37. Rubidium (Rb): Das tiefrot leuchtende Element

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0:25 Heute widmen wir uns einem Element, das die meisten Menschen noch nie bewusst wahrgenommen haben und das trotzdem in der modernen Technologie eine erstaunlich präzise Rolle spielt. Es ist ein weiches, silberglänzendes Metall, das bei Raumtemperatur kaum von anderen Alkalimetallen zu unterscheiden ist.

0:47 Aber wenn man es in eine Flamme hält, offenbart es sein wahres Gesicht. Ein leuchtendes, tiefes Rotviolett, das ihm seinen Namen gegeben hat. Dieses Element heißt Robidium, sein chemisches Symbol ist RB, seine Ordnungszahl ist 37, und es gehört zur ersten Hauptgruppe des Periodensystems, der Gruppe der Alkalimetalle.

1:13 Es ist das Zweitreaktivste, natürlich vorkommende Alkalimetall nach Cäsium. Reagiert heftig mit Wasser und selbst mit Luftfeuchtigkeit und muss deshalb stets unter Schutzgas oder in Mineralöl gelagert werden. Und doch ist Robidium eines der Elemente, die unsere Zeitrechnung buchstäblich präziser gemacht haben.

1:37 Lass uns gemeinsam Eintauchen in das tiefrot leuchtende Element, in die Wissensreise durch Robidium der Name und das Licht. Beginnen wir dort, wo so viele Entdeckungen des 19 Jahrhunderts begannen, im Spektroskop das Jahr ist 1861 Robert Bunsen, der Erfinder des Bunsenbrenners und einer der bedeutendsten deutschen Chemiker des 19 Jahrhunderts, und Gustav Robert Kirchhoff, Physiker und Mitbegründer der Spektroskopie und. Untersuchen in Heidelberg systematisch die Spektren verschiedener Mineralwässer und Gesteine. Ihre Methode ist revolutionär, jedes Element, wenn es in einer Flamme erhitzt wird, gibt charakteristische Lichtfarben ab, ein einzigartiger Fingerabdruck aus Spektrallinien, der es erlaubt,

2:33 Elemente selbst in winzigen Mengen zu identifizieren, die. Bei der Untersuchung des Mineralwassers aus Bad Dürkheim und später des Minerals Lepidolith stoßen sie auf 2 intensive, tiefrote Spektrallinien, die zu keinem bekannten Element passen. Die Wellenlängen dieser Linien liegen bei 7180,0 und 794,8 Nanometern.

2:59 Tief im roten Bereich des sichtbaren Lichts, nahe an der Grenze zum Infrarot. Bunsen und Kirchhoff benennen das neue Element nach diesen charakteristischen roten Linien Rubidium vom lateinischen rubidus, dunkelrot, tiefrot. Es war das zweite Element, das durch Spektroskopie entdeckt wurde. Nur wenige Wochen nach Cäsium, das Bunsen und Kirchhoff ebenfalls in diesem Jahr identifiziert hatten. Die Entdeckung der Spektroskopie und die daraus folgende Möglichkeit, Elemente durch ihre Lichtfingerabdrücke zu identifizieren, war eine der bedeutendsten analytischen Revolutionen der Chemiegeschichte. Sie ermöglichte nicht nur die Entdeckung neuer irdischer Elemente, sondern auch die Analyse der Zusammensetzung von Sternen.

3:52 Galaxien und Nebeln Erkenntnisse, die bis heute die Grundlage der Astrophysik bilden. Physikalische und chemische Eigenschaften Rubidium ist bei Raumtemperatur ein weiches, silberglänzendes Metall. Es ist so weich, dass man es mit einem Messer schneiden kann, ähnlich wie Butter bei Kühlschranktemperatur.

4:19 Der Schmelzpunkt liegt bei lediglich 39,3 Grad Celsius, was bedeutet, dass Robidium an einem sehr heißen Sommertag zu schmelzen beginnen würde. Der Siedepunkt liegt bei 688 Grad Celsius, die Dichte von Robidium beträgt 1,53 Gramm pro Kubikzentimeter, es ist damit leichter als Wasser, was bei einem Metall ungewöhnlich ist. Zum Vergleich, Eisen hat eine Dichte von etwa 7,87 Gramm pro Kubikzentimeter Blei sogar 11,3.

4:56 Diese geringe Dichte ist typisch für die Alkalimetalle, die alle leichter sind als die meisten anderen Metalle. Chemisch ist Robidium Hochreaktiv als Alkalimetall der ersten Hauptgruppe hat es ein einziges Valenzelektron in seiner äußersten Schale. Ein Elektron, das es äußerst bereitwillig abgibt. Diese Eigenschaft macht Alkalimetalle zu den reaktivsten Metallen des Periodensystems.

5:26 Robidium reagiert mit Wasser unter heftiger Wärmeentwicklung und der Freisetzung von Wasserstoffgas. Die Reaktion ist so exotherm, dass der entstehende Wasserstoff sich selbst entzündet und verbrennt in Kontakt mit Luft oxidiert Robidium sofort. Und bildet eine gräuliche Oxidschicht. In seinen Verbindungen tritt Robidium fast ausschließlich als RB plus Ion auf, also als einfach positiv geladenes Ion, das sein einziges Valenzelektron abgegeben hat. Diese Verbindungen sind in der Regel gut wasserlöslich und farblos oder weiß.

6:06 Robidium hat eine Ordnungszahl von 37 und eine relative Atommasse von etwa 85,47. In der Natur kommt es in 2 Isotopen vor robidium 85 das stabile Isotop mit einem Anteil von etwa 72,2% und robidium 87, das mit einem Anteil von 27,8% vorkommt. Und schwach radioaktiv ist robidium 87 ist ein Beta Strahler mit einer Halbwertszeit von etwa 49 Milliarden Jahren, fast viermal länger als das Alter des Universums. Diese extrem langsame Zerfallsrate macht robidium 87 zu einem wertvollen Werkzeug der geologischen Altersbestimmung Robidium im Periodensystem.

7:05 Die Alkalimetallfamilie Rubidium steht in der ersten Hauptgruppe Periode 5 des Periodensystems. Seine Nachbarn in der Gruppe sind oben Kalium k, Ordnungszahl 19 und unten Cäsium cs, Ordnungszahl 55. Diese Nachbarschaft ist aufschlussreich, die Alkalimetalle folgen einer sehr klaren Systematik. Mit steigender Ordnungszahl werden die Atome größer, die Reaktivität nimmt zu, der Schmelzpunkt sinkt und die Ionisierungsenergie, also die Energie, die benötigt wird, um das Valenzelektron abzureißen, nimmt ab. Rubidium ist deutlich reaktiver als sein leichteres Analogon Kalium, aber etwas weniger reaktiv als Caesium. Diese Abstufung folgt einer strengen chemischen Logik. Je größer das Atom, desto weiter

8:04 ist das Valenzelektron vom Kern entfernt, desto schwächer hält es der Kern fest, desto leichter gibt es das Elektron ab, desto reaktiver ist das Element, die chemische Ähnlichkeit zwischen Rubidium und Kalium ist so ausgeprägt, dass lebende Organismen die beiden Elemente kaum unterscheiden können.

8:27 Der menschliche Körper nimmt Robidium über die Nahrung auf, hauptsächlich über Obst, Gemüse und Fleisch, und behandelt es weitgehend wie Kalium. Es reichert sich bevorzugt in Geweben an, die viel Kalium enthalten, Muskeln, Leber und Gehirn der durchschnittliche menschliche Körper enthält etwa 0,36 Gramm robidium, keine große Menge, aber messbar.

8:55 Ein essentielles Element für den Menschen ist Rubidium jedoch nicht. Es gibt keine bekannte biochemische Funktion, die Rubidium als unersetzlichen Baustein nutzen würde. Vorkommen und Gewinnung rubidium ist kein seltenes Element. Mit einem durchschnittlichen Gehalt von etwa 90 Milligramm pro Kilogramm in der Erdkruste ist es das 23 häufigste Element überhaupt.

9:24 Häufiger als Kupfer, Zink oder Nickel dass es trotzdem als selten gilt, liegt daran, dass es nirgendwo in konzentrierter Form als eigenständiges Mineral vorkommt. Es ist stets in winzigen Mengen in andere Minerale eingestreut, vor allem in Minerale, die eigentlich Kalium enthalten, weil Kalium und Robidium chemisch so ähnlich sind, dass das eine das andere im Kristallgitter ersetzen kann.

9:54 Die wichtigsten artenatürlichen Quellen für Robidium sind das Mineral Lepidolit, ein Glimmer, der auch Lithium enthält, sowie Pollusit, ein Zeolith, der primär als Caesiumquelle dient, aber Robidium als Begleitmineral führt. Bedeutende Lagerstätten finden sich in Kanada insbesondere in der Bernic Lake Mine in Manitoba.

10:18 Außerdem in Simbabwe, Namibia und in geringeren Mengen in Deutschland und der Tschechischen Republik. Die Gewinnung von Rubidium erfolgt meist als Nebenprodukt der Lithium oder Cäsiumgewinnung. Der Rohstoff wird zunächst aufgeschlossen, die verschiedenen Alkalimetalle werden durch chemische Fällung und Extraktion voneinander getrennt und schließlich wird reines Robidiummetall durch Reduktion seiner Verbindungen gewonnen, etwa durch Erhitzen von Robidiumchlorid mit Kalziummetall unter Vakuum. Die weltweite Jahresproduktion an Robidium liegt im einstelligen Tonnenbereich.

11:00 Ein Spiegelbild seiner Nischenfunktion in der Industrie. Rubidiumuhren und die Kunst der Präzision. Hier beginnt der vielleicht faszinierendste Teil der rubidium Geschichte seine Rolle in der Zeitmessung. Atomuhren nutzen die Tatsache, dass Atome elektromagnetische Strahlung einer exakt definierten Frequenz absorbieren und emittieren.

11:28 Wenn ihre Elektronen zwischen bestimmten Energieniveaus wechseln. Diese Frequenz ist für jedes Element charakteristisch, extrem stabil und unabhängig von äußeren Einflüssen wie Temperatur, Druck oder Alterung des Geräts. Sie ist damit ein idealer Taktgeber für eine Uhr. Rubidium Atomuhren nutzen den Übergang im Grundzustand des Rubidium 87 Atoms.

11:57 Der bei einer Frequenz von exakt 6 Milliarden 834682006 10,904 Hertz liegt also fast 77 Milliarden Schwingungen pro Sekunde. Eine Rubidiumuhr zählt diese Schwingungen und leitet daraus die Zeiteinheit ab. Rubidium Atomuhren sind nicht die präzisesten Atomuhren der Welt. Diese Auszeichnung gebührt Cäsium, Atomuhren und noch genauer optischen Gitteruhren mit Strontium oder Ötherbium. Doch robidium Atomuhren haben einen entscheidenden praktischen Vorteil, sie sind kompakt, robust, relativ günstig und schnell betriebsbereit, während Cäsium primär normale, die Größe eines Kleiderschranks haben können. Passen Rubidium Oszillatoren in ein Volumen von wenigen 100 Kubikzentimetern.

13:00 Deshalb sind rubidium Atomuhren in einer Vielzahl praktischer Anwendungen unverzichtbar in GPS Satelliten, in Mobilfunkbasisstationen, in der Telekommunikationsinfrastruktur, in wissenschaftlichen Messgeräten und in militärischen Navigationssystemen. Jeder GPS Satellit der zweiten und dritten Generation trägt mehrere rubidium Atomuhren an Bord. Das Navigationssystem, das dir auf deinem Smartphone die Position auf wenige Meter genau anzeigt, verdankt seine Präzision unter anderem der Quantenmechanik des Rubidium 87 Atoms.

13:43 Die Genauigkeit moderner rubidium Oszillatoren liegt typischerweise bei etwa 10 hoch -11 bis 10 hoch -12, also einem Fehler von einer Sekunde in etwa 300 bis 3000 Jahren. Das ist für die meisten Anwendungen mehr als ausreichend und wird durch periodischen Abgleich mit genaueren Primärnormalen auf noch höhere Präzision gebracht.

14:13 Bose Einstein Kondensate Robidium am absoluten Nullpunkt im Jahr 1995 gelang an der University of Colorado in Boulder ein Experiment, das die Physikwelt elektrisierte und 2001 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet wurde. Eric Cornell und Carl Wieman kühlten ein Gas aus Robidium 87 Atomen auf eine Temperatur von etwa 170 Nano Kelvin ab.

14:46 Das ist 170 milliardstel Grad über dem absoluten Nullpunkt der kältesten theoretisch möglichen Temperatur bei dieser extremen Kälte trat etwas Außerordentliches ein. Die einzelnen rubidium Atome verloren ihre Individualität, anstatt sich wie eigenständige Teilchen zu verhalten, verschmolzen sie zu einem gemeinsamen Quantenzustand, einem sogenannten Bose Einstein Kondensat, kurz bec.

15:21 Das Bose Einstein Kondensat war ein Zustand der Materie, den Albert Einstein und der indische Physiker Satyendranat Bose bereits in den 1920er Jahren theoretisch vorhergesagt hatten. Doch es hatte 70 Jahre gedauert, bis die Kühltechnologie weit genug fortgeschritten war, um die Vorhersage experimentell zu bestätigen. In einem beec verhalten sich alle Atome wie ein einziges Quantenobjekt beschrieben durch eine einzige Wellenfunktion. Quanteneffekte, die normalerweise nur auf der Ebene einzelner Atome sichtbar sind, werden in einem Bec Makroskopisch.

16:06 Man kann sie mit dem bloßen Auge beobachten, ein Bec ist buchstäblich Quantenmechanik im sichtbaren Maßstab. Rubidium 87 eignet sich besonders gut für die Erzeugung von Bose Einstein kondensaten, weil es ein Boson ist, das heißt, sein Gesamtspin ist ganzzahlig was es nach den Regeln der Quantenstatistik erlaubt, dass beliebig viele Rubidiumatome denselben Quantenzustand besetzen.

16:36 Diese Eigenschaft ist die Voraussetzung für die Kondensatbildung. BE cs aus Robidium werden heute in der Grundlagenforschung eingesetzt, um Quantenphänomene wie Supraleitung, Superfluidität und Quantenverschränkung in kontrollierten Umgebungen zu studieren. Sie sind auch ein vielversprechendes Werkzeug für die Entwicklung zukünftiger Quantencomputer und Hochpräziser Quantensensoren. Rubidium Strontium, Datierung, die Zeit in Gesteinen lesen, die schwache Radioaktivität von Rubidium 87 macht es zu einem wichtigen Werkzeug der Geochronologie der Wissenschaft, die das Alter von Gesteinen und Mineralien bestimmt rubidium. 87 zerfällt mit einer Halbwertszeit von 49,23 Milliarden Jahren zu Strontium 87, einem stabilen

17:38 Isotop in einem Mineral, das beim Erstarren robidium, aber kein primäres Strontium 87 enthielt, reichert sich im Laufe der Zeit durch den Zerfall von Robidium 87 immer mehr Strontium 87 an. Indem man das Verhältnis von rubidium 87 zu radiogenem Strontium 87 im heutigen Mineral misst, kann man berechnen, wie lange der Zerfall schon stattgefunden hat und damit das Alter des Minerals bestimmen die RB Sr Methode ist besonders nützlich für die Datierung von Magmatischen und metamorphen Gesteinen, die hunderte Millionen bis Milliarden Jahre alt sind.

18:26 Sie hat maßgeblich dazu beigetragen, das Alter der Erdkruste, alter Gebirge und präkambrischer Gesteine zu bestimmen. Ein berühmtes Beispiel ist die Datierung von Gesteinen des grönländischen Schildes, die zu den ältesten bekannten Gesteinen der Erde gehören. Rb SR Datierungen haben hier Alter von bis zu 3,8 Milliarden Jahren ergeben. Auch Mondgestein, das von den Apollo Missionen mitgebracht wurde, wurde unter anderem mit der RB SR Methode datiert und lieferte entscheidende Erkenntnisse über die Entstehungsgeschichte des Mondes. Medizinische und biologische Aspekte Robidium hat in der Medizin eine bescheidene, aber interessante Geschichte, die. Aufgrund seiner chemischen Ähnlichkeit mit Kalium wurde es im späten 19 und frühen 20

19:25 Jahrhundert als Beruhigungs und Schlafmittel eingesetzt, ähnlich wie Kaliumbromid, aber ohne die damit verbundene Promtoxizität. Diese Verwendung wurde jedoch mit der Entwicklung Wirksamerer und Sichererer Psychopharmaka wieder aufgegeben in. In der Nuklearmedizin wird das radioaktive Isotop Robidium 82 eingesetzt. Es hat eine Halbwertszeit von nur 75 Sekunden und ist ein Positronenstrahler, was es für die Positronen Emissionstomographie, kurz PET, geeignet macht. Robidium 82 PET Scans werden zur Beurteilung der Herzperfusion eingesetzt.

20:12 Da der Herzmuskel Robidium ähnlich wie Kalium aufnimmt, reichert sich das radioaktive Isotop in Durchbluteten Herzmuskelgeweben an, während schlecht durchblutete oder abgestorbene Bereiche einen Mangel zeigen. Diese Methode ist besonders nützlich zur Diagnose der koronaren Herzkrankheit und zur Beurteilung des Ausmaßes eines Herzinfarkts robidium 82. Wird durch den Zerfall von Strontium 82 in sogenannten Generatoren erzeugt der Patient oder die Patientin erhält kurz vor der Untersuchung frisch hergestelltes Rubidium 82, das sich rasch im Herzmuskel anreichert und dann mit einem Pet Scanner bildlich dargestellt wird. Die extrem kurze Halbwertszeit von 75 Sekunden ist dabei ein Vorteil.

21:10 Die Strahlenbelastung für die untersuchte Person ist minimal, weil das Isotop so schnell zerfällt. Robidium in der Forschung Quantensensorik und die Zukunft über Atomuhren und Bose Einstein Kondensate hinaus spielt Robidium in einer weiteren zukunftsweisenden Technologie eine Rolle, der Quantensensorik. Quantensensoren nutzen die außergewöhnliche Empfindlichkeit von Quantensystemen gegenüber äußeren Einflüssen, um physikalische Größen mit bisher unerreichter Präzision zu messen.

21:50 Robidiumatome werden in sogenannten Atominterferometern eingesetzt, Geräten, die die Wellennatur von Atomen nutzen. Um Beschleunigungen, Rotationen, Gravitationsfelder und elektromagnetische Felder zu messen, Atominterferometer auf Rubidiumbasis erreichen Empfindlichkeiten, die selbst die besten klassischen Sensoren übertreffen.

22:17 Anwendungen umfassen hochpräzise Navigationssysteme, die ohne GPS Signal funktionieren die Suche nach dunkler Materie. Die Messung der Erdbeschleunigung für geologische Kartierungen und die Tests grundlegender physikalischer Theorien wie der Allgemeinen Relativitätstheorie. Besonders spannend ist der Einsatz von Rubidium Atominterferometern in der Geodäsie, die präzise Messung lokaler Gravitationsanomalien erlaubt es, unterirdische Strukturen wie Hohlräume, Wasserreservoire oder Erzlagerstätten zu kartieren. Ohne einen einzigen Spatenstich.

22:58 Diese Technologie könnte revolutionäre Anwendungen in der Archäologie, im Bergbau und in der Hydrologie haben. Die Europäische Raumfahrtbehörde ESA und die NASA erforschen den Einsatz von Rubidium basierten Quantensensoren auf Satelliten, um die Schwerkraftfelder der Erde, des Mondes und anderer Himmelskörper mit bisher unerreichter Präzision zu kartieren. Ein kleines Element, eine große Verantwortung rubidium ist kein glamouröses Element.

23:35 Es glänzt nicht wie Gold, es leuchtet nicht wie Phosphor, es hat keine jahrtausendealte Geschichte wie Eisen oder Kupfer, es ist ein unscheinbares, weiches Metall, das sofort reagiert, wenn man es der Luft aussetzt und das die meisten Menschen noch nie in Händen gehalten haben. Und doch steckt in diesem Element eine Geschichte, die von der Präzision menschlichen Denkens erzählt.

24:02 Von Bunsen und Kirchhoff, die das Licht in seine Farben zerlegten und darin ein neues Element erkannten, von Cornell und Wieman, die robidium Atome fast bis auf den absoluten Nullpunkt abkühlten und dabei die Quantenmechanik sichtbar machten. Von den Ingenieurinnen und Ingenieuren, die winzige Rubidiumuhren in Satelliten einbauten, damit wir uns auf dieser Erde orientieren, können die Elemente des Periodensystems sind kein abstraktes Lehrbuchwissen, sie sind die Bausteine der Welt, in der wir leben, der Steine unter unseren Füßen, der Luft in unseren Lungen, der Technologie, in unseren Taschen.

24:49 Robidium erinnert uns daran, dass selbst das Unscheinbare eine tiefe Bedeutung haben kann, wenn man genau hinschaut und genau hinzuschauen. Das ist auch das, was unsere Zeit verlangt, wenn es um diese Erde geht, die Erde, deren Gesteine Robidium enthalten und deren alter Robidium messen hilft, die Erde der. Deren Atmosphäre wir verändern, deren Ökosysteme wir belasten und deren demokratische Gesellschaften das einzige Werkzeug sind, das wir haben, um diesen Veränderungen koordiniert zu begegnen.

25:29 Die Wissenschaft zeigt uns, was ist die Demokratie ermöglicht uns, gemeinsam zu entscheiden, was sein soll, beides zu schützen. Die Erde und die freien Gesellschaften, die auf ihr entstanden sind, ist keine sentimentale Geste. Es ist die Nüchternste und vernünftigste Konsequenz aus allem, was uns die Wissenschaft über diese Welt gelehrt hat. Das tiefrot leuchtende Element erinnert uns daran, Licht ist Information und Information ist Verantwortung. Das war die heutige Wissensreise durch das Periodensystem der Elemente.

26:11 Ich hoffe das tiefrot leuchtende Rubidium hat dich ein wenig in Staunen versetzt über ein Element, das in GPS Satelliten die Zeit misst, in Quanten, laboren, Geschichte schreibt und in den Gesteinen der Erde die Zeit selbst bewahrt. Wenn dir diese Folge gefallen hat, hinterlasse bitte eine Bewertung. Jede Einzelne hilft uns, weitere Reisen durch das Periodensystem zu Unternehmen, bis zur nächsten Folge.