rubidný RbOH je bílá krystalická látka, která je na rozdíl od analogických sloučenin sodíku a draslíku málo hygroskopická a je jen velmi omezeně rozpustná ve vodě. Je to velmi silná zásada, která má velmi silné žíravé účinky. Připravuje se reakcí rubidia, oxidu rudibného, peroxidu rubidného nebo superoxidu rubidného s vodou nebo elektrolýzou roztoku chloridu rubidného.

Soli

Rubidné soli jsou ve vodě obecně velmi dobře rozpustné a jen několik je nerozpustných, všechny mají bílou barvu, pokud není anion soli barevný (manganistany, chromany). Rubidné soli vytváří snadno podvojné soli, ale velmi nesnadno komplexy. Ještě před 50 lety nebyly známy žádné komplexy alkalických kovů a uvažovalo se o nich, že nejsou vůbec schopny tvořit komplexy (podobně jako se uvažovalo, že vzácné plyny nejsou schopny tvořit sloučeniny).

• Chlorid rubidný RbCl je bílá krystalická látka. Chlorid rubidný i ostatní rubidné halogenidy mají silný sklon k tvorbě polyhalogenidů. Chlorid rubidný se vyrábí reakcí kyseliny chlorovodíkové s uhličitanem rubidným nebo hydroxidem rubidným. Ostatní halogenidy až na jodid rubidný, který se využívá někdy v lékařství místo více škodlivého jodidu draselného, nemají praktické využití.
• Dusičnan rubidný RbNO₃ je bílá krystalická látka, která se svými vlastnostmi velmi podobá dusičnanu draselnému. Vyrábí se reakcí kyseliny dusičné s hydroxidem rubidným nebo uhličitanem rubidným.
• Uhličitan rubidný RbCO₃ je bílá krystalická, silně hygroskopická látka. Snadno se rozpouští ve vodě, ale v lihu ne. Nejlépe se připravují reakcí síranu rubidného s hydroxidem barnatým a následným odpařením s uhličitanem amonným. Uhličitan rubidný se dá také připravit reakcí hydroxidu rubidného s vzdušným oxidem uhličitým.
• Síran rubidný RbSO₄ je bílá krystalická látka, která se svými vlastnostmi podobá síranu draselnému. Velmi snadno tvoří podvojné sloučeniny popřípadě smíšené soli. Připravuje se reakcí uhličitanu rubidného nebo hydroxidu rubidného s kyselinou sírovou.

Organické sloučeniny

Mezi organické sloučeniny rubidia patří zejména rubidné soli organických kyselin a rubidné alkoholáty. K dalším rubidným sloučeninám patří organické komplexy rubidných sloučenin tzv. crowny a kryptáty. Zcela zvláštní skupinu organických rubidných sloučenin tvoří organokovové sloučeniny.

Literatura

• Cotton F.A., Wilkinson J.:Anorganická chemie, souborné zpracování pro pokročilé, ACADEMIA, Praha 1973
• Holzbecher Z.:Analytická chemie, SNTL, Praha 1974
• Jursík F.: Anorganická chemie nekovů. 1. vyd. 2002. ISBN 80-7080-504-8
• Dr. Heinrich Remy, Anorganická chemie 1. díl, 1. vydání 1961
• N. N. Greenwood - A. Earnshaw, Chemie prvků 1. díl, 1. vydání 1993 ISBN 80-85427-38-9

Externí odkazy

• Periodická soustava a tabulka vlastností prvků [1]
• Chemický vzdělávací portál [2]
• WebElements (anglicky) [3]
• Periodická tabulka prvků [4]