Rubiđi

Rubidi (từ tiếng Latinh rubidus, đỏ thẫm) được Robert Bunsen và Gustav Kirchhoff phát hiện năm 1861 trong khoáng vật lepidolit bằng cách sử dụng phương pháp phân tích quang phổ. Tuy nhiên, nguyên tố này chỉ có các ứng dụng công nghiệp tối thiểu cho tới tận thập niên 1920. Về mặt lịch sử, sử dụng quan trọng nhất của rubidi là trong nghiên cứu và phát triển (R&D), chủ yếu là trong các ứng dụng hóa học và điện học.

Rubidi là nguyên tố có độ âm điện đứng hàng thứ hai trong số các kim loại kiềm ổn định (sau xêzi, do franxi là nguyên tố phóng xạ) và nó bị hóa lỏng ở nhiệt độ 39,3 °C (102,7 °F). Giống như các nguyên tố nhóm 1 khác, kim loại này phản ứng dữ dội với nước để sinh ra hiđrô. Giống như kali và xêzi, phản ứng này tỏa nhiệt rất dữ dội, đủ để kích cháy hiđrô mới sinh ra. Người ta cũng thông báo rằng rubidi bị kích cháy tự phát trong không khí. Giống như các kim loại kiềm khác, nó tạo ra các hỗn hống với thủy ngân và có thể tạo ra các hợp kim với vàng, xêzi, natri và kali. Nguyên tố này tạo ra màu tím ánh đỏ cho ngọn lửa, vì thế mà có tên gọi của nó.

Các sử dụng hiện tại hay tiềm năng của rubidi là:

• Trong ngưng tụ Bose-Einstein.
• Chất lưu hoạt động trong các tua bin hơi.
• Chất thu khí trong các ống chân không.
• Thành phần của tế bào quang điện.
• Thành phần cộng hưởng trong các đồng hồ nguyên tử.
• Thành phần trong một vài loại thủy tinh đặc biệt.
• Sản xuất superoxit bằng cách đốt cháy trong ôxy.
• Trong nghiên cứu các kênh ion kali trong sinh học.
• Hơi rubidi được sử dụng làm từ kế nguyên tử. Rb87 hiện tại được sử dụng, cùng các kim loại kiềm khác, trong phát triển một dạng từ kế là SERF (spin-exchange relaxation-free: trao đổi spin hồi phục tự do)

Rubidi rất dễ bị ion hóa, vì thế nó được xem xét để sử dụng trong các động cơ ion cho tàu vũ trụ (nhưng xêzi và xenon có hiệu quả cao hơn cho mục đích này).

Các hợp chất của rubidi đôi khi cũng được sử dụng trong pháo hoa để tạo cho nó màu tím.

RbAg4I5 có độ dẫn điện ở nhiệt độ phòng là cao nhất trong số các tinh thể ion đã biết. Thuộc tính này có thể là hữu ích trong các loại pin màng mỏng và trong các ứng dụng điện khác.

Rubidi cũng được xem xét để sử dụng trong các máy phát điện dựa trên hiện tượng nhiệt điện sử dụng nguyên lý từ thủy động lực học, trong đó các ion rubidi được tạo ra bằng cách đốt nóng ở nhiệt độ cao và cho di chuyển qua từ trường. Các ion này dẫn điện và đóng vai trò tương tự như của phần ứng điện trong máy phát điện, vì thế sinh ra dòng điện.

Rubidi, cụ thể là Rb87, trong dạng hơi, là một trong các dạng nguyên tử được sử dụng rộng rãi nhất trong làm mát laser và ngưng tụ Bose-Einstein. Các đặc trưng mong muốn của nó cho các ứng dụng này bao gồm khả năng sẵn có để dùng của ánh sáng diod laser không đắt tiền ở bước sóng thích hợp cũng như nhiệt độ vừa phải cần phải có để thu được các áp suất hơi đáng kể.

Rubidi cũng đã từng được dùng để phân cực He3 (nghĩa là tạo ra một thể tích của khí He3 đã từ hóa, với các spin hạt nhân hướng về phía một hướng cụ thể nào đó trong không gian, thay vì ngẫu nhiên). Hơi rubidi được kích thích quang học bởi laser và Rb đã phân cực sẽ phân cực He3 bằng tương tác hyperfine , các tế bào He3 phân cực spin đang trở thành phổ biến cho các phép đo sự phân cực nơtron cũng như để sản xuất các chùm nơtron phân cực cho các mục đích khác

Nguyên tố này được coi là đứng thứ 16 trong số các nguyên tố phổ biến nhất trong lớp vỏ Trái Đất. Trong tự nhiên, nó có mặt trong các khoáng vật như leucit, pollucit và zinnwaldit, trong đó có chứa tới 1% ôxít của nó. Lepidolit chứa khoảng 1,5% rubidi và đây là nguồn thương mại của nguyên tố này. Một số khoáng vật của kali và clorua kali cũng chứa rubidi với khối lượng đáng kể về mặt thương mại. Một trong các nguồn đáng chú ý là trong các trầm tích của pollucit tại hồ Bernic, Manitoba. Rubidi kim loại có thể tạo ra nhờ khử clorua rubidi bằng canxi hay bằng một vài phương pháp khác. Rubidi tạo ra ít nhất là 4 ôxít, bao gồm: Rb2O, Rb2O2, Rb2O3, RbO2. Năm 1997, giá thành của kim loại này ở lượng nhỏ là khoảng 25 USD/gam.

Rubidi có 24 đồng vị đã biết với rubidi nguồn gốc tự nhiên chỉ là hỗn hợp của 2 đồng vị là Rb85 (72,2%) và Rb87 (27,8%, có tính phóng xạ). Hỗn hợp thông thường của rubidi có tính phóng xạ nhẹ, đủ để làm mờ các cuộn phim trong khoảng thời gian 30-60 ngày.

Rb87 có chu kỳ bán rã là 4,88×1010 năm. Nó dễ dàng thay thế cho kali trong các khoáng vật, và vì thế là tương đối phổ biến. Rb đã từng được sử dụng nhiều trong xác định niên đại đá; Rb87 phân rã thành stronti87 ổn định bằng cách bức xạ một hạt beta âm. Trong kết tinh phân đoạn, stronti có xu hướng tích lũy trong plagiocla, để lại rubidi trong pha lỏng. Vì vậy, tỷ lệ Rb/Sr trong macma còn sót lại có thể tăng lên theo thời gian, tạo ra trong các loại đá với các tỷ lệ Rb/Sr tăng lên, phụ thuộc vào sự phân hóa gia tăng của đá. Các tỷ lệ cao (10 hay hơn thế) có trong pegmatit. Nếu như lượng stronti ban đầu là đã biết hay có thể ngoại suy ra được thì niên đại của đá có thể xác định bằng cách đo hàm lượng Rb và Sr cũng như tỷ lệ của Sr87/Sr86. Niên đại chỉ có thể chỉ ra chính xác tuổi của khoáng vật nếu như đá đó không bị biến đổi sau này. Xem cụ thể tại bài Xác định niên đại bằng Rubidi-Stronti để có thêm chi tiết.

Các hợp chất phổ biến nhất của rubidi là RbCl, RbF và Rb2SO4.

Rubidi phản ứng mạnh với nước và có thể gây cháy. Để đảm bảo an toàn và độ tinh khiết của nó, rubidi cần được bảo quản trong dầu khoáng khô, trong chân không hay trong môi trường của các khí trơ.

Rubidi, tương tự như natri và kali, gần như luôn luôn có trạng thái ôxi hóa +1. Cơ thể người có xu hướng coi các ion Rb+ như là các ion kali, và vì thế tích lũy rubidi trong chất điện giải của cơ thể. Các ion rubidi nói chung là không độc hại và tương đối nhanh chóng bị loại bỏ trong mồ hôi hay nước tiểu. Tuy nhiên, một lượng dư thừa rubidi có thể gây nguy hiểm.