Rubidium
| Sicherheitshinweise | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||
Rubidium (von lateinisch rubidus ‚tiefrot‘; wegen zweier charakteristischer roter Spektrallinien) ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Rb und der Ordnungszahl 37. Im Periodensystem steht es in der 1. Hauptgruppe, bzw. der 1. IUPAC-Gruppe und zählt zu den Alkalimetallen. Das weiche, silbrigweiß glänzende Metall entzündet sich spontan bei Luftzutritt.
| Eigenschaften | |
|---|---|
| Allgemein | |
| Name, Symbol, Ordnungszahl | Rubidium, Rb, 37 |
| Serie | Alkalimetalle |
| Gruppe, Periode, Block | 1, 5, s |
| Aussehen | silbrig weiß |
| CAS-Nummer | 7440-17-7 |
| Massenanteil an der Erdhülle | 29 ppm |
| Physikalisch | |
| Aggregatzustand | fest |
| Kristallstruktur | kubisch raumzentriert |
| Dichte | 1,532 g/cm3 (20 °C) |
| Mohshärte | 0,3 |
| Magnetismus | paramagnetisch (Χm = 3,8 · 10−6) |
| Schmelzpunkt | 312,46 K (39,31 °C) |
| Siedepunkt | 961,2 K (688 °C) |
| Molares Volumen | 55,76 · 10−6 m3·mol−1 |
| Verdampfungswärme | 69 kJ/mol |
| Schmelzwärme | 2,19 kJ·mol−1 |
| Schallgeschwindigkeit | 1300 m·s−1 bei 293,15 K |
| Elektrische Leitfähigkeit | 7,52 · 106 A·V−1·m−1 |
| Wärmeleitfähigkeit | 58 W·m−1·K−1 |
| Chemisch | |
| Oxidationszustände | −1, +1 |
| Oxide (Basizität) | Rb2O (stark basisch) |
| Normalpotential | −2,924 V (Rb+ + e− → Rb) |
| Elektronegativität | 0,82 (Pauling-Skala) |
Geschichte
Rubidium wurde 1861 von Robert Wilhelm Bunsen und Gustav Kirchhoff spektroskopisch als ein geringer (< 1 %) Bestandteil von Lepidolith aus Sachsen bzw. aus Mähren entdeckt, sowie als Bestandteil im Mineralwasser der neu erschlossenen Maxquelle in Bad Dürkheim. Bunsen gelang es, Rubidiumsalze sowohl aus dem aufgeschlossenen Lepidolith als auch aus Mineralwassersole zu fällen und es von anderen Alkalimetallsalzen zu trennen. Dazu verarbeitete Bunsen 150 kg aufgeschlossenen Lepidolith, um wenige Gramm RbCl zu isolieren, und 44200 Liter Dürkheimer Quellwasser für 9 g RbCl.
Vorkommen
Rubidium gehört zur Gruppe der inkompatiblen Elemente und tritt in der Regel zusammen mit diesen in erhöhten Konzentrationen auf. Das Element kommt in kleiner Konzentration in einigen Mineralien wie Leucit, Pollucit und Zinnwaldit vor. Lepidolith enthält bis zu 1,5 % Rubidium. Erst in den letzten Jahren wurden auch eigenständige Rubidium-Mineralien entdeckt, wie Rubiklin (ein Rubidium-Aluminiumsilikat), sowie Voloshinit und Rubidium-Ramanit (Rubidiumpentaborat Tetrahydrat).
Darstellung
Im Labor erfolgt die Darstellung kleiner Mengen reinen Rubidiums über die Reduktion des Chromats oder Dichromats mittels Zirconium:
oder die thermische Zersetzung von Rubidiumazid:
sowie anschließender Destillation im Hochvakuum.
Eigenschaften
Wie die anderen Alkalimetalle ist Rubidium an der Luft unbeständig und oxidiert. Mit Wasser reagiert es äußerst heftig unter Bildung von Rubidiumhydroxid und Wasserstoff, der sich in der Luft in der Regel entzündet. Mit Quecksilber bildet es ein Amalgam, mit den Metallen Gold, Caesium, Natrium und Kalium ist es legierbar. Rubidiumverbindungen färben Flammen dunkelrot (daher der Name des Elements). Rubidium ist ein starkes Reduktionsmittel. Metallisches Rubidium kann durch Reduktion von Rubidiumchlorid mit Calcium im Vakuum hergestellt werden.
Isotope
Von den beiden natürlich vorkommenden Isotopen ist nur 85Rb stabil, 87Rb ist ein Betastrahler und zerfällt zu 87Sr. Mit einer extrem langen Halbwertszeit von etwa 48 Milliarden Jahren ist seine Radioaktivität sehr gering. Das Verhältnis von Rb- und Sr-Isotopen in Gesteinen wird zur radiometrischen Datierung herangezogen.
Verwendung
Rubidium und seine Verbindungen besitzen ein nur kleines Anwendungsspektrum und werden hauptsächlich in der Forschung und Entwicklung eingesetzt. Verwendungsmöglichkeiten bestehen als:
- Gettermetall in Vakuumröhren,
- Kathodenbeschichtung,
- Tracer in PET-Perfusionsstudien des Myokards,
- Rubidiumuhren als Zeitnormale (Atomuhr)
- Demonstration der Laserkühlung, da hier günstige Laserdioden für die relevanten Wellenlängen zur Verfügung stehen (somit vergleichsweise einfache Herstellung eines Bose-Einstein-Kondensats).
- In Feuerwerk zur Erzeugung von purpurnem Feuer
Nachweis
Zum Nachweis von Rubidium kann man seine rotviolette Flammenfärbung nutzen. Im Spektroskop zeigt sich eine deutliche Emissionslinie bei 780,0 nm. Quantitativ lässt sich dies in der Flammenphotometrie zur Bestimmung von Rubidiumspuren nutzen. In der Polarographie zeigt Rubidium eine reversible kathodische Stufe bei −2,118 V (gegen SCE). Dabei müssen als Grundelektrolyt quartäre Ammoniumverbindungen (hier beispielsweise 0,1 M Tetramethylammoniumhydroxid) verwendet werden, weil andere Alkali- oder Erdalkalimetallionen sehr ähnliche Halbstufenpotentiale besitzen.
Ein weiterer qualitativer Nachweis ist die Bildung eines schwerlöslichen
Tripelsalzes in schwach saurer Lösung mit Natrium-, Bismut- und Nitritionen, die
einen gelbgefärbten Niederschlag der Zusammensetzung 
liefern, dessen Kristalle eine oktaedrische Form aufweisen. Die Nachweisgrenze
liegt bei 0,5 mg Rubidium. Diese kann durch Verwendung von Silberionen anstelle
der Natriumionen noch gesteigert werden, allerdings liefert Caesium eine
ähnliche Reaktion.
Physiologie
Für Pflanzen ist Rubidium vermutlich nicht essentiell, bei Tieren scheint es für den normalen Verlauf der Trächtigkeit notwendig zu sein. Der Rubidiumbedarf des Menschen dürfte bei weniger als 100 µg pro Tag liegen. Mit der üblichen Mischkost kommt er auf etwa 1,7 mg am Tag. Ein Rubidiummangel ist bei diesem Angebot ebenso wenig zu erwarten wie eine nutritive Rubidiumbelastung. Tee und Kaffee – Arabica-Kaffee hat den höchsten Rubidium-Gehalt, der in Lebensmitteln festgestellt wurde (Arabica-Bohne: 25,5–182 mg/kg Trockensubstanz) – liefern Erwachsenen im Mittel 40 % der verzehrten Rubidiummenge. Rubidium wirkt im zentralen Nervensystem und beeinflusst dort die Konzentration von Neurotransmittern, ein Einsatz von Rubidium als antidepressiver Wirkstoff wird diskutiert. Ein Rubidiummangel kann bei Dialysepatienten vorliegen.
Sicherheitshinweise
Rubidium ist selbstentzündlich und reagiert äußerst heftig mit Wasser. Aus Sicherheitsgründen ist Rubidium in trockenem Mineralöl, im Vakuum oder in einer Inertgasatmosphäre aufzubewahren.
© biancahoegel.de;
Datum der letzten Änderung: Jena, den: 22.11. 2023