Rubid (Rb) – właściwości, działanie i występowanie rubidu

Rubid (Rd) jest drugim najbardziej reaktywnym metalem na świecie. Pod wieloma względami upodabnia się do potasu i cezu, ale posiada własne, bardzo specyficzne i wysoce naukowe zastosowania. Wykorzystywany jest także do produkcji fajerwerków! Sprawdź, co jeszcze warto wiedzieć o rubidzie i jak może on pomóc rozwojowi nowoczesnych technologii.

1. Historia rubidu
2. Właściwości rubidu – jakie związki tworzy?
3. Występowanie i wydobycie rubidu
4. Zastosowania rubidu
5. Wpływ rubidu na zdrowie
6. Rubid a ekologia

W układzie okresowym pierwiastków rubid znajdziemy już w pierwszej kolumnie, pod wodorem. Lokalizacja ta jest właściwa dla tzw. metali alkalicznych, do których należą również sód, potas, cez i frans. Rubid ma liczbę atomową 37, zaś jego masa atomowa wynosi 85,47 u.

Historia rubidu

Odkrycie rubidu zawdzięczamy dwóm niemieckim chemikom, Gustavowi Robertowi Kirchhoffowi oraz Robertowi Wilhelmowi Bunsenowi, którzy w ramach rozwoju analizy widmowej badali palący się minerał lepidolit. Spektroskopia pokazała im nieznany dotąd pierwiastek emitujący widmo z wyraźnymi czerwonymi liniami. Ten obraz stał się podstawą do ochrzczenia nowego metalu mianem rubidu, od łacińskiego słowa rubidius, czyli ciemnoczerwony. Co ciekawe, niemieckiemu duetowi ze 150 kg minerału udało się wyizolować zaledwie 0,51 g chlorku rubidu. Kirchoff i Bunsen, specjalizujący się w spektroskopii, tą samą metodą rok wcześniej odkryli cez.

Potrzeba było wielu prób i wysiłków, aby wyizolować czysty metal. W końcu jednak chemicy dość trafnie określili jego gęstość oraz temperaturę topnienia. Mimo to świat wciąż nie bardzo wiedział co zrobić z nowym przybytkiem w tablicy Mendelejewa. Dopiero w latach 20-tych XX w. rozwinięto jego pierwsze przemysłowe zastosowania. W 1995 r. rubid posłużył zespołowi amerykańskich naukowców do stworzenia kondensatu Bosego-Einsteina, czyli efektu kwantowego, który zasłużył sobie na Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki.

Właściwości rubidu – jakie związki tworzy?

Rubid jest bardzo miękkim, ciągliwym, srebrno-białym metalem o gęstości wyższej niż woda. W temperaturze pokojowej zachowuje formę ciała stałego, ale już przy 39,3 stopniach C przechodzi w ciecz. Podczas spalania, podobnie jak potas, barwi płomień na kolor fioletowy. W stan lotny przechodzi w temperaturze 688 stopni C. O jego reaktywności decyduje pojedynczy elektron na ostatniej walencyjnej powłoce, który atom chętnie oddaje sąsiadom.

Wspomniana wyżej reaktywność rubidu oznacza, że bardzo trudno jest nim operować. Tak jak inne metale alkaliczne gwałtownie reaguje on z wodą tworzą wodorotlenek rubidu (RbOH), będący silnie żrącą zasadą wykorzystywaną w niektórych typach baterii. W czasie reakcji uwalniany jest również wodór, który natychmiast wybucha płomieniem. Niewiele łatwiej jest utrzymać rubid na powietrzu, gdyż w kontakcie z tlenem zaczyna się spontanicznie spalać. Z tych względów metal przetrzymuje się w suchym oleju mineralnym lub atmosferze wodorowej.

Jeśli próbkę rubidu rozpłaszczyć na odpowiednio dużej przestrzeni, spali się ona do postaci ponadtlenków – RbO2 ma postać żółtego proszku. Ponadto metal tworzy nadtlenek Rb2o2 oraz tlenki Rb2O oraz Rb2O3.

Najczęściej wykorzystywanym związkiem rubidu jest chlorek RbCl, który powstaje w reakcji wodorotlenku rubidu i kwasu solnego. Znajduje on zastosowanie m.in. w biologii molekularnej oraz elektrochemii. Metal tworzy także szereg soli z innymi fluorowcami, np. fluorem, bromem i jodem. Ponadto przydatnymi przemysłowo solami rubidu są węglan oraz miedziowy siarczan. Wreszcie, na uwagę zasługuje również jodek srebra rubidu (RbAg4I5) będący związkiem jonowym kryształem o największym znanym nam poziomie przewodnictwa w temperaturze pokojowej.

Rubid łatwo miesza się z cezem w dowolnych proporcjach, a ponadto tworzy szereg amalgamatów z rtęcią. Rzadziej tworzy natomiast stopy z innymi metalami.

Występowanie i wydobycie rubidu

Pod względem występowania w skorupie ziemskiej rubid jest 23-cim najczęstszym pierwiastkiem, stanowiąc około 0.01% jej całkowitej objętości. Jest go więc tyle samo co cynku i nawet więcej niż miedzi! W Układzie Słonecznym częstość występowania rubidu określana jest na poziomie 30 ppm. Wszystkie naturalne pokłady metalu są mieszanką dwóch izotopów: stabilnego Rb-85, który stanowi ok. 72% złóż, oraz słabo radioaktywnego Rb-87 o połowicznym czasie rozpadu 48,8 miliarda lat. Stabilnym produktem tego rozpadu jest Stront-87. Dodatkowo, w warunkach laboratoryjnych wyprodukowano już szereg sztucznych promieniotwórczych izotopów o liczbach atomowych od 79 do 95.

W środowisku naturalnym rubid występuje zazwyczaj wespół z cezem, ale jest znacznie bardziej rozprzestrzeniony. Co do zasady nie tworzy też własnych minerałów, ale występuje raczej jako zanieczyszczenie sięgające maksymalnie 5% objętości. W takich ilościach rubid znaleźć można m.in. w dość rzadkich złożach fioletowego lepidolitu o cenionych walorach kolekcjonerskich, krzemianowych kryształach pollucytu oraz żółtych, czerwonych i brązowych kryształach karnalitu. Ponadto śladowe ilości rubidu odkryto w niektórych solankach.

Ze względu na reaktywne właściwości oraz specyficzną formę występowania, produkcja rubidu jest sporym wyzwaniem technologicznym. Najczęstszym surowcem są wspomniane wyżej lepidolity, które przerabia się przede wszystkim w celu pozyskania soli litu. Pozostałe w tym procesie węglany zawierają potas, rubid i cez, ale nie jest tak łatwo oddzielić owe metale od siebie. Obecnie wykorzystuje się kilka różnych metod separacji, a najpowszechniejszą jest frakcyjna krystalizacja, która w wielostopniowym procesie daje w końcu czysty rubid. Jego roczna produkcja na świecie sięga zaledwie 2-4 ton!

Zastosowania rubidu

Wykorzystanie rubidu jest bardzo specyficzne i poza wspomnianymi we wstępie fajerwerkami, które skutecznie barwi na fioletowo, nie wychodzi poza sferę naukową. Jednym z ważniejszych przykładów jest tutaj konstrukcja termoelektrycznych generatorów, w których jony rubidu przesyłane są przez pole magnetyczne przewodząc energię elektryczną. Ulotniony izotop Rb-87 wykorzystywany jest również do chłodzenia laserów.

Dalej, reaktywny alkaliczny metal znajduje zastosowanie w procesach polaryzacji helu, które dają nam wielce pożądane strumienie neuronów oraz wykorzystywany jest do budowy atomowych zegarów. Poziom energii rubidu doskonale nadaje się bowiem do precyzyjnego odmierzania czasu i używany jest także w szeregu urządzeń badawczych, transmisyjnych oraz telekomunikacyjnych, łącznie z technologią GPS.

Na szerszą skalę rubid wykorzystywany jest ponadto w turbinach działających na parę, lampach próżniowych, magnetometrach oraz fotokomórkach. Sztuczny izotop Rb-82 znajduje zastosowanie w tomografii, przede wszystkim w ramach skanowania perfuzji mięśnia sercowego, badania kluczowego dla oceny wielu chorób kardiologicznych.

Wpływ rubidu na zdrowie

Ze względu na pokrewieństwo z potasem rubid odznacza się aktywnością biologiczną. Jego jony występują w płynie pozakomórkowym. Nie wiemy czy i jaką funkcję pełnią, ale uważa się, że mogą stymulować metabolizm. Niestety, wydaje się niezwykłe podobieństwo jest w stanie omamić nawet nasze organizmy, które przypadkowo zaczynają gromadzić w mięśniach jony rubidu zamiast potasu. Ale naukowcy potrafią wykorzystać i ten defekt, podając pacjentom lekko promieniotwórczy Rb-87 i obserwując jego akumulację w tkankach w celach diagnostycznych.

Szczury, u których rubid zastąpił w mięśniach ponad 50% jonów potasu, niestety nie przeżywają. Z drugiej strony jednak, u pacjentów poddawanych dializom obserwuje się depresję skojarzoną z deficytem rubidu, a jego suplementacja okazuje się mieć korzystne skutki psychologiczne.

Ekspozycja na większe ilości rubidu dla większości ludzi jest wysoce nierealna. Pracownicy laboratoriów chemicznych narażeni są jednak na poważne chemiczne poparzenia skóry i oczu, gdyż metal natychmiast reaguje z wilgocią obecną w tkankach dając w efekcie żrący wodorotlenek. Ryzykiem dla zdrowia jest oczywiście również spożycie czystego rubidu, które wymaga natychmiastowej pomocy lekarskiej.

Rubid a ekologia

Rubid uważany jest za pierwiastek toksyczny ze względu na gwałtowność reakcji z wodą i tlenem. Owo zagrożenie dotyczy jednak wyłącznie naukowego zastosowania wyizolowanych próbek metalu. W środowisku naturalnym rubid jest na tle rozproszony, że nie wykazuje żadnego negatywnego wpływu na ekosystemy. Jest chętnie absorbowany przez rośliny, zwłaszcza w sytuacjach stresu i deficytu potasu, i tym samym przedostaje się do łańcucha pokarmowego, ale w dość zgodnej opinii naukowców nie jest to powodem do niepokoju. Jak dotąd rubid prezentuje bowiem zdecydowanie więcej korzyści niż zagrożeń!

Bibliografia