루비듐

3. 특징

루비듐은 아주 부드럽고, 연성을 가진 은백색의 물질이다. 비방사성 알칼리 금속 중 두 번째로 양전기를 띤다. 다른 알칼리 금속과 비슷하게 물과 격렬하게 반응하며 수은, 금, 철, 세슘, 칼륨과 아말감을 형성하지만, 리튬과는 아말감을 형성하지 않는다. 약한 방사성인 칼륨과 강한 방사성인 세슘처럼, 물과 루비듐의 반응은 수소 기체를 점화할 수 있을 만큼 강력하다. 루비듐은 공기 중에서 자발적으로 점화한다고 보고된 적이 있다.^[134] 406 kJ/mol의 아주 작은 이온화 에너지를 가지고 있다.^[135] 루비듐과 칼륨은 불꽃 실험에서 아주 비슷한 보라색을 나타내므로, 분광학이 필요하다.

3. 1. 물리적 성질

3. 2. 화학적 성질

4. 동위 원소

루비듐은 단일 동위원소 원소이지만, 지구 지각의 루비듐은 안정한 ⁸⁵Rb(72.2%)와 방사성인 ⁸⁷Rb(27.8%)의 두 동위원소로 구성되어 있다.^[14] 천연 루비듐은 방사성이며, 약 670 Bq/g의 비활동도를 가지고 있어 110일 이내에 사진 필름을 상당히 노출시킬 수 있다.^[15][16] 30개 이상의 추가적인 루비듐 동위원소가 합성되었으며, 반감기는 3개월 미만이다. 대부분은 매우 방사성이 강하며, 활용도가 거의 없다.^[17]87Rb은 년의 반감기를 가지고 있으며, 이는 년인 우주의 나이의 세 배가 넘는다.^[18] 따라서 원시 핵종이다. 이것은 광물에서 칼륨을 쉽게 대체하므로 상당히 널리 분포되어 있다. Rb는 암석 연대 측정에 광범위하게 사용되어 왔으며, ⁸⁷Rb는 안정한 ⁸⁷Sr로 베타 붕괴한다. 분별 결정작용 동안 Sr은 사장석에 집중되는 경향이 있으며, Rb는 액체 상에 남아 있다. 따라서 잔류 마그마의 Rb/Sr 비율은 시간이 지남에 따라 증가할 수 있으며, 진행되는 분화 작용은 Rb/Sr 비율이 높은 암석을 생성한다. 가장 높은 비율(10 이상)은 페그마타이트에서 나타난다. 초기 Sr의 양을 알거나 추정할 수 있다면, Rb와 Sr의 농도와 ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 비율을 측정하여 연대를 결정할 수 있다. 암석이 이후에 변형되지 않았다면( 루비듐-스트론튬 연대 측정 참조) 이 날짜는 광물의 실제 연대를 나타낸다.^[19][20]

루비듐의 비천연 동위원소 중 하나인 루비듐-82는 25.36일의 반감기를 가진 스트론튬-82의 전자 포획 붕괴에 의해 생성된다. 76초의 반감기를 가진 루비듐-82는 양전자 방출에 의해 안정한 크립톤-82로 붕괴한다.^[14]

5. 존재

루비듐은 지각에서 23번째로 풍부한 원소이며, 아연과 비슷한 정도로 풍부하고, 구리보다는 약간 더 흔하다.^[21][73] 자연에서는 백류석, 폴루사이트, 카날라이트, 진왈다이트 등의 광물에 산화물 형태로 최대 1% 정도 포함되어 있다. 리시아운모는 0.3%에서 3.5%의 루비듐을 포함하고 있으며, 상업적으로 루비듐을 얻는 주요 원천이다.^[22][74] 일부 칼륨 광물과 염화칼륨에도 상업적으로 중요한 양의 루비듐이 포함되어 있다.^[23]

6. 생산

루비듐은 세슘보다 지각에 더 풍부하지만, 활용 분야가 제한적이고 루비듐이 풍부한 광물이 부족하여 루비듐 화합물의 연간 생산량은 2ton에서 4ton에 불과하다.^[21] 칼륨, 루비듐, 세슘을 분리하는 방법에는 분별 결정, 염화주석 공정, 페로시안화물 공정 등이 있다.^[21][29]

1950년대와 1960년대에는 칼륨 생산의 부산물인 알카르브(Alkarb)가 주요 루비듐 공급원이었다. 알카르브는 21%의 루비듐을 함유하고 있었으며, 나머지는 칼륨과 소량의 세슘이었다.^[30] 현재는 폴루사이트에서 부산물로 루비듐을 생산한다.^[21]

7. 용도

8. 분석

정성 분석에는 발광 스펙트럼 분석 (420~428nm에서 보라색 이중선 발광) 또는 염색 반응 (보라색 불꽃)이 사용된다.^[107] 중량 분석법으로는 황산루비듐 또는 염화루비듐으로 침전시켜 무게를 측정하는 방법이 사용된다.^{[108][109][110]} 원자흡광법(AAS) 또는 플레임 광도 분석법이 간편하게 사용되며,^[113] 이온화 억제제를 첨가하여 분석한다.^[116][114]

루비듐의 정량 분석에는 원자흡광법(AAS) 또는 플레임 광도 분석법이 가장 간편하다.^[113] 이들 측정에서 가장 고감도의 흡수 파장은 780.027 nm이다.^[114] AAS에서는 일반적으로 공기-아세틸렌 불꽃을 사용한 불꽃 원자흡광법이 사용되지만, 흑연로 원자흡광법을 사용하면 검출 한계 1.6 pg의 고감도 분석이 가능하다.^[114][115] 루비듐은 이온화 에너지가 낮기 때문에 불꽃 내에서 이온화가 심하여 분석 결과에 음의 오차가 발생하여 정량값이 낮아지므로, 시료액에 이온화 억제제로 고농도의 칼륨이나 세슘 등의 이온화되기 쉬운 원소를 첨가하여 분석한다.^[116][114]

식물체 중 루비듐 분석법의 예는 다음과 같다.

9. 화합물

염화 루비듐(RbCl)은 가장 많이 사용되는 루비듐 화합물이다. DNA를 추출하거나 생체 지표로 사용된다.^[11] 다른 일반적인 루비듐 화합물로는 부식성이 있는 수산화 루비듐(RbOH)이 있으며, 이는 대부분의 루비듐 기반 화학 공정의 원료로 사용된다. 탄산 루비듐(Rb₂CO₃)은 일부 광학 유리에 사용된다. 요오드화 은 루비듐(RbAg₄I₅)는 알려진 이온 결정 중 상온에서 가장 높은 전기 전도도를 가지고 있어 박막 배터리 등에 활용된다.^[12]

루비듐은 공기에 노출되면 일산화 루비듐(Rb₂O), Rb₆O, Rb₉O₂ 등 여러 산화물을 형성한다. 과량의 산소가 있는 환경에서는 슈퍼옥사이드인 RbO₂를 생성한다. 루비듐은 할로젠 원소와 반응하여 플루오르화 루비듐, 염화 루비듐, 브롬화 루비듐, 요오드화 루비듐 등의 염을 생성한다.^[13]

10. 안전성 및 생물학적 영향

루비듐은 물과 격렬하게 반응하여 화재를 일으킬 수 있다. 따라서 안전하게 보관하기 위해 건조한 미네랄 오일 속에 보관하거나 불활성 기체 분위기의 유리 앰플에 밀봉한다.^[59] 루비듐은 오일에 확산된 소량의 공기에 노출되더라도 과산화물을 형성하므로, 칼륨을 보관할 때와 유사한 주의가 필요하다.^[59]

인체는 Rb⁺ 이온을 칼륨 이온처럼 취급하여 세포내액에 농축시킨다.^[60] 루비듐 이온 자체는 독성이 강하지 않아서, 70kg인 사람은 평균 0.36g의 루비듐을 함유하고 있으며 이 값이 50~100배 증가하더라도 부정적인 영향을 보이지 않았다.^[61] 루비듐의 생물학적 반감기는 31~46일이다.^[62] 그러나 쥐의 근육 조직 내 칼륨의 50% 이상이 루비듐으로 대체되면 쥐는 죽었다.^[63][64]

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