米拉Senthilingam

本周,我们发现了一种无线电活动元件,它擅长计时,但也有一些火在它的肚子里。更多关于化学的这是汤姆·邦德。

汤姆债券

在某种程度上,铷的故事始于1859年,当时德国化学家罗伯特·本生(Robert Bunsen)和古斯塔夫·基尔霍夫(Gustav Kirchoff)发明了分光镜,开启了化学分析的新时代。在此之前,人们发明本生灯是为了研究燃烧各种金属和盐时所看到的彩色火焰。本生和基尔霍夫发现,通过使用外部光源和棱镜,他们可以分离这些火焰中发射光谱的波长,于是分光镜诞生了。

元素周期表- 37 -铷

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这是他们使用分光镜的第一个重大发现,紧接着在1861年发现了铷,当他们燃烧含有少量铷的矿物锂云母时产生的红色火焰探测到了铷。本生和基尔霍夫意识到这种颜色来自一种未知物质,于是能够提纯少量的铷。它的名字来源于拉丁语rubidus,意思是最深的红色,这与激发外层单个电子后看到的颜色有关。

铷实际上是我们的普通元素之一,取决于你看哪个信息源,它大约是16th它是地壳中含量最丰富的元素,其浓度约为百万分之90。虽然与其他元素相比,它是比较丰富的在美国,它不是以纯净的状态存在的,而是在各种矿物中作为微量成分存在的。大多数铷是作为锂云母萃取的副产物衍生出来的,其主要目的是生产锂云母.纯铷通常是用金属还原氯化铷得到的在750°C左右和低压。

铷是碱金属的一种,正如元素周期表中的第一族所称。碱金属在它们的外层有一个电子,这使得它们与氧气,水和卤素,也意味着它们的氧化态永远不会超过+1。当你从元素周期表的第一组往下移动,元素的反应性就会增加,这与外层电子能量的增加是一致的。

而锂和作为学校化学实验的一部分,添加到水中的铷的额外反应性意味着等效反应需要谨慎,不适合胆小的人。当少量的铷被扔进水中时,效果是相当令人印象深刻的,事实上是如此强烈,以至于被释放出来可以点燃。铷的反应性很强,在空气中会自燃,这意味着它必须在惰性条件下储存。

就其物理性质而言,第一组元素是具有低熔点的软金属。铷也不例外,它呈银白色,在39°C熔化。这种元素有两种天然的同位素。铷-85是主要形式,占总量的72%,而剩余的大部分是放射性铷-87,其半衰期为500亿年。放射性同位素衰变形成锶-87。通过质谱法测量铷和锶的同位素,然后计算放射性形式与其衰变产物的比例,这一过程为岩石的老化提供了一种方法。

古斯塔夫·基尔霍夫(左)、罗伯特·本生(中)和亨利·恩菲尔德·罗斯科(右)

来源:公共领域

古斯塔夫·基尔霍夫(左)、罗伯特·本生(中)和亨利·恩菲尔德·罗斯科(右)

虽然它在化学上很有趣,但目前这种元素的商业应用相对较少,但研究活动的数量表明存在许多可能性。目前的一种应用是在原子钟上,尽管铷被认为不如铯精确。铷版本的原子钟利用铷-87同位素的两个超精细能态之间的跃迁。这些时钟使用微波辐射进行调谐,直到它与超精细转变相匹配,此时辐射波峰之间的间隔可以用来校准时间本身。

铷被用来研究极低温流体的不寻常特性,这种流体被称为玻色-爱因斯坦凝聚体,具有零粘度,并且能够自发地从容器中流出。1925年,爱因斯坦本人预言了玻色子的存在,他扩展了印度物理学家S. N.玻色的研究成果,提出玻色子原子在接近绝对零度的温度下将形成其可能的最低能态,这可能使量子行为得以研究。顺便说一下,玻色子被定义为自旋为整数的原子,而多个玻色子可以占据相同的能量状态。直到20年代末th世纪以来,技术的进步使得冷却元件接近绝对零度成为可能。美国科罗拉多大学的一个研究小组用铷-87创造出了第一个纯玻色-爱因斯坦凝聚态,并因此获得了2001年诺贝尔物理学奖。

铷对人体并不是特别有害,一旦进入人体,其离子就会随汗液和尿液迅速排出体外。用氯化铷研究了人体内的离子,因为铷离子不是天然存在于体内的,当它们存在时,它们被当作钾来对待。类似地,由于放射性同位素Rb-82倾向于在细胞内聚集,尤其是在肿瘤内,因此可以用来定位脑肿瘤。

铷信息图表

来源:©2019 Andy Brunning/英国皇家化学万博代理学会

铷的低毒性在1971年的一项研究中得到了证实,该研究旨在评估将氯化铷用作抗抑郁药的可行性,因为在猴子身上也观察到了类似的效果。一名志愿者在75天内服用了23克铷后,没有出现有害的副作用。但这确实会让你怀疑现在是否可以进行同等的临床研究。与此同时,铷在精神病学中的临床应用尚未取得成果。所以我们有铷,元素周期表中的第37号红色爆炸元素。

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因此,这种爆炸性元素的商业应用可能微乎其微,但可以用于原子钟,其同位素可以定位脑肿瘤。考虑到它是在分析锂云母矿时偶然发现的,这还不错。这就是汤姆·邦德讲的铷的故事。下周我们将会看到使我们现代生活方式成为可能的元素。

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约翰·惠特菲尔德将解释为什么我们下次玩最新的电脑游戏、度假时拍摄数百张照片或在笔记本电脑上下载播客时,我们要感谢钽。所以下周请加入约翰的节目元素中的化学.在那之前,我是Meera Senthilingam,感谢大家的收听。