في عام 1861 ، أثبتت الطريقة الفيزيائية التي تم اختراعها مؤخرًا لدراسة المواد - التحليل الطيفي - مرة أخرى قوتها وموثوقيتها ، كضمان لمستقبل عظيم في العلوم والتكنولوجيا. بمساعدتها ، تم اكتشاف العنصر الكيميائي الثاني غير المعروف سابقًا ، الروبيديوم. ثم ، مع اكتشاف د. مينديليف للقانون الدوري في عام 1869 ، احتل الروبيديوم مع عناصر أخرى مكانه في الجدول ، مما أدى إلى تنظيم العلوم الكيميائية.
أظهرت دراسة أخرى للروبيديوم أن هذا العنصر يحتوي على عدد من الخصائص القيمة والمثيرة للاهتمام. سننظر هنا في أهم ما يميزها وأهمها.
الخصائص العامة للعنصر الكيميائي
يحتوي الروبيديوم على عدد ذري يبلغ 37 ، أي في ذراته ، يتضمن تكوين النواة عددًا من الجسيمات موجبة الشحنة - البروتونات. على التوالىذرة محايدة لديها 37 إلكترون.
رمز العنصر - Rb. في النظام الدوري ، يُصنف الروبيديوم كعنصر من عناصر المجموعة الأولى ، الفترة هي الخامسة (في النسخة قصيرة المدة من الجدول ، تنتمي إلى المجموعة الفرعية الرئيسية للمجموعة الأولى وتقع في الصف السادس). إنه معدن قلوي ، وهو مادة بلورية ناعمة ، شديدة الانصهار ، فضية بيضاء.
تاريخ الاكتشاف
يعود شرف اكتشاف العنصر الكيميائي روبيديوم إلى عالمين ألمانيين - الكيميائي روبرت بنسن والفيزيائي جوستاف كيرشوف ، مؤلفا الطريقة الطيفية لدراسة تكوين المادة. بعد أن أدى استخدام التحليل الطيفي إلى اكتشاف السيزيوم في عام 1860 ، واصل العلماء أبحاثهم ، وفي العام التالي تمامًا ، عند دراسة طيف معدن lepidolite ، اكتشفوا خطين غير معروفين باللون الأحمر الداكن. بفضل الظل المميز لأقوى الخطوط الطيفية ، والذي من خلاله كان من الممكن إثبات وجود عنصر غير معروف سابقًا ، حصل على اسمه: تُرجمت كلمة rubidus من اللاتينية على أنها "قرمزي ، أحمر غامق".
في عام 1863 ، كان بنسن أول من عزل الروبيديوم المعدني من مياه الينابيع المعدنية عن طريق تبخير كمية كبيرة من المحلول ، وفصل أملاح البوتاسيوم والسيزيوم والروبيديوم ، وأخيراً تقليل المعدن باستخدام السخام. في وقت لاحق ، تمكن N. Beketov من استعادة الروبيديوم من هيدروكسيده باستخدام مسحوق الألومنيوم.
الخصائص الفيزيائية للعنصر
الروبيديوم معدن خفيف ، لديهالكثافة 1.53 جم / سم3(عند درجة حرارة صفر). تشكل بلورات بشبكة شعرية مكعبة محور الجسم. يذوب الروبيديوم عند 39 درجة مئوية فقط ، أي في درجة حرارة الغرفة ، يكون قوامه قريبًا بالفعل من العجينة. يغلي المعدن عند 687 درجة مئوية وأبخاره زرقاء مخضرة.
الروبيديوم هو بارامغناطيس. من حيث الموصلية ، فهو يتفوق بأكثر من 8 مرات على الزئبق عند 0 درجة مئوية وهو أدنى بكثير من الفضة. مثل المعادن القلوية الأخرى ، فإن الروبيديوم له تأثير كهروضوئي منخفض للغاية. لإثارة تيار ضوئي فيه ، يكون الطول الموجي الطويل (أي التردد المنخفض وحمل طاقة أقل) أشعة الضوء الأحمر كافية. في هذا الصدد ، يتجاوزه السيزيوم فقط في الحساسية.
النظائر
يبلغ وزن الروبيديوم الذري 85.468. ويوجد في الطبيعة على شكل نظيرين يختلفان في عدد النيوترونات في النواة: الروبيديوم -85 يشكل النسبة الأكبر (72.2٪) ، وفي كمية أقل بكثير - 27.8٪ - روبيديوم 87. تحتوي نوى ذراتها ، بالإضافة إلى 37 بروتونًا ، على 48 و 50 نيوترونًا على التوالي. النظير الأخف مستقر ، بينما يبلغ نصف عمر الروبيديوم -87 49 مليار سنة.
في الوقت الحاضر ، تم الحصول على عدة عشرات من النظائر المشعة لهذا العنصر الكيميائي بشكل مصطنع: من الروبيديوم الخفيف للغاية 71 إلى الروبيديوم 102 المحمّل بالنيوترونات. تتراوح أعمار النصف للنظائر الاصطناعية من بضعة أشهر إلى 30 نانوثانية.
الخصائص الكيميائية الأساسية
كما هو مذكور أعلاه ، في سلسلة من العناصر الكيميائية ، ينتمي الروبيديوم (مثل الصوديوم والبوتاسيوم والليثيوم والسيزيوم والفرنسيوم) إلى المعادن القلوية. إن خصوصية التكوين الإلكتروني لذراتهم ، والذي يحدد الخصائص الكيميائية ، هو وجود إلكترون واحد فقط على مستوى الطاقة الخارجية. يترك هذا الإلكترون الذرة بسهولة ، ويكتسب أيون المعدن في نفس الوقت تكوينًا إلكترونيًا ملائمًا بقوة للعنصر الخامل الموجود أمامه في الجدول الدوري. بالنسبة للروبيديوم ، هذا هو تكوين الكريبتون.
وهكذا ، فإن الروبيديوم ، مثل المعادن القلوية الأخرى ، قد أعلن خصائص الاختزال وحالة الأكسدة +1. تكون الخصائص القلوية أكثر وضوحًا مع زيادة الوزن الذري ، حيث يزداد أيضًا نصف قطر الذرة ، وبالتالي تضعف الرابطة بين الإلكترون الخارجي والنواة ، مما يؤدي إلى زيادة النشاط الكيميائي. لذلك ، الروبيديوم أكثر نشاطًا من الليثيوم والصوديوم والبوتاسيوم ، والسيزيوم بدوره أكثر نشاطًا من الروبيديوم.
تلخيصًا لكل ما سبق حول الروبيديوم ، يمكن تحليل العنصر ، كما في الرسم التوضيحي أدناه.
المركبات المكونة من الروبيديوم
في الهواء ، يتأكسد هذا المعدن بعنف ، بسبب تفاعله الاستثنائي ، مع الاشتعال (الشعلة لها لون بنفسجي وردي) ؛ أثناء التفاعل ، يتم تكوين أكسيد الفائق وبيروكسيد الروبيديوم ، مما يدل على خصائص العوامل المؤكسدة القوية:
- Rb + O2→ RbO2.
- 2Rb + O2→Rb2O2.
يتشكل أكسيد إذا كان وصول الأكسجين إلى التفاعل محدودًا:
- 4Rb + O2→ 2Rb2O.
هذه مادة صفراء تتفاعل مع الماء والأحماض وأكاسيد الحمض. في الحالة الأولى ، يتم تكوين واحدة من أقوى القلويات - هيدروكسيد الروبيديوم ، في الباقي - الأملاح ، على سبيل المثال ، كبريتات الروبيديوم Rb2SO4، ومعظمها قابل للذوبان.
بشكل أكثر عنفًا ، مصحوبًا بانفجار (حيث يشتعل كل من الروبيديوم والهيدروجين المنطلق فورًا) ، يتفاعل المعدن مع الماء ، والذي يشكل هيدروكسيد الروبيديوم ، وهو مركب شديد العدوانية:
- 2Rb + 2H2O → 2RbOH + H2.
الروبيديوم عنصر كيميائي يمكنه أيضًا التفاعل بشكل مباشر مع العديد من المواد غير المعدنية - مع الفوسفور والهيدروجين والكربون والسيليكون والهالوجينات. هاليدات الروبيديوم - RbF ، RbCl ، RbBr ، RbI - قابلة للذوبان في الماء وفي بعض المذيبات العضوية ، مثل الإيثانول أو حمض الفورميك. يحدث تفاعل المعدن مع الكبريت (الاحتكاك بمسحوق الكبريت) بشكل متفجر ويؤدي إلى تكوين الكبريتيد.
هناك أيضًا مركبات ضعيفة الذوبان من الروبيديوم ، مثل فوق كلورات RbClO4، يتم استخدامها في التحليلات لتحديد هذا العنصر الكيميائي.
التواجد في الطبيعة
الروبيديوم ليس عنصرا نادرا. تم العثور عليها في كل مكان تقريبًا ، مضمنة فيتكوين العديد من المعادن والصخور ، كما يوجد في المحيط ، في المياه الجوفية ومياه الأنهار. يصل محتوى الروبيديوم في قشرة الأرض إلى القيمة الإجمالية لمحتوى النحاس والزنك والنيكل. ومع ذلك ، على عكس العديد من المعادن النادرة ، يعتبر الروبيديوم عنصرًا ضئيلًا للغاية ، وتركيزه في الصخر منخفض جدًا ، ولا يشكل المعادن الخاصة به.
في تركيب المعادن ، يرافق الروبيديوم البوتاسيوم في كل مكان. تم العثور على أعلى تركيز من الروبيديوم في lepidolites والمعادن التي تعمل أيضًا كمصدر للليثيوم والسيزيوم. لذلك يوجد الروبيديوم دائمًا بكميات صغيرة حيث توجد معادن قلوية أخرى.
قليلا عن استخدام الروبيديوم
وصف موجز للكيمياء. يمكن استكمال عنصر الروبيديوم ببضع كلمات حول المناطق التي يستخدم فيها هذا المعدن ومركباته.
يستخدم الروبيديوم في إنتاج الخلايا الضوئية ، في تكنولوجيا الليزر ، وهو جزء من بعض السبائك الخاصة لتكنولوجيا الصواريخ. في الصناعة الكيميائية ، تستخدم أملاح الروبيديوم بسبب نشاطها التحفيزي العالي. يستخدم أحد النظائر الاصطناعية ، الروبيديوم 86 ، في الكشف عن عيوب أشعة جاما ، بالإضافة إلى صناعة الأدوية لتعقيم الأدوية.
يستخدم نظير آخر ، الروبيديوم -87 ، في علم الأرض الجيولوجي ، حيث يتم استخدامه لتحديد عمر أقدم الصخور نظرًا لعمرها النصفي الطويل جدًا (طريقة الروبيديوم والسترونتيوم).
لو عدة عقودبينما كان يعتقد ذات مرة أن الروبيديوم عنصر كيميائي من غير المرجح أن يتوسع نطاقه ، تظهر الآن آفاق جديدة لهذا المعدن ، على سبيل المثال ، في الحفز ، في وحدات التوربينات عالية الحرارة ، في البصريات الخاصة وفي مناطق أخرى. لذا يلعب الروبيديوم وسيستمر في لعب دور مهم في التقنيات الحديثة.
