روبیدیم چیست؟ ✅ فلزی نرم و به شدت واکنش پذیر

روبیدیم یک عنصر شیمیایی است که بیش از یک قرن توجه دانشمندان و محققان را به خود جلب کرده است. این فلز نرم و سفید نقره ای از گروه فلزات قلیایی بوده و دارای طیف وسیعی از خواص منحصر به فرد است که آن را در کاربردهای مختلف مفید می‌کند. روبیدیم از زمان کشف آن در سال 1861 تا استفاده‌های امروزی آن در الکترونیک، ساعت اتمی و رادیوداروها، نقش مهمی در شکل دادن به درک ما از دنیای اطرافمان داشته است. در این مقاله به بررسی اطلاعات روبیدیم از جمله ویژگی عنصر روبیدیم، کاربردها، ترکیبات و فرآوری روبیدیم و همچنین جایگاه روبیدیم در جدول تناوبی و واکنش روبیدیم با آب خواهیم پرداخت.

تعریف روبیدیم

روبیدیم یک عنصر شیمیایی است. نماد شیمیایی روبیدیم Rb و عدد اتمی 37 است. این فلز نرم و سفید مایل به نقره ای است که از گروه فلزات قلیایی است. اتم روبیدیم بسیار واکنش پذیر است و نقطه ذوب پایینی دارد که کار با آن را دشوار می‌کند. این عنصر پس از فرانسیم دومین عنصر الکترومثبت است و یکی از فراوان ترین عناصر در پوسته زمین است. عنصر روبیدیم در جامعه مدرن کاربردهای مختلفی از جمله استفاده از آن در فتوسل ها، لوله‌های خلاء و توربین‌های بخار دارد.

تاریخچه کشف روبیدیوم

روبیدیم در سال 1861 توسط شیمیدانان آلمانی رابرت بونسن و گوستاو کرشهوف کشف شد. آنها هنگام آنالیز کانی لپیدولیت با استفاده از طیف سنجی، روبیدیم را کشف کردند. نام روبیدیوم از کلمه لاتین «rubidus» گرفته شده است و معنی روبیدیم «قرمز عمیق» است. این نام به دلیل رنگ بنفش مایل به قرمز خطوط طیفی روبیدیم انتخاب شد. این عنصر برای اولین بار توسط جورج دی هیوسی در سال 1932 با استفاده از الکترولیز جدا شد. از آن زمان، روبیدیم به طور گسترده در زمینه‌های مختلف از جمله پزشکی هسته ای، الکترونیک و شیمی استفاده شده است.

عنصر روبیدیم چیست؟

روبیدیم فلزی نرم و سفید نقره‌ای است و چگالی روبیدیم 1.532 گرم بر سانتی‌متر مربع در دما و فشار استاندارد است. نقطه ذوب روبیدیم 39.3 درجه سانتیگراد (102.7 درجه فارنهایت) و نقطه جوش روبیدیم 688 درجه سانتیگراد (1270 درجه فارنهایت) است.  این عنصر بسیار واکنش پذیر است و به طور خود به خود در هوا مشتعل می‌شود. عنصر شیمیایی روبیدیم همچنین دارای رادیواکتیویته خفیف است و نیمه عمر آن 49 میلیارد سال است. ایزوتوپ‌های روبیدیم Rb-85 و Rb-87 هستند که ایزوتوپ روبیدیم 85 فراوان‌تر است.

خواص شیمیایی روبیدیم

روبیدیم بسیار واکنش پذیر است و دارای یک الکترون تک ظرفیتی در بیرونی ترین پوسته خود است که آن را تبدیل به یک فلز قلیایی می‌کند. روبیدیم دو حالت اکسیداسیون دارد: +1 و +2. روبیدیم در حالت اکسیداسیون +1 خود، ترکیبات یونی را با نافلزاتی مانند اکسیژن و گوگرد تشکیل می‌دهد. بار روبیدیم 2+ خود با نافلزاتی مانند نیتروژن و فسفر ترکیبات کووالانسی ایجاد می‌کند.

مشخصات عنصر روبیدیم

عدد اتمی روبیدیم 37 بوده و جرم مولی روبیدیم 85.4678 گرم بر مول است. وزن مخصوص روبیدیم تقریباً 1.532 گرم بر سانتی متر مکعب (g/cm³) است. این بدان معناست که روبیدیم حدود 1.532 برابر چگالی آب است. آرایش الکترونی روبیدیم [Kr]5s1 است، به این معنی که یک الکترون ظرفیتی در بیرونی ترین پوسته خود دارد. روبیدیم دارای شعاع فلزی 248 pm و شعاع یونی 152 pm در حالت اکسیداسیون +1 است. این عنصر دارای دو ایزوتوپ طبیعی است: Rb-85 و Rb-87. Rb-85 حدود 72٪ از روبیدیم طبیعی روی زمین را تشکیل می‌دهد و Rb-87 28٪ باقی مانده را تشکیل می‌دهد.

ظرفیت روبیدیوم

روبیدیم دارای یک الکترون ظرفیتی در بیرونی ترین لایه خود است که آن را به یک فلز قلیایی تبدیل می‌کند. روبیدیم به راحتی الکترون تک ظرفیتی خود را از دست می‌دهد اما هیچ الکترون دیگری را از دست نمی‌دهد که دلیل آن عدد اکسیداسیون +1 است، اگرچه چندین ترکیب حاوی کاتیون Rb سنتز شده‌اند.

موارد استفاده روبیدیم در بدن انسان

روبیدیم به طور طبیعی در بدن انسان وجود ندارد. با این حال، مشخص شده است این عنصر فعالیت بیولوژیکی دارد و با یون‌های پتاسیم برای ورود به بدن رقابت می‌کند. نشان داده شده است که روبیدیم لیتیوم را فعال می‌کند که فلز قلیایی دیگری است که به عنوان تثبیت کننده خلق و خو در درمان اختلال دوقطبی استفاده می‌شود. همچنین مشخص شده است روبیدیم بر عملکرد غده هیپوفیز و غدد بزاقی و اشکی تاثیر مثبتی می‌گذارد.

روبیدیم هیچ نقش بیولوژیکی شناخته شده ای در انسان ندارد و یک ماده مغذی ضروری محسوب نمی‌شود. با این حال، پیشنهاد شده است این عنصر ممکن است پتانسیل درمانی برخی بیماری‌ها مانند افسردگی، اضطراب و فشار خون بالا داشته باشد. نشان داده شده است روبیدیم کلرید ریتم شبانه روزی را تغییر داده و ترشح نوراپی نفرین را افزایش می‌دهد که یک انتقال دهنده عصبی است که در تنظیم فشار خون و ضربان قلب نقش دارد. تحقیقات بیشتری برای درک کامل نقش روبیدیم در فیزیولوژی انسان و کاربردهای بالقوه آن در پزشکی مورد نیاز است.

کاربرد روبیدیوم در صنعت

روبیدیم کاربردهای صنعتی متعددی دارد، از جمله استفاده از آن در ساعت‌های الکترونیکی و اتمی. بخار روبیدیم در ساعت‌های اتمی برای نگه‌داشتن زمان با دقت بسیار زیاد استفاده می‌شود. روبیدیم همچنین در فتوسل‌ها استفاده می‌شود که انرژی نور را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند. روبیدیم همچنین در پزشکی هسته ای برای تشخیص و درمان برخی بیماری‌ها استفاده شده است.

کاربرد فلز روبیدیوم در حوزه درمان

روبیدیوم کاربردهای پزشکی متعددی دارد، از جمله استفاده در رادیوداروها. روبیدیم-82 یک ایزوتوپ رادیواکتیو است که در اسکن توموگرافی گسیل پوزیترون (PET) برای تشخیص بیماری قلبی استفاده می‌شود. روبیدیم-82 به جریان خون تزریق می‌شود و به قلب می‌رود و در آنجا پوزیترون‌هایی منتشر می‌کند که توسط اسکنر PET شناسایی می‌شوند. نیمه عمر روبیدیوم 82 تنها 75 ثانیه است یعنی به سرعت تخریب می‌شود و برای مدت طولانی در بدن باقی نمی‌ماند.

سایر کاربردهای روبیدیم

روبیدیم چندین کاربرد دیگر از جمله استفاده از آن در تولید شیشه و آتش بازی دارد. کربنات روبیدیم برای کاهش رسانایی الکتریکی در شیشه‌های مخصوص استفاده می‌شود که باعث بهبود پایداری و دوام در شبکه‌های مخابراتی فیبر نوری می‌شود. نمک‌های روبیدیم برای تولید رنگ‌های بنفش در آتش بازی‌ها و سرامیک‌ها نیز استفاده می‌شود. علاوه بر این، دیگر کاربرد عنصر روبیدیم به عنوان یک عنصر ردیاب در تحقیقات زمین شناسی برای مطالعه حرکت سیالات در میان سنگ‌ها است.

ترکیبات روبیدیم

روبیدیم ترکیبات مختلفی را با عناصر دیگر تشکیل می‌دهد. برخی از رایج ترین ترکیبات روبیدیم عبارتند از: روبیدیم هیدروکسید (RbOH)، روبیدیم برمید (RbBr)، روبیدیم اکسید (Rb₂O)، روبیدیم اگزالات (Rb₂C₂O₄)، روبیدیم سولفات (Rb₂SO₄)، روبیدیم سولفید (Rb₂S)، روبیدیم کلرید (RbCl)، روبیدیم نیترید (Rb₃N)، کربنات روبیدیم (Rb₂CO₃) و فلوئورید روبیدیم (RbF).

روبیدیم هیدروکسید

روبیدیوم هیدروکسید یک ترکیب معدنی با فرمول RbOH است. این ترکیب یک پایه قوی و بسیار خورنده است. هیدروکسید روبیدیم به صورت محلول‌های آبی از چند تامین کننده در دسترس است. روبیدیم هیدروکسید به طور صنعتی از واکنش روبیدیم فلزی با آب تولید می‌شود. این ترکیب همچنین می‌تواند از واکنش روبیدیم کربنات یا روبیدیم نیترات با هیدروکلریک اسید یا سولفوریک اسید تولید شود.

روبیدیم برمید

روبیدیم برمید (RbBr) ساختار بلوری مانند NaCl با ثابت شبکه 685 پیکومتر دارد. جرم مولی روبیدیم برمید تقریباً 165.37 گرم در مول است. روبیدیم برمید را می‌توان با واکنش هیدروکسید روبیدیم با اسید هیدروبرومیک یا خنثی کردن کربنات روبیدیم با اسید هیدروبرومیک سنتز کرد. روبیدیم برمید یک ترکیب یونی است که از کاتیون روبیدیم (Rb+) و آنیون برمید (Br-) تشکیل شده است.

روبیدیم اکسید

روبیدیم اکسید یک ترکیب شیمیایی با فرمول Rb₂O است. اکسید روبیدیم نسبت به آب بسیار واکنش پذیر است و بنابراین انتظار نمی‌رود که به طور طبیعی ساخته شود. محتوای روبیدیم در مواد معدنی اغلب بر حسب Rb₂O محاسبه و نقل می‌شود. اکسید روبیدیم را می‌توان با واکنش فلز روبیدیم با گاز اکسیژن سنتز کرد.

سایر ترکیبات روبیدیوم

روبیدیم اگزالات یک ترکیب معدنی با فرمول Rb₂C₂O₄ است. رنگ روبیدیم اگزالات سفید است که در آب محلول است. روبیدیم سولفات را می‌توان با واکنش کربنات روبیدیم با اسید سولفوریک سنتز کرد. روبیدیم سولفید یک ترکیب معدنی با فرمول Rb₂S است. این ترکیب جامد زرد رنگی است که در آب محلول است. روبیدیم کلرید یک ترکیب معدنی با فرمول RbCl است. این ترکیب یک جامد کریستالی سفید رنگ است که در آب محلول است.

روبیدیم نیترید یک ترکیب معدنی با فرمول Rb₃N است. این ترکیب یک جامد قرمز تیره است که به شدت با آب واکنش نشان می‌دهد. روبیدیم کربنات یک ترکیب معدنی با فرمول Rb₂CO₃ است. این ترکیب در برخی از شیشه‌های نوری و به عنوان کاتالیزور برای واکنش‌های آلی استفاده می‌شود. روبیدیم فسفید یک ترکیب بسیار واکنش پذیر است که می‌تواند به طور خود به خود در هوا مشتعل شود یا به صورت انفجاری با آب واکنش نشان دهد. روبیدیم فسفید در ساخت فتوسل و در شیشه‌های مخصوص استفاده می‌شود و در تولید سایر ترکیبات روبیدیم نیز کاربرد دارد.

نحوه استخراج روبیدیم از معدن

منابع معدنی حاوی روبیدیم در پگماتیت‌های پهنه بندی شده یافت می‌شود و منابع معدنی آن در سطح جهانی وجود دارد، اما استخراج و تغلیظ آن عمدتاً هزینه زیادی ندارد. روبیدیم معمولاً در پگماتیت‌های سنگ سخت یافت می‌شود و فرآیند استخراج آن شبیه به استخراج سزیم است. سنگ معدن‌های حفاری شده از معدن روبیدیم جمع آوری و آسیاب می‌شوند. فرآیند آسیاب، ذرات سنگ معدن بزرگ‌تر را به ذرات کوچک‌تر تجزیه می‌کند و سپس برای تبدیل ذرات سنگ معدن کوچک‌تر به ذرات کوچک‌تری که قابلیت حل شدن در محلول را دارند، خرد می‌شوند.

تحقیقات محدودی در مورد استخراج روبیدیم از خروجی معدن وجود دارد. روبیدیم در این کانی‌ها در ساختار پیچیده ای به همراه سایر فلزات قلیایی که خواص بسیار مشابهی دارند یافت می‌شود. بنابراین استخراج یا تغلیظ روبیدیم از این منابع دشوار است. مواد معدنی حاوی روبیدیم در پگماتیت‌های سنگ سخت در جنوب آفریقا و روسیه و افغانستان شناخته شده است. بزرگترین تولیدکننده روبیدیم، کانادا بوده است، به ویژه معدن دریاچه رالی در انتاریو.

خرید روبیدیم

اگر علاقه مند به خرید روبیدیم هستید باید چند فاکتور مهم را در نظر بگیرید. اولاً به دلیل نادر بودن و در دسترس بودن محدود این عنصر، روبیدیم به اندازه سایر عناصر به راحتی قابل دسترسی نیست. این ماده عمدتاً به عنوان محصول جانبی تولید لیتیوم یا استخراج شده از مواد معدنی خاص به دست می‌آید. در نتیجه، قیمت روبیدیم در مقایسه با عناصر می‌تواند نسبتاً بالا باشد. برای اطمینان از کیفیت و اصالت روبیدیمی که قصد خرید آن را دارید، توصیه می‌شود در مورد تامین کنندگان معتبر یا شرکت‌های شیمیایی که در زمینه عناصر کمیاب تخصص دارند تحقیق کنید.

هنگام خرید روبیدیم، بسیار مهم است که از اقدامات احتیاطی ایمنی و الزامات حمل و نقل مرتبط با این فلز بسیار واکنش پذیر آگاه باشید. روبیدیم به شدت با آب و هوا واکنش می‌دهد بنابراین باید در یک محیط کنترل شده و ترجیحاً زیر یک گاز بی اثر مانند آرگون، ذخیره و نگهداری شود. علاوه بر این هنگام کار با روبیدیم باید از تجهیزات ایمنی مناسب مانند دستکش و عینک استفاده کرد تا از هرگونه حادثه احتمالی یا قرار گرفتن در معرض خواص واکنشی آن جلوگیری شود. پیروی از دستورالعمل‌ها و مقررات تعیین شده توسط مقامات محلی و پروتکل‌های ایمنی شیمیایی هنگام خرید و کار با روبیدیم برای اطمینان از ایمنی خود و دیگران ضروری است.

قیمت روبیدیم

واکنش روبیدیم با آب

همانطور که توضیح دادیم روبیدیم یک فلز قلیایی بسیار واکنش پذیر است که به شدت با آب واکنش می‌دهد و روبیدیم هیدروکسید و گاز هیدروژن تولید می‌کند. این واکنش گرمازا است و می‌تواند انفجاری باشد، به خصوص زمانی که روبیدیم در یک فضای بسته با آب در تماس باشد. واکنش روبیدیم با آب مشابه واکنش سایر فلزات قلیایی مانند سدیم و پتاسیم است. هنگامی که روبیدیم در آب ریخته می‌شود، شعله بنفش روشن و صدای خش خش تولید می‌کند. این واکنش می‌تواند خطرناک باشد و فقط باید توسط متخصصان آموزش دیده در یک محیط کنترل شده انجام شود.

ملاحظات ایمنی روبیدیم

روبیدیم بسیار واکنش پذیر است و می‌تواند به طور خود به خود در هوا مشتعل شود یا به صورت انفجاری با آب واکنش نشان دهد. این عنصر در صورت تماس با پوست یا چشم می‌تواند باعث سوختگی شدید شود. هیدروکسید روبیدیم که در اثر واکنش روبیدیم با آب تولید می‌شود بسیار خورنده است و در صورت تماس با پوست یا چشم می‌تواند باعث سوختگی شدید شود. استنشاق گرد و غبار یا بخار روبیدیم می‌تواند باعث تحریک تنفسی، سرفه و تنگی نفس شود. روبیدیم باید با احتیاط مورد استفاده قرار گیرد و هنگام کار با این عنصر باید اقدامات ایمنی مناسب انجام شود.

جمع‌بندی

روبیدیم یک فلز قلیایی کمیاب و بسیار واکنش پذیر است که دارای چندین ویژگی فیزیکی، شیمیایی و اتمی منحصر به فرد است. این عنصر کاربردهای صنعتی متعددی دارد، از جمله استفاده از آن در الکترونیک، ساعت اتمی و سرامیک. روبیدیم به طور گسترده ای در دسترس نیست و یکی از نادرترین عناصر روی زمین محسوب می‌شود. روبیدیم بسیار واکنش پذیر است و می‌تواند به طور خود به خود در هوا مشتعل شود یا به صورت انفجاری با آب واکنش نشان دهد و در صورت تماس با پوست یا چشم می‌تواند باعث سوختگی شدید شود. روبیدیم باید با احتیاط مورد استفاده قرار گیرد و هنگام کار با این عنصر باید اقدامات ایمنی مناسب انجام شود.

فلزات, مقالات در گروه صبا | نویسنده : امید مرادی | بروزرسانی : 14 آبان 1402