37, Rubidium (Rb)

lat. ruber = rot

Das Element Rubidium:

         
  Ar K Ca  
  Kr Rb Sr  
  Xe Cs Ba  
         
 
   
   
   
   
   
   
   
Natürliche Entstehung von Rubidium (Nukleosynthese): Die beiden Nuklide 85Rb und 87Rb werden infolge des r-Prozesses nach Supernova-Explosionen am Ende der Lebensdauer massereicherer Sterne, oder infolge s-Prozesse innerhalb Roter Riesensterne aus Krypton heraus gebildet.

Die Rubidium-Synthese
85Rb-Synthese:
(s-,r-Prozess):

84Kr + n → 85Rb + β- + 7,81 MeV

56Fe + 29n → 85Rb + 11β- + 256 MeV

87Rb-Synthese:
(s-,r-Prozess):

86Kr + n → 87Rb + β- + 9,40 MeV

56Fe + 31n → 87Rb + 11β- + 274 MeV


Rubidium-87 ist radioaktiv, und zerfällt mit einer Halbwertzeit von 48 Milliarden Jahren unter β--Emmission zu (stabilem) Strontium-87. 1g natürliches Rubidium hat eine Aktivität von 878 Becquerel.

87Rb → 87Sr + β- + 283 KeV
Vorkommen von Rubidium: Die Häufigkeit des Elementes im Universum liegt mit 10 μg/kg Materie in der Rangliste auf Platz 38 - es ist also für ein Element mit ungerader Protonenzahl etwas häufiger, als zu erwarten wäre (Vergleich: Brom liegt auf Rang 44 in der Häufigkeit, Yttrium auf Rang 43).

Rubidium hat sich auf der Erde infolge seiner hohen Affinität zu Sauerstoff und Chlor stark angereichert. So enthält die Erdkruste durchschnittlich 90 mg/kg dieses Elementes (Rang 22) gegenüber 10 μg/kg durchschnittlicher Materie im Universum (Rang 38). Damit ist es immer noch häufiger als Zink oder Kupfer. Es kommt als Begleiter von Kalium vor, es bildet keine eigenständige Mineralien. In einigen kaliumhaltigen Mineralien kann es in angereicherter Form vorkommen. So enthalten einige Lepidolite bis zu 1,5% Rubidium; Bunsen wies das Rubidium erstmalig aus diesem Mineral spektralanalytisch nach. Er isolierte dann, zusammen mit Kirchhoff das Alkalimetall aus Bad Dürkheimer Mineralwasser: Aus insgesamt 44.000 Litern erhielten sie durch fraktionierende Kristallisation der Hexachloroplatinate(IV) insgesamt 9g RbCl und 7,5g CsCl.



Lepidolith, K(Al|Li)3(OH|F)2(Al|Si)4O10[1]

Auch das Cäsium findet sich stets in Begleitung von Rubidium und Kalium.
Rubidium-Gewinnung: Rubidium wird nicht wie Lithium, Natrium und Kalium durch Elektrolyse, sondern gleich dem Cäsium auf thermochemischen Wege über Reduktion des Dichromats mit Zirkonium bei etwa 500°C im Hochvakuum gewonnen. Dabei destilliert das Metall ab.

Rb2Cr2O7 + 2Zr → 2Rb↑ + 2ZrO2 + Cr2O3


Alternativ kann man Rubidium durch die Reduktion des Hydroxids im Wasserstoffstrom mit Magnesium oder Calcium, ebenfalls bei 500°C im Hochvakuum gewonnen werden.

2RbOH + Ca → 2Rb↑ + 2Ca(OH)2


Eine Gewinnung analog des Natriums oder Kaliums mittels Schmelzflusselektrolyse ist für Rubidium unrentabl, da es sich ziemlich gut in flüssigem Rubidiumhydroxid bzw. -chlorid löst, und es daher zu Problemen bei der Abtrennung käme.
Chemie von Rubidium: Rubidium schließt sich in seinen chemischen Eigenschaften an das Kalium an: Sein Verhalten ist von dem Umstand geprägt, dass es durch die Abgabe eines einzelnen Elektrons eine sehr stabile Krypton-Konfiguration erreichen kann. Dabei ist die 1. Ionisierungsenergie noch geringer als die des Kaliums. Dadurch laufen analoge Reaktionen im Vergleich mit denen des Kaliums beim Rubidium mit noch größerer Heftigkeit ab:

Mit Wasser erfolgt eine sofortige, explosionsartige Reaktion, mit welcher das Metall unter Funkensprühen reagiert. Ebenso heftig verbindet sich das Metall mit allen Halogenen, dem Schwefel und weißem Phosphor.

Rubidium entzündet sich an feuchter Luft oder in reinem Sauerstoff auch ohne weitere (thermische) Anregung im Gegensatz zu seinen leichteren Homologen Lithium, Natrium und Kalium ebenfalls augenblicklich. Dabei entsteht analog von Kalium und Cäsium das Hyperoxid.

Einige Reaktionen von Rubidium:

2Rb + 2H2O → 2RbOH + H2 + 266 kJ
Rb + O2 → RbO2 + 264 kJ
2Rb + Cl2 → 2RbCl + 862 kJ


Mit Stickstoff reagiert Rubidium weder bei tiefen Temperaturen noch erhöhten Drücken. Auch aus dem Azid RbN3 ist bei thermischer Zersetzung im Ggs. zu den entsprechenden Li-, Na-, oder K-Verbindungen kein Rubidiumnitrid darstellbar.

Das Löslichkeitsverhalten der Rubidiumsalze setzt den Trend innerhalb der Gruppe weiter fort: So sind etwa Rubidiumperchlorat, Rubidiumhexachloroplatinat und Rubidiumperiodat noch schwerer in Wasser löslich als die entsprechenden Kaliumsalze, umgekehrt lösen sich Rubidiumfluorid, Rubidiumhydrogencarbonat und Rubidiumphosphat noch leichter als die entsprechenden Kaliumsalze:

Löslichkeiten einiger Kalium-, Rubidium-
und Cäsiumsalze im Vergleich:
  PtCl62- ClO4- HCO3- F-
Kalium (K+) 6 g/L 15 g/L 350 g/L 1000 g/L
Rubidium (Rb+) 1,5 g/L 10 g/L 1100 g/L 3000 g/L
Cäsium (Cs+) 1,3 g/L 15 g/L 2100 g/L 3200 g/L
Physikalische Besonderheiten von Rubidium bzw. von seinen Verbindungen: Flammenfärbung. Rubidiumsalze zeigen gleich allen Alkalimetallsalzen eine typische Flammenfärbung. Das Metall hat seinen Namen aufgrund seiner Flammenfärbung erhalten (lat. ruber = rot).

Flammenfärbung eines Rubidiumsalzes[2]

Die Hauptwellenlängen der emittierten Lichtquanten liegen bei 794,8 nm und 780,0 nm (beide rot).
Verwendung von Rubidium und seinen Verbindungen : Rubidium hat nur einige wenige, sehr spezifische Anwendungen in der Technik:
  • Taktgeber in Atomuhren. 87Rb hat eine Arbeitsfreuquenz von 6.384.682.612,8 Hertz.[3]

  • Gettermetall. Aufgrund seiner hohen chemischen Reaktivität eignet sich Rubidium hervorragend als Gettermetall in Elektrodenröhren. Gettermetalle dienen dazu, Restmengen an Sauerstoff oder Kohlendioxid durch chemische Reaktionen aus evakuierten Kammern zu entfernen. Es ist dabei reaktiver als Kalium oder Natrium, da es bereits bei Raumtemperatur quantitativ die beiden genannten Gase bindet.

Verwendungen von Rubidium

Atomuhr[4]

Elektronenröhre.[5]

Sonstiges: Rubidium-Strontium-Methode zur Altersdatierung von Gesteinen: Aufgrund dieses radioaktiven Zerfalls lassen sich Gesteinsproben, die ein Alter von mehr als 300 Millionen Jahre aufweisen, mittels des Verhältnisses der in ihnen enthaltenen Mengen an 87Sr und 86Sr zueinander, bis auf ca. 50 Millionen Jahre genau datieren. Je jünger die Gesteine sind, desto weniger 87Sr (als Zerfallsprodukt des radioaktiven 87Rb) enthalten sie, während ihr Gehalt an 86Sr konstant ist.
Quellen: [1] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber: Rob Lavinsky. Das Bild ist unter den Bedingungen der Creative Commons Lizenz freigegeben.

[2] Bildquelle: Eigenes Bild. Dieses Bild darf unter den Bedingungen der Creative Commons Lizenz frei verwendet werden. Bei Verwendung bitte einen Link auf mein Web-Angebot setzen.

[3] Wikipedia, Artikel Atomuhr.

[4] Bildquelle: Bild einer US-Behörde, welches in Ausübung des Dienstes angefertig wurde. Solche Bilder sind gemeinfrei, wenn es nicht ausdrücklich anders angegeben ist.

[5] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber: Patrik Schindler. Das Bild wurde vom Urheber als gemeinfrei veröffentlicht.