عنصر روبیدیم (Rubidium) با نماد شیمیایی Rb، یکی از عناصر شیمیایی جدول تناوبی است که عدد اتمی آن ۳۷ می باشد. این عنصر در حقیقت سی و هفتمین عنصر از جدول مندلیف بوده که در پایین گروه فلزات قلیایی قرار دارد. در واقع عنصر روبیدیوم یک فلز نرم به رنگ سفید مایل به نقره ای است که در تناوب پنجم و گروه فلزات قلیایی جدول تناوبی قرار گرفته است. این فلز با عناصر لیتیم (Li)، سدیم (Na)، پتاسیم (K)، سزیم (Cs)، و فرانسیم (Fr)، در گروه یک اصلی (IA) جدول تناوبی قرار گرفته است. در ادامه این مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک به بررسی عنصر روبیدیم پرداخته می شود. لطفا با ما همراه باشید.
فهرست مطالب این مقاله
۱- تاریخچه کشف عنصر روبیدیم
۲- پیدایش و منابع عنصر شماره ۳۷ جدول تناوبی
۳- ویژگی های فیزیکی و شیمیایی عنصر روبیدیم
۴- ایزوتوپ های عنصر روبیدیم
۵- کاربرد های عنصر روبیدیم
۶- ترکیبات عنصر روبیدیم
۷- خطرات عنصر روبیدیم بر روی سلامتی انسان
۸- طریقه نگهداری عنصر روبیدیوم
تاریخچه کشف عنصر روبیدیم
عنصر روبیدیوم برای اولین بار در سال ۱۸۶۱، توسط دو دانشمند برجسته آلمانی یعنی رابرت بونزن (Robert Bunsen) شیمیدان و گوستاو کیرشهف (Gustav kirchhoff) فیزیکدان به وسیله طیف سنجی در کانی لپیدولیت (Lepidolite) کشف شد. این دو دانشمند در ادامه بررسی های خود درباره طیف کانی ها، دو خط نا شناس را در طیف لپیدولیت ساکسونی به رنگ قرمز تیره مشاهده کردند. از این رو، نام این عنصر جدید را روبیدیم (که از کلمه لاتینی روبیدیوس به معنای قرمز تیره مشتق شده است) گذاشتند. در حقیقت نام انگلیسی یاقوت (یا همان روبی) نیز از همین کلمه لاتین گرفته شده است. ذکر این نکته حایز اهمیت است که یاقوت به شکل واقعی قرمز رنگ است، در حالیکه روبیدیم مثل دیگر فلزات، رنگ سفید نقره ای دارد.
این عنصر تا سال ۱۹۲۰ مصرف زیادی در صنعت نداشت. مهمترین کاربرد روبیدیوم تا آن زمان تنها در مطالعات و تحقیقات آزمایشگاهی بوده است. در حالیکه می توان گفت که بیشترین کاربرد آن امروزه در صنایع شیمی و الکترونیک است.
پیدایش و منابع عنصر شماره ۳۷ جدول تناوبی
عنصر روبیدیم از لحاظ فراوانی در سطح پوسته زمین، شانزدهمین عنصر محسوب می شود. این عنصر به شکل طبیعی در معادن بوجود می آید. حدود یک درصد روبیدیوم به صورت اکسید است. منبع تجاری این عنصر، کانی لپیدولیت است که حدود ۱/۵ درصد روبیدیوم دارد. علاوه بر آن، تعدادی از کانی های پتاسیم و همچنین کلرید های پتاسیم نیز دارای مقدار زیادی از عنصر روبیدیوم می باشند.
نمک های روبیدیم معمولا در آب اقیانوس ها، دریا ها و دریاچه ها پیدا می شوند. غلظت این عنصر در دریای سیاه و دریای خزر زیاد است. علاوه بر آن، مقدار ناچیزی از روبیدیم در بسیاری از گونه های گیاهی همچون تنباکو، علف دریایی، برگ چای، دانه قهوه، نیشکر، چغندر قند، انگور و برخی از مرکبات نیز وجود دارد. همانطور که قبلا بیان شد، کانی های معدنی متعددی نیز وجود دارند که حاوی یک درصد اکسید روبیدیم می باشند.
ویژگی های فیزیکی و شیمیایی عنصر روبیدیم
خصوصیات قابل توجه روبیدیم از ساختار اتمی ([۳۶Kr] 5s۱ ) آن ناشی می شود. همانند دیگر فلزات قلیایی، تنها یک الکترون در دورترین لایه الکترونی روبیدیم وجود دارد. فاصله این الکترون تنها تا هسته، نسبت به فاصله الکترون های نظیر در سایر فلزات قلیایی از جمله اتم های لیتیم، سدیم و یا پتاسیم بیش تر است. بنابراین این الکترون لایه ظرفیت به آسانی جذب سایر اتم ها می شود. دقت داشته باشید که نسبت به اتم روبیدیوم، فقط اتم سزیم، الکترون خود را راحت تر از دست می دهد. فلز روبیدیم در برابر نور نیز می تواند الکترون از دست بدهد. به این ویژگی، اثر فوتونی گفته می شود که در حقیقت مشخصه بسیاری از فلزات است. اما توجه داشته باشید که هیچکدام از آنها نمی توانند در این زمینه با فلزات روبیدیم و سزیم رقابت کنند.
دقت داشته باشید که به محض آنکه روبیدیم با هوا تماس پیدا کند، فورا مشتعل می شود. در این صورت با یک شعله ارغوانی مایل به صورتی می سوزد. در نهایت به صورت گردی زرد رنگ (سوپروکسید روبیدیم) خواهد شد. نکته بسیار مهم اینست که این آتش را نباید هرگز با آب خاموش نمود. زیرا عنصر روبیدیم به شدت با آب واکنش می دهد و حتی احتمال انفجار نیز وجود دارد. زیرا در صورت واکنش با آب، هیدروژن های آتشین از خود آزاد نموده که این هیدروژن های تفکیک شده از اکسیژن نیز خیلی سریع شعله ور می شوند. علاوه بر این، این عنصر در مجاورت با آتش، شعله ای بنفش رنگ ایجاد می کند.
از دیگر ویژگی های عنصر شماره ۳۷ جدول تناوبی می توان به موارد زیر اشاره کرد.
- عنصر روبیدیوم، دومین عنصر از عناصر قلیایی است که الکترون مثبت دارد.
- این فلز، بسیار سبک است و می توان گفت حتی سبک تر از عنصر منیزیم می باشد. همچنین مانند موم نرم است.
- حالت فیزیکی آن در دمای ۲۵ درجه سلسیوس و فشار ۱ اتمسفر به صورت جامد است.
- دارای نقطه ذوب نسبتا پایینی دارد. دقت داشته باشید که استفاده از عنصر روبیدیم در مناطق گرمسیری توصیه نمی شود. زیرا این فلز در دمای ۳۸/۹ درجه سلسیوس ذوب می گردد. در واقع در چنین مناطق گرمسیری، در جلوی چشم انسان از حالت جامد به مایع تبدیل خواهد شد.
- دمای جوش این عنصر، ۶۸۸ درجه سانتی گراد است.
- این عنصر به صورت خود به خودی در هوا آتش گرفته و می سوزد.
- عنصر روبیدیم در هوا به سرعت اکسید می شود.
- همچون سایر فلزات قلیایی می تواند با مس ترکیب شده و امالگام بوجود آورد. همچنین با جیوه نیز ملغمه تشکیل می دهد.
- فلز روبیدیم معمولا با طلا، سدیم، پتاسیم و سزیم آلیاژ می شود.
- ساختار بلوری آن به شکل مکعبی مرکز پر (bcc) است. این عنصر آلوتروپ ندارد.
- جرم اتمی روبیدیم برابر با ۸۵.۴۶۷۸ g/mol است. چگالی آن نیز برابر با ۱.۵۳۲ g/cm۳ می باشد.
- یون های روبیدیم معمولا عدد اکسایش برابر با اعداد ۱+، ۰ و ۱- را دارند. اما همانطور که می دانید بعضی از اعداد اکسایش یک عنصر متداول تر می باشند درباره عنصر روبیدیم، اعداد اکسایش ۱+ و ۰ متداول تر اند.
- انرژی یونیزه شدن آن بسیار پایین است و برابر با ۴۰۶ kJ/mol است.
ایزوتوپ های عنصر روبیدیم
همانطور که می دانید ایزوتوپ های یک عنصر، تنها در تعداد نوترون ها با یکدیگر تفاوت دارند. روبیدیمی که در طبیعت وجود دارد دارای دو ایزوتوپ ۸۵Rb (72.17 %) و ۸۷Rb (27.83 %) است. ایزوتوپ ۸۵Rb یک ایزوتوپ پایدار است، در حالیکه ۸۷Rb یک ایزوتوپ پرتوزاست. علاوه بر آن، ۲۴ ایزوتوپ بی ثبات مصنوعی روبیدیوم نیز شناخته شده است. این ایزوتوپ ها، نیمه عمری برابر با سه ماه دارند. دقت داشته باشید که بسیاری از آنها بسیار پرتوزا بوده و از این رو، کاربرد کمی هم خواهند داشت. لازم به ذکر است که ایزوتوپ های روبیدیم و استرانسیوم این امکان را به دانشمندان داده اند، تا بتوانند عمر سنگ های ما قبل تاریخ را در گرینلند تعیین نمایند.
کاربرد های عنصر روبیدیم
از آنجاییکه روبیدیوم به راحتی یونیزه می شود، پس در موتور های یونی به عنوان مثال در وسایل نقلیه فضایی کاربرد دارد. در شیمی آلی، از نمک های این فلز به عنوان کاتالیزور بهره می برند. کاتالیزور های روبیدیمی جهت واکنش های آب گیری، هیدروژن دهی، پلیمریزاسیون و برخی دیگر از واکنش های ترکیبی بکار می روند. لازم به ذکر است که سال ها پیش، از کربنات روبیدیم در تولید روغن های مصنوعی استفاده می کردند. علاوه بر آن، مقدار بسیار کمی از ترکیبات روبیدیومی، در شیمی تجزیه و برای شناسایی عناصری مانند منگنز، زیرکونیم و فلزات نجیب استفاده می شود.
نمک های روبیدیم همچنین بخشی از مواد ویژه ای هستند که در دستگاه های نوری کاربرد دارند. این مواد در مقابل پرتو فروسرخ شفاف می باشند. بنابراین می توانند در تولید لامپ های درخششی و همچنین سایر لامپ های پرتو کاتدی مصرف شوند. عنصر روبیدیم می تواند به عنوان ماده سیال در توربین بخار، به عنوان دریافت کننده در لوله خلا و به عنوان اجزا فتوسل کاربرد داشته باشد. این فلز قادر است که در برخی از دستگاه های تحت خلا، به عنوان ماده جاذب گاز عمل کند. از طرفی دیگر، در دستگاه های مغناطیس سنج و همچنین معیار سنجش زمان و بسامد (فرکانس)، نقش ماده معروف به ماده فعال را بازی کند.
نکته جالب
از دیگر کاربرد های این عنصر می توان به کاربردش در دارو های خواب آور، دارو های مسکن و همچنین در مداوای بیماری صرع اشاره کرد. این فلز همچنین در ساخت شیشه های مخصوص بکار می رود. همانطور که در بخش قبلی بیان شد، به کمک آن می توان عمر تقریبی سیاره زمین را تخمین زد. با قاطعیت می توان گفت که کاربرد های روبیدیم در سال های آینده، بسیار گسترش می یابد. اما از آن جهت که امروزه این فلز درکارهای صنعتی و تجاری زیادی استفاده نمی شود، پس معادن آن نسبتا محدود هستند. به همین دلیل، قیمت این فلز در بازار های بین المللی متاسفانه بسیار بالاست.
ترکیبات عنصر روبیدیم
کلرید روبیدیم (RbCl) در حقیقت پرکاربرد ترین ترکیب از عنصر روبیدیوم محسوب می شود. ترکیب مشهور بعدی اکسید های روبیدیم می باشند. از جمله اکسید های روبیدیم می توان به اکسید های Rb۲O ، Rb۶O و Rb۹O۲ اشاره کرد. دقت داشته باشید که اگر میزان اکسیژن محیط زیاد باشد، فلز روبیدیم می تواند به صورت یک سوپر اکسید RbO۲ تشکیل شود. این فلز همچنین می تواند علاوه بر کلر، با دیگر هالوژن ها نیز واکنش دهد و در نتیجه نمک های فلوئورید روبیدیم، برمید روبیدیم و یدید روبیدیم را ایجاد کند. اشکال دیگر روبیدیم عبارتند از :
- هیدرید روبیدیم (RbH)
- ماده خورنده هیدروکسید روبیدیم (RbOH)
- کربنات روبیدیم (RbCO3)
- سولفات مس روبیدیم ( CuSO4. 6H2O)
- یدید نقره روبیدیم (RbAg۴I۵)
خطرات عنصر روبیدیم بر روی سلامتی انسان
بزرگسالان معمولا به طور متوسط، حدود ۳۶ گرم روبیدیم در بدن خود دارند. ذکر این نکته اهمیت دارد که موجودات زنده برای ادامه زندگی خود به آن نیاز ندارند. اما این فلز به صورت فعال به وسیله گیاهان و حیوانات جذب می شود. این عنصر در بدن انسان مانند پتاسیم می باشد. بنابرابن مثل یون های پتاسیم که در سامانه های زنده نقش مهمی دارند، رفتار خواهد کرد. از این رو، روبیدیم در اغلب موارد در مایع سلولی وجود دارد.
فلز روبیدیم نسبتا سمی است. اگر مشتعل شود، باعث سوختگی می شود. این فلز به آسانی می تواند با رطوبت پوست واکنش دهد. در این صورت هیدروکسید روبیدیم تشکیل شده که قادر است سبب سوختگی شیمیایی چشم و پوست گردد. از جمله علائم و نشانه های مسمومیت اینست که پوست و چشم می سوزد. مسمومیت با این فلز می تواند مانع از افزایش وزن، سبب بی نظمی، باعث حساسیت بیش از اندازه، زخم شدن پوست و همچنین عصبانیت بیش از اندازه گردد. علاوه بر آن می تواند سبب آسیب های قلبی و عدم توازن پتاسیم نیز خواهد شد.
طریقه نگهداری عنصر روبیدیوم
لازم به ذکر است که اگر روبیدیم را در ظرفی شیشه ای قرار دهید، می تواند ظرف شیشه ای را از بین ببرد. در واقع در دما های بالا (مثلا ۳۰۰ درجه سلسیوس و همچنین بیش تر) این فلز به سرعت ظرف شیشه‌ای را می خورد. به عبارت دیگر، سیلیسیم را از اکسید سیلیسیم و سیلیکات ها جدا می کند. بنابراین به اجبار باید روبیدیم را در لوله هایی از جنس شیشه مخصوص نگه داری کرد. این لوله ها می توانند از خود در برابر روبیدیم دفاع نموده و مقاومت کنند. از طرفی دیگر همانگونه که گفته شد، این عنصر به شدت با آب واکنش می دهد. بنابراین جهت نگهداری شکل خالص این عنصر با امنیت بالا، باید حتما زیر روغن های معدنی در شرایط خشک در خلا یا هوای بی اثر نگهداری شود.
