Histoire du rubidium
Le rubidium, découvert en 1861 par Robert Bunsen et Gustav Kirchhoff, tire son nom du latin “rubidus”, signifiant “rouge foncé”, en référence à ses raies spectrales.
Après sa découverte, le rubidium a suscité un intérêt croissant pour ses propriétés chimiques et physiques, notamment en ce qui concerne sa réactivité avec les alkali metals.
Découverte et étymologie
La découverte du rubidium est attribuée à Robert Bunsen et Gustav Kirchhoff, deux chimistes allemands qui, en 1861, ont isolé cet élément à partir de la lépidolite, un minerai de lithium.
Ils ont utilisé une méthode de spectroscopie pour détecter la présence de l’élément, caractérisé par ses raies spectrales rouge foncé.
Le nom “rubidium” provient du latin “rubidus”, signifiant “rouge foncé”, en référence à ces raies spectrales caractéristiques.
Cette découverte a ouvert la voie à l’étude des propriétés chimiques et physiques du rubidium, qui s’est avérée être un élément alcalin, membre de la famille du lithium, avec un numéro atomique de 37 et un symbole chimique Rb.
Étapes clés de l’histoire du rubidium
L’histoire du rubidium est marquée par plusieurs étapes clés, notamment la découverte de ses propriétés chimiques et physiques.
Dans les années 1870, les chercheurs ont étudié la réactivité du rubidium avec les halogènes et les gaz nobles, révélant sa forte réactivité.
Plus tard, les scientifiques ont exploré les applications du rubidium en spectroscopie, mettant en évidence ses propriétés spécifiques.
Au XXe siècle, la production et l’extraction du rubidium ont connu un développement significatif, permettant son utilisation dans divers domaines.
Ces étapes clés ont contribué à une compréhension approfondie du rubidium et à son intégration dans diverses applications industrielles et scientifiques.
Propriétés du rubidium
Le rubidium est un métal alcalin tendre, argenté-blanc, avec une masse atomique de 85,4678 unités de masse atomique (u.m.a.) et un point de fusion de 312,46 K.
Le rubidium est hautement réactif, formant des composés chimiques avec les halogènes et les gaz nobles, et faisant partie de la famille des alkali metals.
La configuration électronique du rubidium est [Kr] 5s¹, caractérisée par une seule électrone dans la couche de valence.
Caractéristiques physiques
Le rubidium est un métal alcalin tendre, argenté-blanc, présentant une densité de 1,532 g/cm³ et une dureté de 0,3 sur l’échelle de Mohs.
Il possède une conductivité thermique élevée, ainsi qu’une bonne ductilité et une résistance à la traction modérée;
Ses propriétés physiques sont influencées par sa position dans le groupe des alkali metals, partageant des caractéristiques communes avec les autres éléments de cette famille, tels que le lithium et le césium.
Ces propriétés physiques font du rubidium un élément intéressant pour diverses applications, notamment en spectroscopie et en physique quantique.
Propriétés chimiques
Le rubidium est un élément très réactif, caractérisé par une forte électropositivité due à sa faible énergie d’ionisation.
Cette propriété lui permet de faciliter les réactions chimiques, notamment avec les halogènes, formant des composés stables tels que le chlorure de rubidium (RbCl) et le bromure de rubidium (RbBr).
Le rubidium réagit également avec les gaz nobles, formant des composés exotiques tels que le fluorure de rubidium (RbF) et le xénonate de rubidium (RbXe).
Ces propriétés chimiques font du rubidium un élément utile pour la synthèse de composés chimiques complexes et pour l’étude de la réactivité chimique;
Structure électronique
Le rubidium, élément de la famille des alkali metals, possède une configuration électronique caractéristique ⁚ [Kr] 5s¹.
Cette configuration électronique est responsable de sa forte réactivité chimique, car le dernier électron de valence est facilement ionisé, formant un cation R!.
La présence d’un seul électron de valence dans l’orbitale 5s explique également pourquoi le rubidium est moins réactif que le lithium, mais plus réactif que le césium, autre élément de la même famille.
La structure électronique du rubidium influence ainsi grandement ses propriétés chimiques et physiques, faisant de cet élément un outil précieux pour l’étude de la chimie des éléments alcalins.
Structure cristalline et atomique
Le rubidium cristallise dans un système cubique centré, avec une constante de réseau de 0,570 nm, ce qui lui confère des propriétés métalliques.
Le rubidium possède deux isotopes stables, ⁸⁵Rb et ⁸⁷Rb, avec des masses atomiques respectives de 84,9118 et 86,90919 u (unités de masse atomique).
Structure cristalline
La structure cristalline du rubidium est caractérisée par un arrangement cubique centré, où chaque atome de rubidium est entouré de huit voisins équidistants. Cette structure est commune aux éléments alcalins, tels que le lithium et le césium. La constante de réseau du rubidium est de 0,570 nm, ce qui signifie que la distance entre deux plans cristallins successifs est de 0,570 nanomètre. Cette structure cristalline confère au rubidium des propriétés métalliques, telles que la conductivité électrique et thermique, ainsi qu’une grande ductilité et malléabilité.
Masses atomiques et isotopes
Le rubidium possède deux isotopes naturels, ⁸⁵Rb et ⁸⁷Rb, avec des masses atomiques respectives de 84٫9118 u et 86٫9092 u. L’isotope ⁸⁵Rb est majoritaire٫ représentant environ 72٫17% de l’élément naturel٫ tandis que l’isotope ⁸⁷Rb représente environ 27٫83%. Les masses atomiques sont exprimées en unités de masse atomique (u)٫ où 1 u est égal à 1/12 de la masse d’un atome de carbone 12. La masse atomique moyenne du rubidium est de 85٫4678 u. Ces isotopes ont des propriétés chimiques identiques٫ mais diffèrent légèrement dans leur comportement physique.
Réactivité chimique
Le rubidium réagit violemment avec les halogènes, formant des composés stables tels que le chlorure de rubidium et le bromure de rubidium.
Réactions avec les halogènes
Les réactions du rubidium avec les halogènes sont caractérisées par une grande réactivité, due à la forte tendance du rubidium à perdre un électron pour former un cation Rb+. Les réactions sont souvent violentes et peuvent même être explosives, comme dans le cas de la réaction avec le fluor.
Ces réactions aboutissent à la formation de composés stables tels que le chlorure de rubidium (RbCl), le bromure de rubidium (RbBr) et l’iodure de rubidium (RbI). Ces composés sont solubles dans l’eau et ont des propriétés chimiques variées, dépendant du halogène impliqué.
Réactions avec les gaz nobles
Contrairement aux autres éléments alcalins, le rubidium ne réagit pas avec les gaz nobles à température ambiante. Cependant, sous haute pression et à haute température, il est possible de former des composés avec les gaz nobles lourds, tels que le xénon et le radon.
Ces réactions nécessitent des conditions extrêmes, telles que des pressions supérieures à 100 GPa et des températures supérieures à 1000°C. Les composés formés sont très instables et se décomposent rapidement٫ libérant les gaz nobles et le rubidium.
Production et extraction
Le rubidium est extrait principalement à partir de la lépidolite, un minéral de lithium, par électrolyse ou par réduction chimique à haute température.
Méthodes d’extraction
Les méthodes d’extraction du rubidium varient en fonction de la qualité et de la quantité du minerai disponible. La méthode la plus couramment utilisée est l’électrolyse de la lépidolite, un minéral de lithium riche en rubidium. Cette méthode implique la fusion du minerai à haute température, suivie d’une électrolyse pour séparer le rubidium des autres éléments présents. Une autre méthode consiste à réduire chimiquement le rubidium à partir de ses composés, tels que le chlorure de rubidium, à l’aide d’agents réducteurs tels que le calcium ou le sodium. Ces méthodes permettent d’obtenir du rubidium de haute pureté, essentiel pour de nombreuses applications industrielles et scientifiques.
Utilisations du rubidium
Le rubidium est utilisé dans les applications de spectroscopie pour son spectre d’émission caractéristique, permettant la mesure de fréquences précises.
Le rubidium est également utilisé dans les générateurs de fréquence, les lasers, les systèmes de navigation et les réacteurs nucléaires, en raison de ses propriétés chimiques uniques.
Applications en spectroscopie
Les applications en spectroscopie sont l’un des domaines les plus importants où le rubidium est utilisé. En effet, cet élément chimique possède une configuration électronique unique qui lui confère des propriétés spectroscopiques exceptionnelles.
Les atomes de rubidium peuvent être excités pour émettre des photons à des fréquences très précises, ce qui en fait un élément idéal pour les applications de spectroscopie de précision.
Ces applications incluent la mesure de fréquences précises, la stabilisation de fréquences et la génération de signaux de référence pour les systèmes de navigation et de communication.
De plus, le rubidium est utilisé dans les horloges atomiques, qui sont des instruments de mesure du temps extrêmement précis, fondés sur les transitions électroniques entre les niveaux d’énergie de l’atome de rubidium.
Autres utilisations
En dehors des applications en spectroscopie, le rubidium trouve d’autres utilisations variées.
Cet élément chimique est employé dans la production de verres spéciaux, tels que les verres de téléviseurs et les verres de lunettes, en raison de sa capacité à absorber les rayons X.
Le rubidium est également utilisé dans la fabrication de catalyseurs pour les réactions chimiques, notamment dans l’industrie pétrochimique.
En outre, cet élément est utilisé dans la production de certains types de batteries, comme les batteries au lithium, en raison de sa grande réactivité chimique.
Enfin, le rubidium est utilisé dans la recherche scientifique, notamment dans l’étude des propriétés des alkali metals et des period 5 elements.