El rubidio fue descubierto en 1861 por los químicos alemanes Robert Bunsen (1811-1899) y Gustav Kirchhoff (1824-1887) en la Universidad de Heidelberg. Este descubrimiento marcó un hito en la historia de la química, ya que fue la primera identificación de un nuevo elemento químico realizada exclusivamente por espectroscopia, una técnica revolucionaria que Bunsen y Kirchhoff acababan de desarrollar.
Al analizar el espectro de emisión de una muestra de agua mineral de Dürkheim, un balneario alemán, Bunsen y Kirchhoff observaron dos líneas espectrales rojas oscuras intensas y características que nunca antes habían sido registradas. Estas líneas, ubicadas en 780,0 nm y 794,8 nm, no correspondían a ningún elemento conocido y atestiguaban la presencia de un nuevo elemento en la muestra.
Los dos químicos eligieron el nombre rubidio del latín rubidus, que significa rojo oscuro o rojo profundo, en referencia a las líneas espectrales rojas intensas que revelaron su existencia. Tras identificar el elemento por espectroscopia, Bunsen logró aislar una pequeña cantidad de rubidio metálico en 1863 mediante electrólisis del cloruro de rubidio fundido.
El descubrimiento del rubidio, seguido poco después por el del cesio por los mismos investigadores, demostró el poder del análisis espectroscópico como herramienta para descubrir elementos químicos. Esta técnica permitió identificar elementos presentes en cantidades mínimas, abriendo una nueva era en la exploración de la composición química de la materia. Bunsen y Kirchhoff sentaron así las bases de la espectroscopia moderna, una técnica que revolucionaría no solo la química, sino también la astronomía.
El rubidio (símbolo Rb, número atómico 37) es un metal alcalino del grupo 1 de la tabla periódica. Su átomo tiene 37 protones, generalmente 48 neutrones (para el isótopo más abundante \(\,^{85}\mathrm{Rb}\)) y 37 electrones con la configuración electrónica [Kr] 5s¹.
El rubidio es un metal blando, blanco plateado y altamente reactivo. Es lo suficientemente blando como para ser cortado con un cuchillo, dejando una superficie brillante que se opaca rápidamente en el aire al formar una capa de óxido. Su densidad es de 1,53 g/cm³, lo que lo hace más ligero que el agua, y es el segundo elemento menos denso de todos los metales después del litio entre los alcalinos.
El rubidio tiene un punto de fusión muy bajo de 39,3 °C (312,5 K), lo que significa que puede fundirse en la mano por simple contacto (aunque esto es extremadamente peligroso debido a su reactividad). Es uno de los cuatro únicos metales líquidos o casi líquidos a temperatura ambiente o ligeramente superior, junto con el mercurio, el galio y el cesio.
El rubidio hierve a 688 °C (961 K), produciendo un vapor azul-violeta característico. El rubidio metálico debe almacenarse bajo atmósfera inerte (argón) o en aceite mineral para protegerlo de la oxidación y la humedad atmosférica.
Punto de fusión del rubidio: 312,5 K (39,3 °C).
Punto de ebullición del rubidio: 961 K (688 °C).
El rubidio posee la energía de ionización más baja de todos los elementos no radiactivos (403 kJ/mol).
| Isótopo / Notación | Protones (Z) | Neutrones (N) | Masa atómica (u) | Abundancia natural | Vida media / Estabilidad | Desintegración / Observaciones |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Rubidio-85 — \(\,^{85}\mathrm{Rb}\,\) | 37 | 48 | 84,911789 u | ≈ 72,17 % | Estable | Isótopo estable mayoritario del rubidio natural. Utilizado en relojes atómicos comerciales. |
| Rubidio-87 — \(\,^{87}\mathrm{Rb}\,\) | 37 | 50 | 86,909180 u | ≈ 27,83 % | ≈ 4,88 × 10¹⁰ años | Radiactivo (β⁻). Vida media extremadamente larga. Se desintegra en estroncio-87, utilizado en datación geocronológica. |
| Rubidio-82 — \(\,^{82}\mathrm{Rb}\,\) | 37 | 45 | 81,918209 u | Sintético | ≈ 1,27 minutos | Radiactivo (β⁺). Emisor de positrones utilizado en imágenes TEP cardíacas para evaluar la perfusión miocárdica. |
| Rubidio-83 — \(\,^{83}\mathrm{Rb}\,\) | 37 | 46 | 82,915110 u | Sintético | ≈ 86,2 días | Radiactivo (captura electrónica). Utilizado en investigación médica y física nuclear. |
| Rubidio-84 — \(\,^{84}\mathrm{Rb}\,\) | 37 | 47 | 83,914385 u | Sintético | ≈ 32,8 días | Radiactivo (β⁺, β⁻, captura electrónica). Producido en reactores nucleares, utilizado como trazador. |
| Rubidio-86 — \(\,^{86}\mathrm{Rb}\,\) | 37 | 49 | 85,911167 u | Sintético | ≈ 18,6 días | Radiactivo (β⁻). Emisor beta utilizado en medicina nuclear y como trazador en biología. |
N.B.:
Capas electrónicas: Cómo están organizados los electrones alrededor del núcleo.
El rubidio tiene 37 electrones distribuidos en cinco capas electrónicas. Su configuración electrónica completa es : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 5s¹, o de manera simplificada: [Kr] 5s¹. Esta configuración también puede escribirse como: K(2) L(8) M(18) N(8) O(1).
Capa K (n=1): contiene 2 electrones en la subcapa 1s. Esta capa interna está completa y es muy estable.
Capa L (n=2): contiene 8 electrones distribuidos como 2s² 2p⁶. Esta capa también está completa, formando una configuración de gas noble (neón).
Capa M (n=3): contiene 18 electrones distribuidos como 3s² 3p⁶ 3d¹⁰. Esta capa completa contribuye al blindaje electrónico que protege al electrón de valencia.
Capa N (n=4): contiene 8 electrones distribuidos como 4s² 4p⁶, formando la configuración del gas noble criptón.
Capa O (n=5): contiene 1 solo electrón en la subcapa 5s. Este electrón único es el electrón de valencia del rubidio.
El único electrón en la capa externa (5s¹) es el electrón de valencia del rubidio. Este electrón está muy débilmente unido al núcleo debido a la gran distancia que lo separa del núcleo y al importante efecto de blindaje de las capas electrónicas internas completas. Esta baja energía de ionización (403 kJ/mol, la más baja entre los elementos estables) confiere al rubidio una reactividad química excepcional.
El estado de oxidación del rubidio es exclusivamente +1 en todos sus compuestos químicos. El rubidio pierde fácilmente su electrón de valencia para formar el ion Rb⁺ con la configuración electrónica estable del criptón [Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p⁶. Esta configuración de octeto completo hace que el ion rubidio sea particularmente estable.
El radio iónico de Rb⁺ (152 pm) es significativamente mayor que el del potasio K⁺ (138 pm) y menor que el del cesio Cs⁺ (167 pm), reflejando su posición intermedia en el grupo 1. Este tamaño intermedio influye en sus propiedades químicas y su capacidad para sustituir a otros iones alcalinos en estructuras cristalinas y sistemas biológicos.
La electronegatividad muy baja del rubidio (0,82 en la escala de Pauling) indica que sus enlaces químicos son casi enteramente iónicos. El rubidio forma compuestos iónicos con prácticamente todos los no metales, notablemente halógenos, oxígeno y azufre. El carácter metálico extremadamente pronunciado del rubidio lo convierte en uno de los elementos más electropositivos de la tabla periódica.
El rubidio es uno de los metales más reactivos de la tabla periódica, superado solo por el cesio y el francio (radiactivo). Reacciona violentamente y espontáneamente con el agua a temperatura ambiente, produciendo hidróxido de rubidio y gas hidrógeno: 2Rb + 2H₂O → 2RbOH + H₂. Esta reacción es tan exotérmica que el hidrógeno producido se enciende inmediatamente, produciendo una llama roja-violeta característica debido al rubidio vaporizado.
El rubidio se oxida instantáneamente en el aire, formando primero una capa de óxido de rubidio (Rb₂O), luego rápidamente peróxido de rubidio (Rb₂O₂) y superóxido de rubidio (RbO₂) en presencia de oxígeno. La reacción es tan rápida que una superficie recién cortada de rubidio pierde su brillo metálico en unos segundos: 4Rb + O₂ → 2Rb₂O o Rb + O₂ → RbO₂ (en exceso de oxígeno).
Con los halógenos, el rubidio reacciona con violencia explosiva. La reacción con el cloro es particularmente espectacular: 2Rb + Cl₂ → 2RbCl, produciendo una llama intensa y humo blanco de cloruro de rubidio. Los halogenuros de rubidio (RbF, RbCl, RbBr, RbI) son sólidos iónicos blancos muy estables y altamente solubles en agua.
El rubidio reacciona vigorosamente con los ácidos, incluso diluidos, para formar sales de rubidio y liberar hidrógeno: 2Rb + 2HCl → 2RbCl + H₂. Esta reacción es extremadamente peligrosa debido al calor liberado y la probable ignición del hidrógeno.
Al igual que otros metales alcalinos, el rubidio se disuelve en amoníaco líquido para formar soluciones azules conductoras que contienen electrones solvatados. Estas soluciones se utilizan como poderosos agentes reductores en síntesis química. El rubidio también forma amalgamas con el mercurio y aleaciones con otros metales alcalinos.
El rubidio reacciona directamente con el hidrógeno a alta temperatura para formar hidruro de rubidio (RbH), un compuesto iónico blanco muy reactivo. Con el azufre, forma sulfuro de rubidio (Rb₂S), y con el nitrógeno a muy alta temperatura, puede formar nitruro de rubidio (Rb₃N), aunque esta reacción es difícil de lograr.
El rubidio desempeña un papel crucial en los estándares de tiempo modernos gracias a los relojes atómicos de rubidio. Estos dispositivos explotan la transición hiperfina del átomo de rubidio-87 a una frecuencia de 6,834 682 610 904 29 GHz, que sirve como referencia extremadamente estable para medir el tiempo.
Los relojes atómicos de rubidio son más compactos, menos costosos y más robustos que los relojes de cesio, aunque ligeramente menos precisos. Ofrecen una estabilidad de frecuencia del orden de 10⁻¹² a 10⁻¹³, lo que corresponde a una deriva de menos de un segundo cada 300,000 a 3 millones de años. Esta precisión extraordinaria los hace ideales para aplicaciones embebidas que requieren una gran estabilidad temporal.
Los satélites del sistema GPS (Global Positioning System) llevan relojes atómicos, algunos de los cuales utilizan rubidio como referencia. La precisión del posicionamiento GPS depende directamente de la sincronización temporal entre los satélites y los receptores en tierra. Un error de una microsegundo en la medición del tiempo se traduce en un error de posición de aproximadamente 300 metros.
Los relojes atómicos de rubidio también se utilizan en redes de telecomunicaciones para sincronizar equipos, en estaciones base de telefonía móvil, en sistemas de navegación marítima y aérea, y en muchas aplicaciones científicas que requieren una referencia temporal ultraestable.
El rubidio se sintetiza en las estrellas principalmente mediante el proceso s (captura lenta de neutrones) en estrellas de la rama asintótica de las gigantes (AGB), así como por contribuciones menores del proceso r (captura rápida de neutrones) durante supernovas y fusiones de estrellas de neutrones. El rubidio-87, el isótopo más pesado, se forma preferentemente mediante el proceso s.
La abundancia cósmica del rubidio es de aproximadamente 1×10⁻⁹ veces la del hidrógeno en número de átomos, lo que lo hace relativamente raro en el universo. Esta rareza se explica por su posición más allá del pico de hierro en la curva de estabilidad nuclear y por las dificultades de síntesis de núcleos en esta región de masa atómica.
El rubidio-87 es un isótopo radiactivo natural con un período muy largo (vida media de 48,8 mil millones de años, aproximadamente 3,5 veces la edad del universo). Se desintegra por emisión beta en estroncio-87 estable. Esta desintegración extremadamente lenta hace que el sistema rubidio-estroncio sea una herramienta geocronológica fundamental para datar rocas antiguas y meteoritos.
El método de datación rubidio-estroncio se basa en la medición de la relación isotópica ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr y la relación ⁸⁷Rb/⁸⁶Sr en minerales. Esta técnica ha permitido determinar la edad de la Tierra (unos 4.54 mil millones de años), la edad de las rocas terrestres más antiguas (más de 4 mil millones de años) y la edad de formación de muchos meteoritos, proporcionando así restricciones esenciales sobre la historia del sistema solar.
Las líneas espectrales del rubidio neutro e ionizado (Rb I, Rb II) pueden observarse en los espectros de ciertas estrellas frías de tipo K y M, así como en estrellas gigantes rojas enriquecidas en elementos s. El análisis de estas líneas permite estudiar la composición química estelar y trazar el enriquecimiento progresivo de las galaxias en elementos pesados durante la evolución cósmica.
En el sistema solar, el rubidio muestra variaciones isotópicas interesantes entre diferentes tipos de meteoritos, reflejando las condiciones de formación e historia térmica de sus cuerpos parentales. Estas variaciones proporcionan información sobre los procesos de diferenciación planetaria y la cronología de eventos en el sistema solar primitivo.
N.B.:
El rubidio está presente en la corteza terrestre a una concentración media de aproximadamente 0,0090% en masa (90 ppm), lo que lo hace más abundante que el cobre, el zinc o el plomo. A pesar de esta abundancia relativa, el rubidio no forma sus propios minerales y siempre se encuentra asociado con otros elementos, principalmente en minerales de potasio con los que es químicamente muy similar.
Las principales fuentes de rubidio son los minerales de litio como la lepidolita (mica litinífera) que puede contener hasta un 3,5% de rubidio, la polucita (silicato de cesio y rubidio) y ciertas micas como la biotita. El rubidio también está presente en la carnalita (mineral de potasio) y en las salmueras de los yacimientos de sales de potasio.
La producción mundial de rubidio metálico es muy baja, del orden de 2 a 3 toneladas por año, extraído principalmente en Canadá, Estados Unidos y China. El rubidio generalmente se extrae como subproducto de la producción de litio y cesio. La extracción se realiza mediante procesos químicos complejos que incluyen la precipitación selectiva, el intercambio iónico y la reducción electroquímica.
El rubidio metálico es un producto de nicho extremadamente costoso, con precios que pueden superar los 50.000 euros por kilogramo de metal puro. Los compuestos de rubidio como el cloruro (RbCl) o el carbonato (Rb₂CO₃) son menos costosos, pero siguen siendo productos químicos especializados reservados para la investigación y aplicaciones de alta tecnología.
El mercado del rubidio está dominado por aplicaciones en electrónica y metrología del tiempo. La demanda es relativamente estable pero limitada, con un crecimiento potencial vinculado al desarrollo de tecnologías cuánticas, relojes atómicos compactos y nuevos sistemas de navegación espacial. La investigación sobre condensados de Bose-Einstein y computación cuántica podría estimular la demanda futura de rubidio de alta pureza.
