Rubidium

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
Atomar
Atommasse	85,4678(3) u
Atomradius (berechnet)	235 (265) pm
Kovalenter Radius	220 pm
Van-der-Waals-Radius	303 pm
Elektronenkonfiguration	[Kr] 5s1
Austrittsarbeit	2,16 eV
1. Ionisierungsenergie	403,0 kJ/mol
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
Verdampfungswärme	69 kJ/mol
Schmelzwärme	2,19 kJ/mol
Schallgeschwindigkeit	1300 m/s bei 293,15 K
Elektrische Leitfähigkeit	7,52 · 106 A/(V · m)
Wärmeleitfähigkeit	58 W/(m · K)
Chemisch
Oxidationszustände	+1
Oxide (Basizität)	Rb2O (stark basisch)
Normalpotential	−2,924 V (Rb+ + e− → Rb)
Elektronegativität	0,82 (Pauling-Skala)
Isotope
Weitere Isotope siehe Liste der Isotope
NMR-Eigenschaften
Sicherheitshinweise
H- und P-Sätze	H: 260‐314
	EUH: 014
	P: 223‐231+232‐280‐305+351+338‐370+378‐422
	Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. ; Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

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.

Geschichte

Rubidium wurde 1861 von Robert Wilhelm Bunsen und Gustav Kirchhoff spektroskopisch als Verunreinigung im Lepidolith entdeckt, als sie das Mineralwasser der neu erschlossenen Maxquelle in Bad Dürkheim analysierten. Bunsen gelang es, Rubidiumsalze aus dem Quellwasser zu fällen und diese von anderen Alkalimetallsalzen zu isolieren. Bunsen musste 44200 Liter Dürkheimer Quellwasser verarbeiten, um 9 g RbCl zu isolieren.

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).

Eigenschaften

Die Flammenfärbung von Rubidium

1 g Rubidium in einer Ampulle

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).^[11] Rubidium ist ein starkes Reduktionsmittel. Metallisches Rubidium kann durch Reduktion von Rubidiumchlorid mit Calcium im Vakuum hergestellt werden.^[1]

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.^[6] 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.^[12]

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)^[13] – liefern Erwachsenen im Mittel 40 % der verzehrten Rubidiummenge. Rubidium wirkt im zentralen Nervensystem und beeinflusst dort die Konzentration von Neurotransmittern,^[14] ein Einsatz von Rubidium als antidepressiver Wirkstoff wird diskutiert. Ein Rubidiummangel kann bei Dialysepatienten vorliegen.^[15]^[16]

Sicherheitshinweise

Rubidium ist selbstentzündlich und reagiert äußerst heftig mit Wasser. Aus Sicherheitsgründen ist Rubidium in trockenem Mineralöl, im Vakuum oder in einer Inertgasatmosphäre aufzubewahren.

Verbindungen

Oxide und Hydroxide

Halogenide

Sonstige Verbindungen

Rubidiumchlorat RbClO₃
Rubidiumperchlorat RbClO₄
Rubidiumbromat RbBrO₃
Rubidiumiodat RbIO₃
Rubidiumperiodat RbIO₄

Rubidiumchromat Rb₂CrO₄
Rubidiumdichromat Rb₂Cr₂O₇
Rubidiumhydrogencarbonat RbHCO₃
Rubidiumdithionat Rb₂S₂O₆
Rubidiumacetat CH₃COORb
Rubidiumformiat HCOORb

Einzelnachweise

↑ ^1,0 ^1,1 Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
↑ Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus www.webelements.com (Rubidium) entnommen.
↑ CIAAW, Standard Atomic Weights Revised 2013.
↑ Manjeera Mantina, Adam C. Chamberlin, Rosendo Valero, Christopher J. Cramer, Donald G. Truhlar: Consistent van der Waals Radii for the Whole Main Group. In: J. Phys. Chem. A. 113, 2009, S. 5806–5812, doi:10.1021/jp8111556.
↑ Ludwig Bergmann, Clemens Schaefer, Rainer Kassing: Lehrbuch der Experimentalphysik. Band 6: Festkörper. 2. Auflage. Walter de Gruyter, 2005, ISBN 3-11-017485-5, S. 361.
↑ ^6,0 ^6,1 N. N. Greenwood, A. Earnshaw: Chemie der Elemente. 1. Auflage. VCH, Weinheim 1988, ISBN 3-527-26169-9, S. 97.
↑ Robert C. Weast (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. CRC (Chemical Rubber Publishing Company), Boca Raton 1990, ISBN 0-8493-0470-9, S. E-129 bis E-145. Werte dort sind auf g/mol bezogen und in cgs-Einheiten angegeben. Der hier angegebene Wert ist der daraus berechnete maßeinheitslose SI-Wert.
↑ ^8,0 ^8,1 Yiming Zhang, Julian R. G. Evans, Shoufeng Yang: Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks. In: Journal of Chemical & Engineering Data. 56, 2011, S. 328–337, doi:10.1021/je1011086.
↑ Decay Radiation Results. In: Chart of Nuclides database. National Nuclear Data Center, abgerufen am 24. Januar 2012.
↑ ^10,0 ^10,1 Eintrag zu Rubidium in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 30. April 2017 (JavaScript erforderlich).
↑ G. Kirchhoff, R. Bunsen: Chemische Analyse durch Spectralbeobachtungen. In: Annalen der Physik und Chemie. 189, Nr. 7, 1861 S. 337–381, doi:10.1002/andp.18611890702.
↑ J. Heyrovský, J. Kůta: Grundlagen der Polarographie. Akademie-Verlag, Berlin 1965, S. 515.
↑ Andrea Illy, Rinantonio Viani: Espresso Coffee: The Science of Quality. Elsevier Academic Press, 2005, ISBN 0-12-370371-9, S. 150.
↑ M. Krachler, G. H. Wirnsberger: Long-term changes of plasma trace element concentrations in chronic hemodialysis patients. In: Blood Purif. 18(2), 2000, S. 138–143, PMID 10838473.
↑ H. L. Meltzer, R. M. Taylor, S. R. Platman, R. R. Fieve: Rubidium: A potential modifier of effect and behaviour. In: Nature. 223, 1969, S. 321–322, PMID 4978331.
↑ C. Canavese, E. DeCostanzi, L. Branciforte u. a.: Rubidium deficiency in dialysis patients. In: J Nephrol. 14(3), 2001, S. 169–175, PMID 11439740.