铷原子

5s12，8，18，8，1蒸气压第一：403 kJ·mol−1 第二：2632.1 kJ·mol−1 第三：3859.4 kJ·mol−1 （主条目：铷的同位素铷是一种化学元素，符号为Rb，原子序数为37。铷是种质软、呈银白色的金属，属于碱金属，原子量为85.4678。单质铷的反应性极高，其性质与其他碱金属相似，例如会在空气中快速氧化。自然出现的铷元素由两种同位素组成：85Rb是唯一一种稳定同位素，占72%；87Rb具微放射性，占28%，其半衰期为490亿年，超过宇宙年龄的三倍。德国化学家罗伯特·威廉·本生和古斯塔夫·基尔霍夫于1861年利用当时的新技术火焰光谱法发现了铷元素。铷化合物有一些化学和电子上的应用。铷金属能够轻易气化，而且它有特殊的吸收光谱范围，所以常被用在原子的激光操控技术上。铷并没有已知的生物功用。但生物体对铷离子的处理机制和钾离子相似，因此铷离子会被主动运输到植物和动物细胞中。1861年，罗伯特·威廉·本生和古斯塔夫·基尔霍夫在德国海德堡，利用光谱仪在锂云母中发现了铷元素。由于其发射光谱呈现出多条鲜明的红线，所以他们选择了拉丁文中意为“深红色”的“rubidus”一词为它命名。铷是锂云母中的一种次要成分。基尔霍夫和本生所处理的150公斤锂云母中，只含有0.24%的氧化铷（Rb2O）。钾和铷都会和氯铂酸形成不可溶盐，但在热水中，两种盐的可溶性有小许差异。可溶性稍低的六氯铂酸铷（Rb2PtCl6）可以经分级结晶的方法取得。用氢对六氯铂酸铷进行还原后，基尔霍夫和本生获得了0.51克的氯化铷。两人之后对铷和铯进行的首次大型萃取工序用到了4万4千升矿物水，并一共提取出7.3克氯化铯和9.2克氯化铷。基尔霍夫和本生在发明光谱仪仅仅一年后就发现了铷元素。铷因此成为继铯以后第二个通过光谱学方法发现的元素。两人用提取出的氯化铷来估计铷的原子量，得出的数值为85.36（目前受认可的数值为85.47）。他们试图对熔融氯化铷进行电解以取得单质铷，但他们取得了一种蓝色的均匀物质，且“无论在肉眼还是显微镜下都无法看出丝毫的金属成分”。他们推测这种物质是低价氯化铷（Rb2Cl），不过它其实更可能是铷金属和氯化铷的胶体状混合物。之后，本生进行了第二次尝试，对炭化了的酒石酸铷加热，成功还原了铷金属。尽管蒸馏出的铷会在空气中自燃，但本生仍能够测量出铷的密度和熔点。1860年代所取得的密度值，与今天认可的数值只相差0.1 g/cm3，熔点值的偏差也在1 °C以内。科学家在1908年发现了铷的微放射性，但同位素理论在1910年代才被建立起来，加上放射性铷的半衰期超过1010年，所以当时对这一现象的解释尤为困难。有关铷的衰变方式的争论一直持续到1940年代末。目前已证实，87Rb会经β衰变成为稳定的87Sr。1920年代以前，铷还没有工业用途。此后，铷的最大应用在于化学和电子范畴的研究和开发。1995年，埃里克·康奈尔、卡尔·埃德温·威曼和沃尔夫冈·克特勒用铷-87实现了玻色–爱因斯坦凝聚，并因此获得了2001年的诺贝尔物理学奖。铷是一种质软、可塑性高的银白色金属。在所有非放射性碱金属元素中，铷的电负性排行第二。其熔点为39.3 °C。铷金属会在水中剧烈反应，它会和汞产生汞齐，并且会和金、铁、铯、钠和钾形成合金（但不会和锂形成合金，尽管锂和铷同属碱金属）。这些属性都和其他的碱金属相似。与反应性稍低的钾和反应性稍高的铯一样，铷和水所产生的剧烈反应通常足以燃起所释放出来的氢气。它也可以在空气中自燃。铷的电离能很低，只有406 kJ/mol。铷在焰色测试中会发出紫色，和钾非常相似，所以要用到光谱学技术才能将两者分辨开来。氯化铷（RbCl）是最常用的铷化合物之一。在生物化学中，它可以用来促使细胞吸取DNA。由于生物体内的铷极少，且铷会被活细胞吸收而代替钾，所以它能用作一种生物标记物。氢氧化铷（RbOH）具有腐蚀性，能作为大部分用到铷的化学反应的初始化合物。其他铷化合物还包括用在某些眼镜镜片中的碳酸铷（Rb2CO3），以及硫酸铷铜（Rb2SO4·CuSO4·6H2O）等。碘化铷银（RbAg4I5）是所有已知离子晶体中，室温电导率最高的。在制造薄膜电池时可以利用这一属性。铷的氧化物有若干种，包括氧化铷（Rb2O）、Rb6O和Rb9O2，后两种低氧化物可以在空气中燃烧。铷暴露在空气中即会产生这些氧化物。在氧气过剩的环境下，则会形成超氧化物（RbO2）。铷和卤化物形成盐，例如氟化铷、氯化铷、溴化铷及碘化铷等。虽然铷是一种单一同位素元素（即只有一种稳定同位素），但自然界中的铷元素却由两种同位素组成：稳定的85Rb（占72.2%）以及放射性同位素87Rb（占27.8%）。因此自然界中的铷具有放射性，比活性约为670 Bq/g。这样的辐射水平可以在110天内于照相底片上留下影像。除85Rb和87Rb之外，还有30种非自然生成的同位素。它们具有放射性，半衰期都在3个月以内。铷-87的半衰期为7010488000000000000♠48.8×109年，这是宇宙年龄7010137980000000000♠13.798×109年的三倍有余。它是一种原生核素，在地球形成时便已存在。在矿物中，铷常会代替钾元素的位置，所以其分布广泛。87Rb在释放一个负β粒子之后，会衰变成稳定的87Sr，这可以用于测定岩石的年龄。在地球内部的分级结晶过程中，锶会集中在斜长石中，留下处于液态的铷。因此，在残余岩浆中铷对锶的比例会随时间增加，经活成分异作用形成铷/锶比例较高的岩石。伟晶岩中的铷/锶比例最高（10以上）。如果可以测得或推算出最初的锶含量，那么通过测量目前铷和锶的含量以及87Sr/86Sr比例，就可以算出该岩石样本的年龄。这一年龄只有在岩石不曾受变动的情况下才等于真实的年龄值。铷-82是其中一种人造同位素，可经锶-82的电子捕获衰变过程产生，反应的半衰期为25.36年。铷-82会再经正电子发射衰变为稳定的氪-82，半衰期为76秒。铷在地球地壳中的丰度在所有元素中排第23位，与锌相近，比铜更常见。它自然出现在白榴石、铯榴石、光卤石和铁锂云母等矿物之中，氧化铷大约占这些矿物的1%。锂云母中的铷含量在0.3%和3.5%之间，是铷的主要商业来源。某些含钾矿物和氯化钾都会含有不少的铷元素，有商业开采价值。铷在海水中的浓度平均为125 µg/L。相比之下，钾的浓度则高得多（408 mg/L），铯则低得多（0.3 µg/L）。由于离子半径较大，所以铷属于所谓的“不相容成分”。在熔岩结晶过程中，铷和更重的同族元素铯聚集在一起，处于液态，是最后一个结晶的成分。因此，含有铷和铯的最大矿藏，都是经由这种浓缩过程所形成的伟晶岩矿带。由于铷会在结晶时代替钾的位置，所以其浓缩的程度远低于铯。从含有铯榴石的伟晶岩中可开采出铯，从锂云母中可开采出锂，过程中也会产生铷作副产品。铷的主要矿藏包括：位于加拿大曼尼托巴省伯尼克湖的铯榴石矿藏，以及意大利厄尔巴岛上的铷长石（(Rb,K)AlSi3O8）矿藏，其铷含量高达17.5%。以上两处同时也是铯的来源。虽然铷在地壳中比铯更常见，但其应用不广，加上缺乏一种富含铷的矿物，所以各种铷化合物的年产量只有2至4吨。分离钾、铷和铯的方法有若干种。对铷矾和铯矾重复进行分级结晶，30次以后便可获得纯铷矾。另外两种方法分别利用氯锡酸盐和亚铁氢化物。1950至1960年代，钾生产过程中一种称为“Alkarb”的副产品曾经是铷元素的主要来源。Alkarb含21%的铷，其余大部分是钾，另有少量铯。如今，铷是铯开采过程中的一种副产品，加拿大曼尼托巴省的铯榴石矿就是其中一例。铷化合物有时会被添加在烟花当中，使它发出紫光。铷可以用在磁流体发动机和热传导发电机中：高温下形成的铷离子经过磁场，作用就像发电机中的电枢，因而产生电流。用它制成的激光二极管价廉，且激光波长范围适宜，维持高蒸气压所需的温度也在中等范围内，所以铷（特别是87Rb）是激光冷却和玻色–爱因斯坦凝聚应用上最常用的一种原子。科学家曾用铷对3He进行极化，这样产生的3He气体拥有单一方向，而不是随机方向的核自旋。激光对铷气体进行光抽运，极化了的铷就会通过超精细交互作用使3He极化。这样自旋极化了的3He气体可以用在中子极化测量中，或用于制造极化中子作其他用途。原子钟的共振元件可以利用铷的能级的超精细结构，因此铷已被应用在高精度计时上。全球定位系统（GPS）常利用铷频率标准来生成一个比铯频率标准更精准、成本更低的“主频率标准”。这种铷频率标准在电信工业中有大规模的生产。铷的其他潜在应用包括：蒸汽涡轮中的工作流体、真空管中的吸气剂以及光度感应器元件等。铷是一些特殊玻璃的成分，也可用于制造超氧化物。它能够在细胞中代替钾的位置，所以能被用来研究离子通道。铷气体还被用于原子磁强计中。科学家正在用87Rb，连同其他碱金属，来开发无自旋交换弛豫（SERF）原子磁强计。铷-82可用于正电子发射电脑断层扫描。铷和钾相似，所以含有大量钾的生物组织也会积聚具放射性的铷元素。这一原理主要应用在心肌灌注成像。铷-82的半衰期只有76秒，所以必须从靠近病人的锶-82衰变而得。由于脑肿瘤的血脑屏障有所变异，所以肿瘤会比正常脑组织更容易积累铷。核医学可以利用这一原理对肿瘤进行定位和照相。科学家曾做过实验，以研究铷对患有躁郁症和抑郁症的病人有何影响。透析治疗期间患上抑郁症的病人体内缺少铷，所以补充铷元素可能可以舒缓抑郁症。在某些试验中，病人须连续60天摄入720 mg的氯化铷。铷金属会和水发生剧烈的反应，甚至会着火；即使放在煤油中，也会缓慢反应，并被溶解的少量氧给氧化。因此，铷一般保存在真空安瓿或充有稀有气体（如氩气）的安瓿中。只要接触到少许的空气，包括渗入油中的氧气，铷就会变成过氧化铷。因此它的安全措施和钾金属相似。与钠和钾一样，铷溶在水中的时候几乎永远呈+1氧化态，在所有生物体内的铷也一样。Rb+离子在人的体内似乎和钾离子无异，所以主要积聚在细胞内液中。铷离子并没有明显的毒性：一个70公斤重的人体内平均含有0.36克的铷，而在这一数值提升50甚至100倍之后，也没有对试验对象造成任何明显的负面影响。铷在人体内的生物半衰期为31至46天。在老鼠身上进行的实验指出，如果体内一小部分钾替换成铷，身体是能够承受的，但一旦肌肉组织内一半的钾都换成铷，老鼠便会死亡。锂 Li 原子序数: 3 原子量: 6.941 熔点: 453.69 沸点: 1615 电负性: 0.98钠 Na 原子序数: 11 原子量: 22.990 熔点: 370.87 沸点: 1156 电负性: 0.96钾 K 原子序数: 19 原子量: 39.098 熔点: 336.58 沸点: 1032 电负性: 0.82铷 Rb 原子序数: 37 原子量: 85.468 熔点: 312.46 沸点: 961 电负性: 0.82铯 Cs 原子序数: 55 原子量: 132.905 熔点: 301.59 沸点: 944 电负性: 0.79钫 Fr 原子序数: 87 原子量: (223) 熔点: ?295 沸点: ?950 电负性: 0.7