Rubidium – Steckbrief
- Symbol
- Rb
- Ordnungszahl
- 37
- Atommasse
- 85,468 u
- Periode
- 5
- Gruppe
- 1
- Kategorie
- Alkalimetall
- Elektronenkonfiguration
- [Kr] 5s¹
- Elektronegativität
- 0,82
- Atomradius
- 265 pm
- Valenzelektronen
- 1
- Aggregatzustand (Standardbedingungen)
- fest
- Schmelzpunkt
- 39,31 °C
- Siedepunkt
- 688 °C
- Dichte
- 1,53 g/cm³
- Entdeckt
- 1861
Rubidium ist ein weiches, silbrig weißes Alkalimetall mit der Ordnungszahl 37. Es reagiert heftig mit Wasser und entzündet sich an der Luft von selbst. Seinen Namen trägt es nach zwei dunkelroten Linien im Spektrum, mit denen es Robert Bunsen und Gustav Kirchhoff 1861 aufspürten. Rubidium selbst kennt kaum jemand, doch seine Atome takten Atomuhren, und ein natürliches Isotop dient als Uhr für das Alter von Gesteinen.
Stellung im Periodensystem
Vorkommen und Gewinnung
Rubidium kommt in der Natur nie als Metall vor. In der Erdkruste ist es kein besonders seltenes Element, aber extrem fein verteilt, und es bildet fast keine eigenen Mineralien. Meist begleitet es das chemisch ähnliche Kalium und steckt in Spuren in Glimmern, Feldspäten und Salzlagerstätten. Etwas mehr davon findet sich in Lepidolith, einem lithiumhaltigen Glimmer, und in Pollucit, einem Caesiummineral.
Gewonnen wird Rubidium deshalb als Nebenprodukt, wenn man Lithium und Caesium aus diesen Mineralien herauslöst. Es wird nur in kleinen Mengen gebraucht und ist teuer. Das Metall stellt man meist durch Reduktion von Rubidiumchlorid mit Calcium im Vakuum her.
Die Entdeckung ist ein Lehrstück der Spektroskopie. Bunsen und Kirchhoff in Heidelberg hatten gerade gelernt, Elemente an ihrem Flammenspektrum zu erkennen. Ein Jahr zuvor hatten sie auf diese Weise das Caesium gefunden. 1861 fiel ihnen im Spektrum von Lepidolith ein weiteres Linienpaar im roten Bereich auf. Sie nannten das neue Element nach dem lateinischen rubidus, dunkelrot. Die Methode war so empfindlich, dass sie schon winzige Spuren eines unbekannten Elements verriet, lange bevor man es als Metall in der Hand hielt.
Eigenschaften und Reaktionen
Rubidium steht in Periode 5 und Gruppe 1, bei den Alkalimetallen unter Kalium. Seine Elektronenkonfiguration ist [Kr] 5s¹, mit 1 Valenzelektron. Es gibt dieses Elektron sehr leicht ab, die Elektronegativität ist mit 0,82 entsprechend klein, und der Atomradius von 265 pm ist groß. Das Metall hat eine Dichte von 1,53 g/cm³, ist also schwerer als Wasser, und so weich, dass man es mit dem Messer schneiden könnte. Es schmilzt bei 39,31 °C, nur wenig über Körpertemperatur, und siedet bei 688 °C.
Rubidium gehört zu den reaktivsten Metallen, die in Laboren überhaupt gehandhabt werden. An der Luft läuft es sofort an und kann sich von selbst entzünden. Mit Wasser reagiert es noch heftiger als Kalium: Es bildet Rubidiumhydroxid und Wasserstoff, der sich meist entzündet, und es kommt zu einer Explosion. Gelagert wird das Metall deshalb unter Schutzgas oder Öl. In der Flamme färbt es rotviolett, ähnlich wie Kalium.
In Verbindungen tritt Rubidium praktisch immer als einfach positives Ion auf. Seine Salze, etwa das Chlorid, sind gut wasserlöslich und farblos. Das Ion ähnelt dem Kaliumion so sehr, dass der Körper es teilweise damit verwechselt. Eine bekannte Aufgabe im Organismus hat Rubidium aber nicht.
Verwendung in Alltag und Technik
Für Alltagsprodukte spielt Rubidium kaum eine Rolle. Der größte Einsatz liegt in Forschung und Messtechnik.
Das bekannteste Beispiel sind Atomuhren. Rubidium-Atome absorbieren Mikrowellen einer genau festgelegten Frequenz, und diese Frequenz dient als Taktgeber. Solche Uhren sind kleiner und günstiger als die Caesiumuhren, die die Sekunde definieren, und gehen trotzdem sehr genau. Man findet sie in Mobilfunknetzen, wo Basisstationen synchronisiert werden müssen, sowie in Navigationssatelliten.
Auch die Quantenphysik braucht Rubidium. Seine Atome lassen sich mit Laserlicht sehr gut abbremsen und einfangen. Mit Rubidium-87 erreichten Forscher in den USA 1995 erstmals ein Bose-Einstein-Kondensat, einen Zustand, in dem viele Atome knapp über dem absoluten Nullpunkt wie eine einzige Materiewelle auftreten. Für diese Forschung gab es 2001 den Nobelpreis für Physik.
Eine besondere Rolle hat das Isotop Rubidium-87. Es ist schwach radioaktiv und wandelt sich mit einer Halbwertszeit von rund fünfzig Milliarden Jahren in Strontium-87 um. Bestimmt man in einem Gestein das Verhältnis der beiden Isotope, lässt sich das Alter des Gesteins berechnen. Die Rubidium-Strontium-Methode hilft, Gesteine und Meteoriten zu datieren, die viele Milliarden Jahre alt sind.
Weitere Anwendungen sind Spezialgläser und Fotozellen. In der Medizin nutzt man das kurzlebige Isotop Rubidium-82 für Herzuntersuchungen mit der PET. Metallisches Rubidium gehört nicht in Schulhände, denn Alkalimetalle dieser Reaktivität sind nur etwas für Fachlabore.
Kurz gefragt
Welches Element besitzt den groesseren Atomradius?
Häufige Fragen
Wie reagiert Rubidium mit Wasser?
Sehr heftig. Rubidium zersetzt Wasser stürmischer als Natrium und Kalium. Dabei bilden sich Rubidiumhydroxid und Wasserstoff, der sich durch die Reaktionswärme entzündet. Das Metall kann dabei explodieren und Wasser herumschleudern. Deshalb wird Rubidium unter Schutzgas oder Öl aufbewahrt und nur in Fachlaboren verwendet.
Wofür braucht man Rubidium?
Vor allem für Atomuhren, die Mobilfunknetze und Navigationssatelliten takten, und für die Forschung mit kalten Atomen. Ein natürliches Isotop, Rubidium-87, ermöglicht außerdem die Altersbestimmung von Gesteinen. Im Alltag begegnet einem das Element nicht.
Warum heißt Rubidium so?
Im Flammenspektrum zeigt Rubidium zwei dunkelrote Linien. Bunsen und Kirchhoff benannten das Element deshalb nach dem lateinischen rubidus, was dunkelrot bedeutet. Es war das zweite Element, das sie mit der neuen Methode der Spektralanalyse fanden.