Rubidio

Il rubidio è l'elemento chimico che ha numero atomico 37 e il cui simbolo è Rb. È il quinto elemento del primo gruppo della tavola periodica, il gruppo dei metalli alcalini, situato tra il potassio e il cesio. È un metallo molto tenero, bassofondente (39,3 °C), dal colore bianco argenteo, estremamente reattivo.^{[1] 87}Rb, un suo isotopo naturale, è debolmente radioattivo.

Rubidio
37 Rb                                                                                                                                                                                                                                               kripton ← rubidio → stronzio
Aspetto
Aspetto dell'elemento bianco argenteo
Linea spettrale Linea spettrale dell'elemento
Generalità
Nome, simbolo, numero atomico	rubidio, Rb, 37
Serie	metalli alcalini
Gruppo, periodo, blocco	1(IA), 5, s
Densità	1532 kg/m³
Durezza	0.3
Configurazione elettronica	Configurazione elettronica
Termine spettroscopico	2S1/2
Proprietà atomiche
Massa atomica	85,4678 u
Raggio atomico (calc.)	235(265) pm
Raggio covalente	211 pm
Raggio di van der Waals	244 pm
Configurazione elettronica	[Kr]5s1
e− per livello energetico	2, 8, 18, 8, 1
Stati di ossidazione	1 (base forte)
Struttura cristallina	Cubica a corpo centrato
Proprietà fisiche
Stato della materia	solido
Punto di fusione	312,46 K (39,31 °C)
Punto di ebollizione	961 K (688 °C)
Volume molare	55,76×10−6 m³/mol
Entalpia di vaporizzazione	72,216 kJ/mol
Calore di fusione	2,192 kJ/mol
Tensione di vapore	1,56×10−4 Pa
Velocità del suono	1300 m/s a 293,15 K
Altre proprietà
Numero CAS	7440-17-7
Elettronegatività	0,82 (Scala di Pauling)
Calore specifico	363 J/(kg·K)
Conducibilità elettrica	7,79×106/m·Ω
Conducibilità termica	58,2 W/(m·K)
Energia di prima ionizzazione	403,0 kJ/mol
Energia di seconda ionizzazione	2 633 kJ/mol
Energia di terza ionizzazione	3 860 kJ/mol
Energia di quarta ionizzazione	5 080 kJ/mol
Energia di quinta ionizzazione	6 850 kJ/mol
Energia di sesta ionizzazione	8 140 kJ/mol
Energia di settima ionizzazione	9 570 kJ/mol
Energia di ottava ionizzazione	13 120 kJ/mol
Energia di nona ionizzazione	14 500 kJ/mol
Energia di decima ionizzazione	26 740 kJ/mol
Isotopi più stabili
iso NA TD DM DE DP 85Rb 72,168% Rb è stabile con 48 neutroni 87Rb 27,835% 4,88×1010 anni β− 0,283 87Sr
iso: isotopo NA: abbondanza in natura TD: tempo di dimezzamento DM: modalità di decadimento DE: energia di decadimento in MeV DP: prodotto del decadimento

Come gli altri metalli alcalini, il rubidio è molto reattivo e si infiamma spontaneamente quando viene esposto all'aria.

Caratteristiche

Il rubidio fonde poco al di sopra della temperatura ambiente.^[2]

Come gli altri metalli alcalini si infiamma spontaneamente all'aria e reagisce violentemente con l'acqua, liberando idrogeno che può anche infiammarsi a sua volta. Come gli altri metalli alcalini forma inoltre amalgami con il mercurio e leghe con l'oro, il cesio, il sodio ed il potassio.

I suoi ioni impartiscono alla fiamma un colore violetto.

Applicazioni

Il rubidio è facilmente ionizzabile e per questo è stato preso in considerazione il suo utilizzo nella realizzazione di propulsori ionici per veicoli spaziali, ma il cesio e lo xeno si sono rivelati più efficienti a questo scopo. Tra gli altri usi rientrano quelli di:

• fluido di raffreddamento nelle turbine
• degasatore nelle valvole termoioniche
• componente di fotocellule
• realizzazione di vetri speciali.
• realizzazione di orologi atomici a basso costo e limitato ingombro.
• componente di computer quantistici ad atomi neutri

Uno ioduro misto di argento e rubidio (RbAg₄I₅) è il composto che a temperatura ambiente possiede la più elevata conduttività elettrica di tutti i composti ionici cristallini; questo lo rende utile nella realizzazione di batterie a film sottile ed in altre applicazioni analoghe.

È stato preso anche in considerazione l'utilizzo in generatori termoelettrici, dove ioni di rubidio prodotti per riscaldamento, transitando attraverso un campo magnetico, generano una corrente elettrica.

I sali di rubidio sono usati per colorare in rosso-violetto i fuochi d'artificio.

Storia

Il rubidio (dal latino rubidus, rosso scuro) fu scoperto da Robert Bunsen e Gustav Kirchhoff nel 1861 nel minerale lepidolite, tramite uno spettroscopio. Ebbe un uso industriale praticamente nullo fino agli anni venti. Storicamente l'uso principale del rubidio è rimasto confinato nella ricerca e nello sviluppo nell'industria chimica ed elettronica.

Atomi di rubidio sono stati utilizzati con successo in esperimenti per la ricerca empirica dei monopoli magnetici^[3]. Teorizzati nel 1931 da Paul Dirac, nel 2009 Ville Pietilä e Mikko Möttönen del Dipartimento di Fisica applicata dell'Università di Helsinki hanno gettato le basi teoriche per la pianificazione di un esperimento di questo tipo^[4]. Nel 2014 David S. Hall, dell'Amherst College, in Massachusetts, col suo team ha rilevato sperimentalmente i monopoli magnetici tramite la polarizzazione di atomi di rubidio tenuti ad una temperatura molto vicina allo zero assoluto.^[5]

Disponibilità

Questo elemento è ritenuto essere il sedicesimo per abbondanza nella crosta terrestre. Costituisce complessivamente (mai libero, ma in composti corrispondenti al suo stato di ossidazione +1) circa lo 0,005% della crosta terrestre; è però diffuso nelle rocce, nei terreni, nelle acque ad accompagnare in piccole quantità il potassio. In natura si rinviene nei minerali leucite, pollucite e zinnwaldite, che contengono fino all'1% del suo ossido. La lepidolite ne contiene circa 1,5% ed è la principale fonte commerciale di rubidio. Anche alcuni minerali del potassio – tra cui il cloruro – ne contengono quantità significative e industrialmente sfruttabili. Un notevole giacimento di pollucite si trova presso il Bernic Lake, in Canada.

Uno dei metodi per produrre il rubidio metallico consiste nella riduzione del cloruro di rubidio con il calcio. Del rubidio sono noti quattro ossidi: Rb₂O, Rb₂O₂, Rb₂O₃, RbO₂.

Nel 1997 il costo del rubidio metallico era stimabile in 25 $ per grammo.

Isotopi

Del rubidio sono noti 24 isotopi, di cui due di origine naturale; il rubidio è generalmente una miscela di ⁸⁵Rb (72,2%) e ⁸⁷Rb (27,8%), radioattivo. La radioattività del rubidio che si trova in natura è sufficiente ad impressionare una lastra fotografica in un tempo compreso tra circa 30 e 60 giorni.

⁸⁷Rb ha una emivita di 48,8×10⁹ anni. Si sostituisce facilmente al potassio nei minerali, a ciò è dovuta la sua diffusione.

Il rubidio viene impiegato per la datazione delle rocce con la tecnica della datazione rubidio-stronzio; ⁸⁷Rb decade a ⁸⁷Sr, stabile, tramite emissione di una particella beta. Durante la cristallizzazione frazionata, lo stronzio si concentra nella fase solida, mentre il rubidio rimane nella fase liquida. In conseguenza di ciò, il rapporto tra le concentrazioni di rubidio e stronzio (Rb/Sr) nel magma residuo cresce col tempo portando a rocce il cui rapporto Rb/Sr cresce con la loro differenziazione. I rapporti più elevati (10:1 e più) compaiono nelle pegmatiti. Se il tenore originale di Sr è noto o estrapolabile, l'età della roccia può essere stimata tramite la misura del rapporto Rb/Sr e del rapporto ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr. La stima è valida qualora le rocce non abbiano subito alterazioni successive.

Precauzioni

Il rubidio reagisce violentemente con l'acqua e può provocare incendi. Per garantirne la sicurezza e la stabilità, deve essere conservato immerso in olio minerale, sotto vuoto o in atmosfera inerte.