בשנת 1861, השיטה הפיזיקלית שהומצאה לאחרונה לחקר חומרים - ניתוח ספקטרלי - הוכיחה שוב את כוחה ומהימנותה, כערובה לעתיד גדול במדע ובטכנולוגיה. בעזרתו התגלה היסוד הכימי השני שלא היה ידוע עד כה, רובידיום. ואז, עם גילוי החוק התקופתי בשנת 1869 על ידי ד.י. מנדלייב, רובידיום, יחד עם יסודות נוספים, תפסו את מקומו בטבלה, שהביאו סדר במדעי הכימיה.
מחקר נוסף של רובידיום הראה שליסוד זה יש מספר תכונות מעניינות ובעלי ערך. נשקול כאן את המאפיין והחשוב שבהם.
מאפיינים כלליים של יסוד כימי
לרובידיום יש מספר אטומי של 37, כלומר, באטומים שלו, הרכב הגרעינים כולל בדיוק מספר כזה של חלקיקים בעלי מטען חיובי - פרוטונים. בהתאמהלאטום ניטרלי יש 37 אלקטרונים.
סמל אלמנט - Rb. במערכת המחזורית, רובידיום מסווג כיסוד של קבוצה I, התקופה היא חמישית (בגרסה הקצרה של הטבלה, הוא שייך לתת-הקבוצה הראשית של קבוצה I וממוקם בשורה השישית). זוהי מתכת אלקלית, היא חומר גבישי רך, מתיך מאוד, לבן-כסף.
היסטוריית גילוי
הכבוד לגלות את היסוד הכימי רובידיום שייך לשני מדענים גרמנים - הכימאי רוברט בונסן והפיזיקאי גוסטב קירכהוף, מחברי השיטה הספקטרוסקופית לחקר הרכב החומר. לאחר שהשימוש בניתוח ספקטרלי הוביל לגילוי הצזיום ב-1860, המשיכו המדענים במחקרם, וכבר בשנה הבאה, כשחקרו את הספקטרום של המינרל לפידוליט, הם גילו שני קווים אדומים כהים לא מזוהים. הודות לגוון האופייני של הקווים הספקטרליים החזקים ביותר, שבאמצעותם ניתן היה לבסס את קיומו של יסוד שלא היה ידוע קודם לכן, הוא קיבל את שמו: המילה rubidus מתורגמת מלטינית כ"ארגמן, אדום כהה."
בשנת 1863, בונסן היה הראשון שבידד רובידיום מתכתי ממי מעיינות מינרליים על ידי אידוי כמות גדולה של תמיסה, הפרדת מלחי אשלגן, צסיום ורובידיום, ולבסוף הפחתת המתכת באמצעות פיח. מאוחר יותר, נ' בקטוב הצליח לשחזר רובידיום מהידרוקסיד שלו באמצעות אבקת אלומיניום.
מאפיין פיזי של האלמנט
רובידיום היא מתכת קלה, יש להצפיפות 1.53g/cm3 (בטמפרטורה אפסית). יוצר גבישים עם סריג קוביות במרכז הגוף. רובידיום נמס רק ב-39 מעלות צלזיוס, כלומר בטמפרטורת החדר, העקביות שלו כבר קרובה לבצק. המתכת רותחת ב-687 מעלות צלזיוס והאדים שלה כחולים-ירקרק.
רובידיום הוא פרמגנט. מבחינת מוליכות, היא עדיפה יותר מפי 8 מכספית ב-0 מעלות צלזיוס ונחותה כמעט פי 8 מכסף. כמו מתכות אלקליות אחרות, לרובידיום יש סף אפקט פוטואלקטרי נמוך מאוד. כדי לעורר בו זרם צילום, מספיקות קרני אור אדום באורך גל ארוך (כלומר, בתדר נמוך ונושאת פחות אנרגיה). מבחינה זו, רק צזיום עולה עליו ברגישות.
איזוטופים
רובידיום הוא בעל משקל אטומי של 85.468. הוא מופיע בטבע בצורה של שני איזוטופים הנבדלים זה מזה במספר הנייטרונים בגרעין: רובידיום-85 מהווה את החלק הגדול ביותר (72.2%), וב- כמות קטנה בהרבה - 27.8% - רובידיום-87. גרעיני האטומים שלהם, בנוסף ל-37 פרוטונים, מכילים 48 ו-50 נויטרונים, בהתאמה. האיזוטופ הקל יותר יציב, בעוד שלרובידיום-87 יש זמן מחצית חיים עצום של 49 מיליארד שנים.
כיום, כמה עשרות איזוטופים רדיואקטיביים של יסוד כימי זה הושגו באופן מלאכותי: מרובידיום-71 קל במיוחד ועד רובידיום-102 עמוס בניוטרונים. זמן מחצית החיים של איזוטופים מלאכותיים נע בין מספר חודשים ל-30 ננו שניות.
מאפיינים כימיים בסיסיים
כפי שצוין לעיל, בסדרה של יסודות כימיים, רובידיום (כמו נתרן, אשלגן, ליתיום, צסיום ופרנציום) שייך למתכות אלקליות. המוזרות של התצורה האלקטרונית של האטומים שלהם, הקובעת את התכונות הכימיות, היא נוכחות של אלקטרון אחד בלבד ברמת האנרגיה החיצונית. האלקטרון הזה עוזב בקלות את האטום, ויון המתכת מקבל במקביל תצורה אלקטרונית חיובית מבחינה אנרגטית של היסוד האינרטי שלפניו בטבלה המחזורית. עבור רובידיום, זוהי תצורת הקריפטון.
לכן, לרובידיום, כמו למתכות אלקליות אחרות, יש תכונות מפחיתות בולטות ומצב חמצון של +1. תכונות אלקליות בולטות יותר עם הגדלת משקל האטום, שכן גם רדיוס האטום גדל, ובהתאם לכך, הקשר בין האלקטרון החיצוני לגרעין נחלש, מה שמוביל לעלייה בפעילות הכימית. לכן, רובידיום פעיל יותר מאשר ליתיום, נתרן ואשלגן, וצסיום, בתורו, פעיל יותר מרובידיום.
לסיכום כל האמור לעיל לגבי רובידיום, ניתן לנתח את האלמנט, כמו באיור למטה.
תרכובות שנוצרו על ידי רובידיום
באוויר, מתכת זו, בשל תגובתיות יוצאת דופן, מתחמצנת בעוצמה, עם הצתה (ללהבה יש צבע סגול-ורדרד); במהלך התגובה, נוצרים סופראוקסיד ורובידיום מי חמצן, המציגים את התכונות של חומרי חמצון חזקים:
- Rb + O2 → RbO2.
- 2Rb + O2 →Rb2O2.
אוקסיד נוצר אם הגישה של חמצן לתגובה מוגבלת:
- 4Rb + O2 → 2Rb2O.
זהו חומר צהוב המגיב עם מים, חומצות ותחמוצות חומצה. במקרה הראשון נוצר אחד הבסיסים החזקים ביותר - רובידיום הידרוקסיד, בשאר - מלחים, למשל, רובידיום סולפט Rb2SO4, רובם מסיסים.
ביתר אלימות, מלווה בפיצוץ (מאחר שגם רובידיום וגם המימן המשתחרר מתלקחים מיד), המתכת מגיבה עם מים, שיוצרת רובידיום הידרוקסיד, תרכובת אגרסיבית ביותר:
- 2Rb + 2H2O → 2RbOH +H2.
רובידיום הוא יסוד כימי שיכול להגיב ישירות עם הרבה לא-מתכות - עם זרחן, מימן, פחמן, סיליקון והלוגנים. רובידיום הלידים - RbF, RbCl, RbBr, RbI - מסיסים בקלות במים ובכמה ממסים אורגניים, כגון אתנול או חומצה פורמית. האינטראקציה של מתכת עם גופרית (שפשוף באבקת גופרית) מתרחשת בצורה נפיצה ומובילה להיווצרות גופרית.
ישנן גם תרכובות מסיסות גרועות של רובידיום, כגון פרכלורט RbClO4, הן משמשות בניתוח כדי לקבוע את היסוד הכימי הזה.
להיות בטבע
רובידיום אינו יסוד נדיר. זה נמצא כמעט בכל מקום, כלול בהרכבם של מינרלים וסלעים רבים, והוא כלול גם באוקיינוס, במימי התת-קרקע והנהרות. בקרום כדור הארץ, תכולת רובידיום מגיעה לערך הכולל של תכולת הנחושת, האבץ והניקל. עם זאת, בניגוד למתכות הרבה יותר נדירות, רובידיום הוא יסוד קורט מאוד, ריכוזו בסלע נמוך מאוד, והוא אינו יוצר מינרלים משלו.
בהרכב של מינרלים, רובידיום מלווה אשלגן לכל מקום. הריכוז הגבוה ביותר של רובידיום נמצא בלפידוליטים, מינרלים המשמשים גם כמקור לליתיום ולצסיום. אז רובידיום קיים תמיד בכמויות קטנות במקום שבו נמצאות מתכות אלקליות אחרות.
קצת על השימוש ברובידיום
תיאור קצר של כימיה. ניתן להשלים את יסוד רובידיום בכמה מילים על האזורים שבהם משתמשים במתכת זו ובתרכובותיה.
רובידיום משמש בייצור תאי פוטו, בטכנולוגיית לייזר, הוא חלק מסגסוגות מיוחדות לטכנולוגיית רקטות. בתעשייה הכימית משתמשים במלחי רובידיום בשל פעילותם הקטליטית הגבוהה. אחד האיזוטופים המלאכותיים, רובידיום-86, משמש לגילוי פגמים בקרני גמא ובנוסף, בתעשיית התרופות לעיקור תרופות.
איזוטופ אחר, רובידיום-87, משמש בגיאוכרונולוגיה, שם הוא משמש לקביעת גילם של הסלעים העתיקים ביותר בשל זמן מחצית החיים הארוך מאוד שלו (שיטת רובידיום-סטרונציום).
אם כמה עשוריםבעוד שפעם האמינו שרובידיום הוא יסוד כימי שספק אם היקפו יתרחב, כעת צצים סיכויים חדשים למתכת זו, למשל, בקטליזה, ביחידות טורבינות בטמפרטורה גבוהה, באופטיקה מיוחדת ובתחומים אחרים. אז רובידיום משחק וימשיך למלא תפקיד חשוב בטכנולוגיות מודרניות.
