Rubidium

Rubidium

Caractéristiques du rubidium

Symbole : Rb
Masse atomique : 85,467 8 ± 0,000 3 u
Numéro CAS : 7440-17-7
Configuration électronique : [Kr] 5s¹
Numéro atomique : 37
Groupe : 1
Bloc : Bloc s
Famille d’éléments : Métal alcalin
Électronégativité : 0,82
Point de fusion : 39,30 °C

Le rubidium, élément atomique n°37 de symbole Rb : caractéristiques, productions et utilisations.

Le rubidium ou Rb est un élément de numéro atomique 37 appartenant à la famille des métaux alcalins. Il fut découvert par les savants allemands Robert Wilhelm Bunsen et Gustav Kirchhoff dans leurs travaux spectroscopiques sur la lépidolite en 1861. Le rubidium, du grec rubidus, tire son nom de la couleur des raies spectrales rouge foncé associées à l’élément. Les caractéristiques du rubidium sont similaires aux éléments qui lui sont adjacents dans le groupe 1 du tableau périodique, le potassium et le césium. Cette similarité accroît les possibilités d’usage du rubidium, comme il peut être un substitut idéal de ces deux matières dans de nombreuses applications.

Caractéristiques du rubidium

Le rubidium se présente typiquement à l’état solide, de couleur blanc argenté. Il se trouve dans la 5^e période de la classification et présente un bloc de type s. Elle partage les caractéristiques communes au groupe des métaux alcalins en termes de dureté et de réactivité. Selon ces propriétés, plus le nombre de masse de l’élément est grand, plus sa densité et sa réactivité augmentent et plus sa dureté et son point de fusion diminuent.

D’après cette règle et sa place dans le groupe des métaux alcalins, le rubidium est un métal mou, très réactif aux halogènes et particulièrement à l’eau (danger d’explosion) et à l’air (danger inflammation). Il est également facilement oxydable. Cette réactivité fait que le rubidium compte plusieurs composés, dont le chlorure de rubidium (RbCl), l’hydroxyde de rubidium et quatre oxydes connus (Rb₂O, Rb₂O₂, Rb₂O₃ et Rb₂O₄). Voici les propriétés atomiques et physiques du rubidium :

Configuration électronique : 5s¹
Masse atomique : 85,47 u
Rayon atomique : 235 pm
Oxyde de type base forte
Masse volumique : 1,532 g•cm^-3 (solide, 20 °C), 1,475 g•cm^-3 (liquide, 39 °C)
Système cristallin : cubique centré
Dureté (Mohs) : 0,3
Point de fusion : 39,30 °C
Point d’ébullition : 688 °C
Conductivité électrique : 7,79×106 S•m^-1
Conductivité thermique : 58,2 W•m^-1•K^-1

Le rubidium est un élément monoisotopique. S’il compte 32 isotopes identifiés avec un nombre de masse allant de 71 à 102, deux d’entre eux uniquement existent dans la nature. Le seul isotope stable du rubidium de nombre de masse A = 85 (⁸⁵Rb) présente une prévalence de 72,2 %. Les 27,8 % de forme de rubidium naturel se présentent sous le radioisotope ⁸⁷Rb.

Production du rubidium

Le rubidium se trouve en petite quantité dans différents minéraux, en particulier le lépidolite et le pollucite. Le lépidolite peut présenter jusqu’à 3,5 % de rubidium, tandis que le pollucite contient jusqu’à 1,5 %. Le Rb est également présent dans les pegmatites, la carnallite, la triphylite. Ces ressources sont notamment répertoriées en Afghanistan, Australie, Canada, Chine, Danemark, Allemagne, Japon, Kazakhstan, Namibie, Pérou, Russie, Royaume-Uni, États-Unis et Zambie. Les évaporites peuvent également contenir du rubidium, comme ce dernier se trouve également dans les eaux, notamment en France et en Allemagne. Sa teneur dans l’eau de mer et les eaux douces s’élève à 2 × 10⁻⁵ et 6 × 10⁻⁵, respectivement.

En 2022, la réserve de rubidium détenue par les plus grands exploitants miniers de la matière, notamment l’Australie, le Canada, la Chine et la Namibie, a été estimée à moins de 200 000 tonnes. On peut s’attendre à ce que ces chiffres diminuent dans un avenir proche avec la raréfaction des ressources minérales et les coûts conséquents que demandent l’extraction et la concentration des éléments. Cependant, des recherches sont menées pour découvrir des méthodes alternatives et industrielles de production du rubidium, vu sa criticité dans de nombreuses applications.

Utilisations du rubidium

Le rubidium et ses isotopes sont utilisés dans une variété de domaines, des secteurs les plus critiques comme la recherche et le développement au divertissement, en passant par la géologie. En pyrotechnie, par exemple, il permet de donner une teinte violette aux feux d’artifice. En géologie, le rubidium-87 sert à déterminer l’âge des roches.

En médecine, le rubidium-82 est utilisé en imagerie cardiaque pour détecter les anomalies cardiaques ; le rubidium-81 sert de générateur de krypton-81m dans la scintigraphie pulmonaire. Il est aussi présent dans certains médicaments antipsychoses, notamment pour le traitement de la schizophrénie. La similitude des propriétés du rubidium au potassium permet à l’élément de se substituer à ce dernier dans les examens de perfusion myocardique.

Deux composés du rubidium, l’oxyde de rubidium ou le carbonate de rubidium entrent également dans la composition de verres trempés pour les fibres optiques de télécommunication. Ils permettent de réduire la conductibilité électrique du verre et d’augmenter sa stabilité et sa durabilité.

En électronique, il est utilisé avec ou en substitut du césium dans les cellules photoélectriques. Il permet d’améliorer l’efficacité de conversion des matériaux composant les cellules et la robustesse du système. Capteur de gaz pour tube cathodique et tube électronique : on l’utilise comme getter (capteur de molécules gazeuses) pour parfaire le vide. Le rubidium entre également dans la conception d’horloges atomiques commerciales avec une transition hyperfine ayant une marge d’erreur de seulement 1 seconde sur un peu plus de 600 ans. Il entre également dans la composition des tubes cathodiques des anciennes télévisions en tant que capteur de gaz pour établir le vide.

Le rubidium (isotopes 85 et 87) est un actif très usité dans les expériences de physique atomique, grâce à ses transitions assimilables à des longueurs d’onde de laser classiques (780 nm pour la transition 5s-5p notamment). Les fontaines atomiques, qui permettent de mesurer la fréquence d’une transition atomique, fonctionnent avec du ⁸⁷Rb refroidi et manipulé par laser. Elles peuvent atteindre des stabilités relatives de fréquence comprises entre 10⁻¹³ et 110⁻¹⁴ .

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