铷

历史

1861年，罗伯特·威廉·本生和古斯塔夫·基尔霍夫在德国海德堡，利用光谱仪在锂云母中发现了铷元素。由于其发射光谱呈现出多条鲜明的红线，所以他们选择了拉丁文中意为“深红色”的“rubidus”一词为它命名。
铷是锂云母中的一种次要成分。基尔霍夫和本生所处理的150公斤锂云母中，只含有0.24%的氧化铷（Rb₂O）。钾和铷都会和氯铂酸形成不可溶盐，但在热水中，两种盐的可溶性有小许差异。可溶性稍低的六氯铂酸铷（Rb₂PtCl₆）可以经分级结晶的方法取得。用氢对六氯铂酸铷进行还原后，基尔霍夫和本生获得了0.51克的氯化铷。两人之后对铷和铯进行的首次大型萃取工序用到了4万4千升矿物水，并一共提取出7.3克氯化铯和9.2克氯化铷。基尔霍夫和本生在发明光谱仪仅仅一年后就发现了铷元素。铷因此成为继铯以后第二个通过光谱学方法发现的元素。
两人用提取出的氯化铷来估计铷的原子量，得出的数值为85.36（目前受认可的数值为85.47）。他们试图对熔融氯化铷进行电解以取得单质铷，但他们取得了一种蓝色的均匀物质，且“无论在肉眼还是显微镜下都无法看出丝毫的金属成分”。他们推测这种物质是低价氯化铷（Rb₂Cl），不过它其实更可能是铷金属和氯化铷的胶体状混合物。之后，本生进行了第二次尝试，对炭化了的酒石酸铷加热，成功还原了铷金属。尽管蒸馏出的铷会在空气中自燃，但本生仍能够测量出铷的密度和熔点。1860年代所取得的密度值，与今天认可的数值只相差0.1 g/cm³，熔点值的偏差也在1 °C以内。
科学家在1908年发现了铷的微放射性，但同位素理论在1910年代才被建立起来，加上放射性铷的半衰期超过10¹⁰年，所以当时对这一现象的解释尤为困难。有关铷的衰变方式的争论一直持续到1940年代末。目前已证实，⁸⁷Rb会经β衰变成为稳定的⁸⁷Sr。
1920年代以前，铷还没有工业用途。此后，铷的最大应用在于化学和电子范畴的研究和开发。1995年，埃里克·康奈尔、卡尔·埃德温·威曼和沃尔夫冈·克特勒用铷-87实现了玻色–爱因斯坦凝聚，并因此获得了2001年的诺贝尔物理学奖。

性质

铷是一种质软、可塑性高的银白色金属。在所有非放射性碱金属元素中，铷的电负性排行第二。其熔点为39.3 °C。铷金属会在水中剧烈反应，它会和汞产生汞齐，并且会和金、铁、铯、钠和钾形成合金（但不会和锂形成合金，尽管锂和铷同属碱金属）。这些属性都和其他的碱金属相似。与反应性稍低的钾和反应性稍高的铯一样，铷和水所产生的剧烈反应通常足以燃起所释放出来的氢气。它也可以在空气中自燃。铷的电离能很低，只有406 kJ/mol。铷在焰色测试中会发出紫色，和钾非常相似，所以要用到光谱学技术才能将两者分辨开来。

化合物

氯化铷（RbCl）是最常用的铷化合物之一。在生物化学中，它可以用来促使细胞吸取DNA。由于生物体内的铷极少，且铷会被活细胞吸收而代替钾，所以它能用作一种生物标记物。氢氧化铷（RbOH）具有腐蚀性，能作为大部分用到铷的化学反应的初始化合物。其他铷化合物还包括用在某些眼镜镜片中的碳酸铷（Rb₂CO₃），以及硫酸铷铜（Rb₂SO₄·CuSO₄·6H₂O）等。碘化铷银（RbAg₄I₅）是所有已知离子晶体中，室温电导率最高的。在制造薄膜电池时可以利用这一属性。
铷的氧化物有若干种，包括氧化铷（Rb₂O）、Rb₆O和Rb₉O₂，后两种低氧化物可以在空气中燃烧。铷暴露在空气中即会产生这些氧化物。在氧气过剩的环境下，则会形成超氧化物（RbO₂）。铷和卤化物形成盐，例如氟化铷、氯化铷、溴化铷及碘化铷等。

同位素

虽然铷是一种单一同位素元素（即只有一种稳定同位素），但自然界中的铷元素却由两种同位素组成：稳定的⁸⁵Rb（占72.2%）以及放射性同位素⁸⁷Rb（占27.8%）。因此自然界中的铷具有放射性，比活性约为670 Bq/g。这样的辐射水平可以在110天内于照相底片上留下影像。除⁸⁵Rb和⁸⁷Rb之外，还有30种非自然生成的同位素。它们具有放射性，半衰期都在3个月以内。
铷-87的半衰期为48.8×10⁹年，这是宇宙年龄13.798×10⁹年的三倍有余。它是一种原生核素，在地球形成时便已存在。在矿物中，铷常会代替钾元素的位置，所以其分布广泛。⁸⁷Rb在释放一个负β粒子之后，会衰变成稳定的⁸⁷Sr，这可以用于测定岩石的年龄。在地球内部的分级结晶过程中，锶会集中在斜长石中，留下处于液态的铷。因此，在残余岩浆中铷对锶的比例会随时间增加，经活成分异作用形成铷/锶比例较高的岩石。伟晶岩中的铷/锶比例最高（10以上）。如果可以测得或推算出最初的锶含量，那么通过测量目前铷和锶的含量以及⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比例，就可以算出该岩石样本的年龄。这一年龄只有在岩石不曾受变动的情况下才等于真实的年龄值。
铷-82是其中一种人造同位素，可经锶-82的电子捕获衰变过程产生，反应的半衰期为25.36年。铷-82会再经正电子发射衰变为稳定的氪-82，半衰期为76秒。

存量

铷在地球地壳中的丰度在所有元素中排第23位，与锌相近，比铜更常见。它自然出现在白榴石、铯榴石、光卤石和铁锂云母等矿物之中，氧化铷大约占这些矿物的1%。锂云母中的铷含量在0.3%和3.5%之间，是铷的主要商业来源。某些含钾矿物和氯化钾都会含有不少的铷元素，有商业开采价值。
铷在海水中的浓度平均为125 µg/L。相比之下，钾的浓度则高得多（408 mg/L），铯则低得多（0.3 µg/L）。
由于离子半径较大，所以铷属于所谓的“不相容成分”。在熔岩结晶过程中，铷和更重的同族元素铯聚集在一起，处于液态，是最后一个结晶的成分。因此，含有铷和铯的最大矿藏，都是经由这种浓缩过程所形成的伟晶岩矿带。由于铷会在结晶时代替钾的位置，所以其浓缩的程度远低于铯。从含有铯榴石的伟晶岩中可开采出铯，从锂云母中可开采出锂，过程中也会产生铷作副产品。
铷的主要矿藏包括：位于加拿大曼尼托巴省伯尼克湖的铯榴石矿藏，以及意大利厄尔巴岛上的铷长石（(Rb,K)AlSi₃O₈）矿藏，其铷含量高达17.5%。以上两处同时也是铯的来源。

生产

虽然铷在地壳中比铯更常见，但其应用不广，加上缺乏一种富含铷的矿物，所以各种铷化合物的年产量只有2至4吨。分离钾、铷和铯的方法有若干种。对铷矾和铯矾重复进行分级结晶，30次以后便可获得纯铷矾。另外两种方法分别利用氯锡酸盐和亚铁氢化物。
1950至1960年代，钾生产过程中一种称为“Alkarb”的副产品曾经是铷元素的主要来源。Alkarb含21%的铷，其余大部分是钾，另有少量铯。如今，铷是铯开采过程中的一种副产品，加拿大曼尼托巴省的铯榴石矿就是其中一例。

应用

铷化合物有时会被添加在烟花当中，使它发出紫光。铷可以用在磁流体发动机和热传导发电机中：高温下形成的铷离子经过磁场，作用就像发电机中的电枢，因而产生电流。用它制成的激光二极管价廉，且激光波长范围适宜，维持高蒸气压所需的温度也在中等范围内，所以铷（特别是⁸⁷Rb）是激光冷却和玻色–爱因斯坦凝聚应用上最常用的一种原子。
科学家曾用铷对³He进行极化，这样产生的³He气体拥有单一方向，而不是随机方向的核自旋。激光对铷气体进行光抽运，极化了的铷就会通过超精细交互作用使³He极化。这样自旋极化了的³He气体可以用在中子极化测量中，或用于制造极化中子作其他用途。
原子钟的共振元件可以利用铷的能级的超精细结构，因此铷已被应用在高精度计时上。全球定位系统（GPS）常利用铷频率标准来生成一个比铯频率标准更精准、成本更低的“主频率标准”。这种铷频率标准在电信工业中有大规模的生产。
铷的其他潜在应用包括：蒸汽涡轮中的工作流体、真空管中的吸气剂以及光度感应器元件等。铷是一些特殊玻璃的成分，也可用于制造超氧化物。它能够在细胞中代替钾的位置，所以能被用来研究离子通道。铷气体还被用于原子磁强计中。科学家正在用⁸⁷Rb，连同其他碱金属，来开发无自旋交换弛豫（SERF）原子磁强计。
铷-82可用于正电子发射电脑断层扫描。铷和钾相似，所以含有大量钾的生物组织也会积聚具放射性的铷元素。这一原理主要应用在心肌灌注成像。铷-82的半衰期只有76秒，所以必须从靠近病人的锶-82衰变而得。由于脑肿瘤的血脑屏障有所变异，所以肿瘤会比正常脑组织更容易积累铷。核医学可以利用这一原理对肿瘤进行定位和照相。
科学家曾做过实验，以研究铷对患有躁郁症和抑郁症的病人有何影响。透析治疗期间患上抑郁症的病人体内缺少铷，所以补充铷元素可能可以舒缓抑郁症。在某些试验中，病人须连续60天摄入720 mg的氯化铷。