در سال 1861، روش فیزیکی که اخیراً برای مطالعه مواد اختراع شده است - آنالیز طیفی - بار دیگر قدرت و قابلیت اطمینان خود را به عنوان تضمین آینده ای عالی در علم و فناوری نشان داد. با کمک آن، دومین عنصر شیمیایی ناشناخته، روبیدیوم، کشف شد. سپس با کشف قانون تناوبی در سال 1869 توسط D. I. Mendeleev، روبیدیم به همراه عناصر دیگر جای خود را در جدول گرفت که نظمی به علم شیمی داد.
بررسی بیشتر روبیدیم نشان داد که این عنصر دارای تعدادی خواص جالب و ارزشمند است. ما در اینجا به مشخص ترین و مهم ترین آنها خواهیم پرداخت.
ویژگی های کلی یک عنصر شیمیایی
روبیدیم دارای عدد اتمی 37 است، یعنی در اتم های آن، ترکیب هسته ها شامل چنین تعداد ذرات با بار مثبت - پروتون ها است. به ترتیبیک اتم خنثی 37 الکترون دارد.
نماد عنصر - Rb. در سیستم تناوبی، روبیدیم به عنوان عنصری از گروه I طبقه بندی می شود، دوره پنجم است (در نسخه کوتاه دوره جدول، به زیر گروه اصلی گروه I تعلق دارد و در ردیف ششم قرار دارد). این یک فلز قلیایی است، یک ماده کریستالی نرم، بسیار قابل ذوب، نقره‌ای سفید است.
تاریخچه کشف
افتخار کشف عنصر شیمیایی روبیدیم به دو دانشمند آلمانی تعلق دارد - شیمیدان رابرت بونسن و فیزیکدان گوستاو کیرشهوف، نویسندگان روش طیف سنجی برای مطالعه ترکیب ماده. پس از استفاده از تجزیه و تحلیل طیفی که منجر به کشف سزیم در سال 1860 شد، دانشمندان به تحقیقات خود ادامه دادند و سال بعد، هنگام مطالعه طیف کانی لپیدولیت، دو خط قرمز تیره ناشناس را کشف کردند. به لطف سایه مشخصه قوی ترین خطوط طیفی است که با استفاده از آن می توان وجود عنصری را که قبلاً ناشناخته بود مشخص کرد، نام خود را به دست آورد: کلمه rubidus از لاتین به عنوان "سرمه ای، قرمز تیره" ترجمه شده است.
در سال 1863، بونسن اولین کسی بود که روبیدیوم فلزی را با تبخیر مقدار زیادی محلول، جداسازی نمک‌های پتاسیم، سزیم و روبیدیم و در نهایت کاهش فلز با استفاده از دوده از آب چشمه‌های معدنی جدا کرد. بعدها، N. Beketov موفق شد روبیدیم را با استفاده از پودر آلومینیوم از هیدروکسید خود بازیابی کند.
ویژگی فیزیکی عنصر
روبیدیم یک فلز سبک است، دارایچگالی 1.53g/cm3(در دمای صفر). کریستال هایی را با یک شبکه مکعبی در مرکز بدن تشکیل می دهد. روبیدیم تنها در دمای 39 درجه سانتیگراد ذوب می شود، یعنی در دمای اتاق، قوام آن در حال حاضر نزدیک به خمیری است. این فلز در دمای 687 درجه سانتیگراد می جوشد و بخارات آن به رنگ آبی مایل به سبز است.
روبیدیم یک پارامغناطیس است. از نظر رسانایی، بیش از 8 برابر جیوه در دمای 0 درجه سانتیگراد برتر است و تقریباً به همان اندازه از نقره پایین تر است. مانند سایر فلزات قلیایی، روبیدیم آستانه اثر فوتوالکتریک بسیار پایینی دارد. برای برانگیختن یک جریان نوری در آن، پرتوهای نور قرمز با طول موج بلند (یعنی فرکانس پایین و حامل انرژی کمتر) کافی است. از این نظر، فقط سزیم از نظر حساسیت از آن پیشی می‌گیرد.
ایزوتوپ
روبیدیم دارای وزن اتمی 85.468 است. این ایزوتوپ در طبیعت به شکل دو ایزوتوپ وجود دارد که از نظر تعداد نوترون در هسته متفاوت هستند: روبیدیم-85 بیشترین نسبت (72.2٪) را تشکیل می دهد. مقدار بسیار کمتر - 27.8٪ - روبیدیوم-87. هسته اتم آنها علاوه بر 37 پروتون، به ترتیب حاوی 48 و 50 نوترون است. ایزوتوپ سبک تر پایدار است، در حالی که روبیدیم-87 نیمه عمر عظیمی معادل 49 میلیارد سال دارد.
در حال حاضر، چندین ده ایزوتوپ رادیواکتیو از این عنصر شیمیایی به طور مصنوعی به دست آمده است: از روبیدیوم-71 فوق سبک تا روبیدیوم-102 که با نوترون ها بارگذاری شده است. نیمه عمر ایزوتوپ های مصنوعی از چند ماه تا 30 نانوثانیه متغیر است.
خواص شیمیایی اساسی
همانطور که در بالا ذکر شد، در یک سری از عناصر شیمیایی، روبیدیم (مانند سدیم، پتاسیم، لیتیوم، سزیم و فرانسیم) متعلق به فلزات قلیایی است. ویژگی پیکربندی الکترونیکی اتم های آنها، که خواص شیمیایی را تعیین می کند، وجود تنها یک الکترون در سطح انرژی خارجی است. این الکترون به راحتی اتم را ترک می کند و یون فلزی در همان زمان یک پیکربندی الکترونیکی مطلوب از عنصر بی اثر جلوی آن در جدول تناوبی به دست می آورد. برای روبیدیوم، این پیکربندی کریپتون است.
بنابراین، روبیدیم، مانند سایر فلزات قلیایی، دارای خواص کاهشی و حالت اکسیداسیون +1 است. خواص قلیایی با افزایش وزن اتمی آشکارتر می شود، زیرا شعاع اتم نیز افزایش می یابد، و بر این اساس، پیوند بین الکترون خارجی و هسته ضعیف می شود، که منجر به افزایش فعالیت شیمیایی می شود. بنابراین، روبیدیم از لیتیوم، سدیم و پتاسیم فعال تر است و سزیم نیز به نوبه خود از روبیدیم فعال تر است.
با خلاصه کردن همه موارد بالا در مورد روبیدیم، عنصر را می توان مانند شکل زیر تجزیه کرد.
ترکیبات تشکیل شده توسط روبیدیم
در هوا، این فلز به دلیل واکنش استثنایی که دارد، با اشتعال به شدت اکسید می شود (شعله به رنگ بنفش مایل به صورتی است). در طی واکنش، سوپراکسید و پراکسید روبیدیم تشکیل می‌شوند که ویژگی‌های عوامل اکسید کننده قوی را نشان می‌دهند:
- Rb + O2 → RbO2.
- 2Rb + O2 →Rb2O2.
اگر دسترسی اکسیژن به واکنش محدود باشد اکسید تشکیل می شود:
- 4Rb + O2 → 2Rb2O.
این یک ماده زرد رنگ است که با آب، اسیدها و اکسیدهای اسید واکنش می دهد. در حالت اول، یکی از قوی ترین قلیایی ها تشکیل می شود - هیدروکسید روبیدیم، در بقیه - نمک ها، به عنوان مثال، سولفات روبیدیم Rb2SO4 ، که بیشتر آنها محلول هستند.
حتی شدیدتر، همراه با یک انفجار (از آنجایی که روبیدیم و هیدروژن آزاد شده فوراً مشتعل می شوند)، فلز با آب واکنش می دهد، که هیدروکسید روبیدیم را تشکیل می دهد، یک ترکیب بسیار تهاجمی:
- 2Rb + 2H2O → 2RbOH +H2.
روبیدیم یک عنصر شیمیایی است که همچنین می تواند مستقیماً با بسیاری از غیر فلزات - با فسفر، هیدروژن، کربن، سیلیکون و هالوژن ها واکنش نشان دهد. هالیدهای روبیدیوم - RbF، RbCl، RbBr، RbI - به راحتی در آب و در برخی از حلال های آلی مانند اتانول یا اسید فرمیک محلول هستند. برهم کنش فلز با گوگرد (مالش با پودر گوگرد) به صورت انفجاری رخ می دهد و منجر به تشکیل سولفید می شود.
همچنین ترکیبات کم محلول روبیدیم مانند پرکلرات RbClO4 وجود دارد که در تجزیه و تحلیل برای تعیین این عنصر شیمیایی استفاده می شود.
بودن در طبیعت
روبیدیم عنصر کمیاب نیست. تقریباً در همه جا یافت می شود، شاملترکیب بسیاری از مواد معدنی و سنگ ها و همچنین در اقیانوس ها، در آب های زیرزمینی و رودخانه ها وجود دارد. در پوسته زمین، محتوای روبیدیم به مقدار کل محتوای مس، روی و نیکل می رسد. با این حال، برخلاف بسیاری از فلزات بسیار کمیاب‌تر، روبیدیم یک عنصر بسیار کمیاب است، غلظت آن در سنگ بسیار کم است و کانی‌های خود را تشکیل نمی‌دهد.
در ترکیب مواد معدنی، روبیدیم در همه جا با پتاسیم همراه است. بیشترین غلظت روبیدیم در لپیدولیت ها یافت می شود، مواد معدنی که به عنوان منبع لیتیوم و سزیم نیز عمل می کنند. بنابراین روبیدیم همیشه در مقادیر کم در جایی که سایر فلزات قلیایی یافت می شود وجود دارد.
کمی در مورد استفاده از روبیدیم
شرح مختصر شیمی. عنصر روبیدیم را می توان با چند کلمه در مورد نواحی استفاده از این فلز و ترکیبات آن تکمیل کرد.
روبیدیم در تولید فتوسل استفاده می شود، در فناوری لیزر، بخشی از برخی آلیاژهای ویژه برای فناوری موشک است. در صنایع شیمیایی از نمک های روبیدیم به دلیل فعالیت کاتالیزوری بالا استفاده می شود. یکی از ایزوتوپ های مصنوعی، روبیدیوم-86، در تشخیص نقص اشعه گاما و علاوه بر آن در صنعت داروسازی برای استریل کردن داروها استفاده می شود.
ایزوتوپ دیگر، روبیدیم-87، در زمین شناسی استفاده می شود، جایی که از آن برای تعیین سن قدیمی ترین سنگ ها به دلیل نیمه عمر بسیار طولانی آن (روش روبیدیم- استرانسیوم) استفاده می شود.
اگر چندین دههدر حالی که زمانی اعتقاد بر این بود که روبیدیم یک عنصر شیمیایی است که بعید است دامنه آن گسترش یابد، اکنون چشم اندازهای جدیدی برای این فلز در حال ظهور است، به عنوان مثال، در کاتالیز، در واحدهای توربین با دمای بالا، در اپتیک ویژه و در سایر زمینه ها. بنابراین روبیدیم نقش مهمی در فناوری‌های مدرن بازی می‌کند و خواهد داشت.
