Rubidium

Rubidium adalah sebuah unsur kimia dengan lambang Rb dan nomor atom 37. Rubidium adalah sebuah logam abu-abu keputihan yang sangat lunak dalam golongan logam alkali. Logam rubidium memiliki kesamaan dengan logam kalium dan logam sesium dalam penampilan fisik, kelembutan dan konduktivitas. Rubidium tidak dapat disimpan di bawah oksigen atmosfer, karena reaksi eksoterm yang sangat tinggi akan terjadi, kadang-kadang bahkan mengakibatkan logam ini terbakar.

Rubidium adalah logam alkali pertama dalam golongannya yang memiliki massa jenis lebih tinggi dari air, sehingga ia tenggelam, tidak seperti logam di atasnya dalam golongannya. Rubidium memiliki berat atom standar 85,4678. Di Bumi, rubidium alami terdiri dari dua isotop: 72% di antaranya adalah 85Rb yang stabil, dan 28% sisanya adalah 87Rb yang sedikit radioaktif, dengan waktu paruh 48,8 miliar tahun—lebih dari tiga kali lebih lama dari perkiraan usia alam semesta.

Ahli kimia Jerman Robert Bunsen dan Gustav Kirchhoff menemukan rubidium pada tahun 1861 dengan teknik yang baru dikembangkan, yaitu spektroskopi nyala api. Nama unsur ini berasal dari kata Latin rubidus, yang berarti merah tua, dari warna spektrum emisinya. Senyawa rubidium memiliki berbagai aplikasi kimia dan elektronik. Logam rubidium mudah diuapkan dan memiliki rentang penyerapan spektral yang nyaman, menjadikannya target yang sering digunakan untuk manipulasi atom dengan laser. Rubidium bukanlah nutrisi yang diketahui untuk organisme hidup mana pun. Namun, ion rubidium memiliki sifat yang sama dan muatan yang sama seperti ion kalium, dan secara aktif diambil dan diperlakukan oleh sel hewan dengan cara yang sama.

Karakteristik

Rubidium adalah logam yang sangat lembut, ulet, dan berwarna putih keperakan. Ia merupakan logam alkali stabil yang paling elektropositif kedua dan meleleh pada suhu . Seperti logam alkali lainnya, logam rubidium bereaksi hebat dengan air. Seperti halnya kalium (yang sedikit kurang reaktif) dan sesium (yang sedikit lebih reaktif), reaksi ini biasanya cukup kuat untuk menyalakan gas hidrogen yang dihasilkannya. Rubidium juga telah dilaporkan menyala secara spontan di udara. Ia membentuk amalgam dengan raksa dan paduan dengan emas, besi, sesium, natrium, dan kalium, tetapi tidak dengan litium (walaupun rubidium dan litium berada dalam golongan yang sama).

Rubidium memiliki energi ionisasi yang sangat rendah, hanya 406 kJ/mol. Rubidium dan kalium menunjukkan warna ungu yang sangat mirip dalam uji nyala api, dan untuk membedakan kedua unsur tersebut memerlukan analisis yang lebih canggih, seperti spektroskopi.

Senyawa

Rubidium klorida (RbCl) mungkin merupakan senyawa rubidium yang paling banyak digunakan: di antara beberapa klorida lainnya, ia digunakan untuk menginduksi sel hidup untuk mengambil DNA; ia juga digunakan sebagai biomarker, karena di alam, ia hanya ditemukan dalam jumlah kecil pada organisme hidup dan bila ada, menggantikan kalium. Senyawa rubidium umum lainnya adalah rubidium hidroksida (RbOH) yang korosif, bahan awal untuk sebagian besar proses kimia berbasis rubidium; rubidium karbonat (Rb2CO3), digunakan dalam beberapa kaca optik, dan rubidium tembaga sulfat, Rb2SO4·CuSO4·6H2O. Rubidium perak iodida (RbAg4I5) memiliki konduktivitas suhu kamar tertinggi dari setiap kristal ionik yang diketahui, sifat yang dimanfaatkan dalam baterai film tipis dan aplikasi lainnya.

Rubidium akan membentuk sejumlah oksida bila terkena udara, termasuk rubidium monoksida (Rb2O), Rb6O, dan Rb9O2; rubidium dalam oksigen berlebih akan menghasilkan superoksida RbO2. Rubidium akan membentuk garam dengan halogen, menghasilkan rubidium fluorida, rubidium klorida, rubidium bromida, dan rubidium iodida.

Isotop

Meskipun rubidium merupakan unsur monoisotop, rubidium di kerak bumi terdiri dari dua isotop: 85Rb yang stabil (72,2%) dan 87Rb (27,8%) yang radioaktif. Rubidium alami bersifat radioaktif, dengan aktivitas spesifik sekitar 670 Bq/g, cukup untuk mengekspos film gulung secara signifikan dalam 110 hari. Tiga puluh isotop rubidium tambahan telah disintesis dengan waktu paruh kurang dari 3 bulan; sebagian besar dari mereka sangat radioaktif dan memiliki sedikit kegunaan.

Rubidium-87 memiliki waktu paruh  tahun, lebih dari tiga kali usia alam semesta  tahun, menjadikannya sebagai nuklida primordial. Ia dengan mudah menggantikan kalium dalam mineral, dan karena itu cukup tersebar luas. Rb telah digunakan secara luas dalam penanggalan batuan; 87Rb meluruh melalui peluruhan beta menjadi 87Sr yang stabil. Selama kristalisasi fraksional, Sr cenderung terkonsentrasi di plagioklas, meninggalkan Rb dalam fase cair. Oleh karena itu, rasio Rb/Sr dalam sisa magma dapat meningkat dari waktu ke waktu, dan diferensiasi yang berkembang menghasilkan batuan dengan rasio Rb/Sr yang meningkat. Rasio tertinggi (10 atau lebih) terjadi pada pegmatit. Jika jumlah awal Sr diketahui atau dapat diekstrapolasi, maka umurnya dapat ditentukan dengan pengukuran konsentrasi Rb dan Sr dan rasio 87Sr/86Sr. Tanggalnya menunjukkan usia sebenarnya dari mineralnya hanya jika batuannya tidak mengalami ubahan (lihat penanggalan rubidium–stronsium).

Rubidium-82, salah satu isotop nonalami rubidium, dihasilkan oleh peluruhan penangkapan elektron dari stronsium-82 dengan waktu paruh 25,36 hari. Dengan waktu paruh 76 detik, rubidium-82 meluruh melalui emisi positron menjadi kripton-82 yang stabil.

Keterjadian
Rubidium adalah unsur paling melimpah kedua puluh tiga di kerak Bumi, kira-kira sebanyak seng dan agak lebih umum daripada tembaga. Ia terjadi secara alami dalam mineral leusit, polusit, karnalit, dan zinwaldit, yang mengandung sebanyak 1% rubidium oksida. Lepidolit mengandung antara 0,3% dan 3,5% rubidium, dan merupakan sumber komersial dari unsur ini. Beberapa mineral kalium dan kalium klorida juga mengandung unsur ini dalam jumlah yang signifikan secara komersial.

Air laut mengandung rata-rata 125 µg/L rubidium dibandingkan dengan nilai kalium yang jauh lebih tinggi, yaitu 408 mg/L, dan nilai sesium yang jauh lebih rendah, yaitu 0,3 µg/L. Rubidium adalah unsur paling melimpah ke-18 di air laut.

Karena jari-jari ionnya yang besar, rubidium merupakan salah satu "unsur yang tidak kompatibel." Selama kristalisasi magma, rubidium terkonsentrasi bersama dengan analognya yang lebih berat, sesium, dalam fase cair dan mengkristal terakhir. Oleh karena itu, deposit rubidium dan cesium terbesar adalah badan bijih zona pegmatit yang dibentuk oleh proses pengayaan ini. Karena rubidium menggantikan kalium dalam kristalisasi magma, pengayaan ini jauh kurang efektif dibandingkan dengan sesium. Badan bijih pegmatit zona yang mengandung sejumlah sesium yang dapat ditambang sebagai polusit atau mineral litium lepidolit juga merupakan sumber rubidium sebagai produk sampingan.

Dua sumber penting rubidium adalah endapan polusit yang kaya di Danau Bernic, Manitoba, Kanada, dan rubiklin  yang ditemukan sebagai pengotor dalam polusit di pulau Elba di Italia, dengan kandungan rubidium 17,5%. Kedua endapan tersebut juga merupakan sumber sesium.

Produksi

Meskipun rubidium lebih melimpah di kerak Bumi daripada sesium, aplikasinya yang terbatas dan kurangnya mineral yang kaya akan rubidium membatasi produksi senyawa rubidium hingga 2 hingga 4 ton per tahun. Beberapa metode tersedia untuk memisahkan kalium, rubidium, dan sesium. Kristalisasi fraksional rubidium dan tawas sesium  akan menghasilkan tawas rubidium murni setelah 30 langkah berikutnya. Dua metode lain dilaporkan, proses klorostanat dan proses ferosianida.

Selama beberapa tahun pada 1950-an dan 1960-an, produk sampingan dari produksi kalium yang disebut Alkarb adalah sumber utama rubidium. Alkarb mengandung 21% rubidium, sisanya adalah kalium dan sedikit sesium. Saat ini produsen sesium terbesar, seperti Tambang Tanco di Manitoba, Kanada, memproduksi rubidium sebagai produk sampingan dari polusit.

Sejarah

Rubidium ditemukan pada tahun 1861 oleh Robert Bunsen dan Gustav Kirchhoff, di Heidelberg, Jerman, dalam mineral lepidolite melalui spektroskopi nyala api. Karena garis merah terang dalam spektrum pancarnya, mereka memilih nama yang berasal dari kata Latin rubidus, yang berarti "merah tua".

Rubidium adalah komponen minor dalam lepidolit. Kirchhoff dan Bunsen memproses 150 kg lepidolit yang hanya mengandung 0,24% rubidium monoksida (Rb2O). Baik kalium maupun rubidium membentuk garam yang tidak larut dengan asam kloroplatinat, tetapi garam-garam tersebut menunjukkan sedikit perbedaan kelarutan dalam air panas. Oleh karena itu, rubidium heksakloroplatinat (Rb2PtCl6) yang kurang larut dapat diperoleh dengan kristalisasi fraksional. Setelah reduksi heksakloroplatinat dengan hidrogen, proses tersebut menghasilkan 0,51 gram rubidium klorida (RbCl) untuk studi lebih lanjut. Bunsen dan Kirchhoff memulai isolasi skala besar pertama dari senyawa sesium dan rubidium dengan  air mineral, yang menghasilkan 7,3 gram sesium klorida dan 9,2 gram rubidium klorida. Rubidium adalah unsur kedua, tak lama setelah sesium, yang ditemukan dengan spektroskopi, hanya satu tahun setelah penemuan spektroskop oleh Bunsen dan Kirchhoff.

Kedua ilmuwan tersebut menggunakan rubidium klorida untuk memperkirakan berat atom unsur baru ini sebesar 85,36 (nilai yang diterima saat ini adalah 85,47). Mereka mencoba menghasilkan rubidium unsur dengan elektrolisis rubidium klorida cair, tetapi alih-alih logam, mereka memperoleh zat homogen biru, yang "baik di bawah mata telanjang maupun di bawah mikroskop tidak menunjukkan sedikit pun zat logam". Mereka menganggap bahwa itu adalah subklorida (); namun, produk tersebut kemungkinan merupakan campuran koloid dari logam rubidium dan rubidium klorida. Dalam upaya kedua untuk menghasilkan rubidium metalik, Bunsen mampu mereduksi rubidium dengan memanaskan rubidium tartrat yang hangus. Meskipun rubidium sulingan bersifat piroforik, mereka mampu menentukan densitas dan titik leburnya. Kualitas penelitian pada tahun 1860-an ini dapat dinilai dengan fakta bahwa kepadatan yang mereka tentukan berbeda kurang dari 0,1 g/cm3 dan titik lebur yang mereka tentukan berbeda kurang dari 1 °C  dari nilai yang diterima saat ini.

Radioaktivitas kecil dari rubidium ditemukan pada tahun 1908, tetapi itu ditemukan sebelum teori mengenai isotop dipublikasikan pada tahun 1910, dan tingkat aktivitas yang rendah (waktu paruh lebih dari 1010 tahun) membuat interpretasi menjadi rumit. Peluruhan 87Rb menjadi 87Sr yang stabil melalui peluruhan beta yang sekarang telah terbukti masih didiskusikan pada akhir 1940-an.

Rubidium memiliki nilai industri yang kecil sebelum tahun 1920-an. Sejak itu, penggunaan rubidium yang paling penting adalah penelitian dan pengembangan, terutama dalam aplikasi kimia dan elektronik. Pada tahun 1995, rubidium-87 digunakan untuk menghasilkan kondensat Bose–Einstein, di mana penemunya, Eric Allin Cornell, Carl Edwin Wieman dan Wolfgang Ketterle, memenangkan Penghargaan Nobel Fisika pada tahun 2001.

Aplikasi

Senyawa rubidium kadang-kadang digunakan dalam kembang api untuk memberi mereka warna ungu. Rubidium juga telah dipertimbangkan untuk digunakan dalam generator termoelektrik menggunakan prinsip magnetohidrodinamika, di mana ion rubidium panas dilewatkan melalui medan magnet. Mereka menghantarkan listrik dan bertindak seperti armatur sehingga menghasilkan arus listrik. Rubidium, khususnya 87Rb, adalah salah satu spesies atom yang paling umum digunakan untuk pendinginan laser dan kondensasi Bose–Einstein. Fitur yang diinginkan untuk aplikasi ini termasuk ketersediaan sinar laser dioda yang murah pada panjang gelombang yang relevan dan suhu sedang yang diperlukan untuk mendapatkan tekanan uap yang substansial. Untuk aplikasi atom dingin yang membutuhkan interaksi merdu, 85Rb lebih disukai karena spektrum Feshbachnya yang kaya.

Rubidium telah digunakan untuk polarisasi 3He, menghasilkan volume gas 3He yang termagnetisasi, dengan spin inti yang sejajar dan bukan acak. Uap rubidium dipompa secara optik oleh laser, dan Rb yang terpolarisasi akan mempolarisasi 3He melalui interaksi hiperfin. Sel 3He yang terpolarisasi spin tersebut berguna untuk pengukuran polarisasi neutron dan untuk memproduksi berkas neutron terpolarisasi untuk tujuan lain.

Unsur resonansi dalam jam atom menggunakan struktur hiperfin dari tingkat energi rubidium, dan rubidium berguna untuk pengaturan waktu dengan presisi tinggi. Ia digunakan sebagai komponen utama dari referensi frekuensi sekunder (osilator rubidium) di pemancar situs sel dan transmisi elektronik lainnya, jaringan, dan peralatan uji. Standar rubidium ini sering digunakan dengan GPS untuk menghasilkan "standar frekuensi primer" yang memiliki akurasi lebih tinggi dan lebih murah daripada standar sesium. Standar rubidium seperti itu sering diproduksi secara massal untuk industri telekomunikasi.

Potensi atau penggunaan rubidium lainnya saat ini termasuk fluida kerja dalam turbin uap, sebagai penangkap dalam tabung vakum, dan sebagai komponen fotosel. Rubidium juga digunakan sebagai bahan dalam jenis kaca khusus, dalam produksi superoksida dengan membakar oksigen, dalam studi saluran ion kalium dalam biologi, dan sebagai uap dalam magnetometer atom. Secara khusus, 87Rb digunakan dengan logam alkali lainnya dalam pengembangan magnetometer bebas relaksasi pertukaran spin (spin-exchange relaxation-free, SERF).

Rubidium-82 digunakan untuk tomografi emisi positron. Rubidium sangat mirip dengan kalium, dan jaringan dengan kandungan kalium tinggi juga akan mengakumulasi rubidium radioaktif. Salah satu kegunaan utamanya adalah pencitraan perfusi miokard. Sebagai akibat dari perubahan sawar darah otak pada tumor otak, rubidium mengumpulkan lebih banyak pada tumor otak daripada jaringan otak normal, memungkinkan penggunaan radioisotop rubidium-82 dalam kedokteran nuklir untuk menemukan dan menggambarkan tumor otak. Rubidium-82 memiliki waktu paruh yang sangat singkat, yaitu 76 detik, dan produksi dari peluruhan stronsium-82 harus dilakukan dekat dengan pasien.

Pengaruh rubidium diuji pada depresi manik dan depresi. Pasien dialisis yang menderita depresi menunjukkan penipisan rubidium, dan oleh karena itu suplementasi dapat membantu selama depresi. Dalam beberapa tes, rubidium diberikan sebagai rubidium klorida hingga 720 mg per hari selama 60 hari.

Tindakan pencegahan dan efek biologis
Rubidium bereaksi hebat dengan air dan dapat menyebabkan kebakaran. Untuk memastikan keamanan dan kemurniannya, logam ini biasanya disimpan di bawah minyak mineral kering atau disegel dalam ampul kaca dalam atmosfer lengai. Rubidium akan membentuk peroksida pada paparan bahkan pada sejumlah kecil udara yang menyebar ke dalam minyak, dan penyimpanan tunduk pada tindakan pencegahan yang sama seperti penyimpanan kalium metalik.

Rubidium, seperti natrium dan kalium, hampir selalu memiliki bilangan oksidasi +1 ketika dilarutkan dalam air, bahkan dalam konteks biologis. Tubuh manusia cenderung memperlakukan ion Rb+ seolah-olah mereka adalah ion kalium, dan oleh karena itu mengonsentrasikan rubidium dalam cairan intraseluler tubuh (yaitu, di dalam sel). Ion-ion tersebut tidak terlalu beracun; orang dengan berat badan 70 kg mengandung rata-rata 0,36 g rubidium, dan peningkatan nilai ini sebesar 50 hingga 100 kali tidak menunjukkan efek negatif pada orang yang diuji. Waktu paruh biologis rubidium pada manusia adalah 31–46 hari. Meskipun substitusi parsial kalium oleh rubidium dimungkinkan, ketika lebih dari 50% kalium dalam jaringan otot tikus diganti dengan rubidium, tikus tersebut akan mati.

Referensi

Bacaan lebih lanjut
 Meites, Louis (1963). Handbook of Analytical Chemistry (New York: McGraw-Hill Book Company, 1963)

Pranala luar

 Rubidium di The Periodic Table of Videos (Universitas Nottingham)

 
Unsur kimia
Logam alkali
Reduktor
Unsur kimia dengan struktur kubus berpusat-badan