ในปี พ.ศ. 2404 วิธีการทางกายภาพที่เพิ่งคิดค้นขึ้นเมื่อเร็ว ๆ นี้สำหรับการศึกษาสาร - การวิเคราะห์สเปกตรัม - ได้แสดงให้เห็นอีกครั้งถึงพลังและความน่าเชื่อถือ เพื่อเป็นการรับประกันอนาคตที่ยิ่งใหญ่ในด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ด้วยความช่วยเหลือของมัน ได้ค้นพบองค์ประกอบทางเคมีที่สองที่ไม่รู้จักก่อนหน้านี้ รูบิเดียม ถูกค้นพบ จากนั้นด้วยการค้นพบกฎธาตุในปี 1869 โดย D. I. Mendeleev รูบิเดียมพร้อมกับองค์ประกอบอื่น ๆ ก็เข้ามาแทนที่ในตารางซึ่งนำไปสู่วิทยาศาสตร์เคมี
การศึกษาเพิ่มเติมของรูบิเดียมพบว่าองค์ประกอบนี้มีคุณสมบัติที่น่าสนใจและมีค่ามากมาย เราจะพิจารณาคุณลักษณะและสิ่งสำคัญที่สุดที่นี่
ลักษณะทั่วไปขององค์ประกอบทางเคมี
รูบิเดียมมีเลขอะตอม 37 นั่นคือในอะตอม องค์ประกอบของนิวเคลียสประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุบวกเท่านั้น - โปรตอน ตามลำดับอะตอมที่เป็นกลางมี 37 อิเล็กตรอน
สัญลักษณ์ธาตุ - Rb. ในระบบธาตุ รูบิเดียมจัดเป็นองค์ประกอบของกลุ่มที่ 1 ระยะที่ห้า (ในรุ่นระยะเวลาสั้นของตาราง อยู่ในกลุ่มย่อยหลักของกลุ่ม I และตั้งอยู่ในแถวที่หก) มันคือโลหะอัลคาไล เป็นสารผลึกสีขาวเงินที่อ่อนตัวและหลอมละลายได้มาก
ประวัติการค้นพบ
เกียรติของการค้นพบรูบิเดียมองค์ประกอบทางเคมีเป็นของนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันสองคน - นักเคมี Robert Bunsen และนักฟิสิกส์ Gustav Kirchhoff ผู้เขียนวิธีสเปกโตรสโกปีสำหรับการศึกษาองค์ประกอบของสสาร หลังจากใช้การวิเคราะห์สเปกตรัมนำไปสู่การค้นพบซีเซียมในปี พ.ศ. 2403 นักวิทยาศาสตร์ได้ดำเนินการวิจัยต่อไป และในปีหน้า เมื่อศึกษาสเปกตรัมของแร่เลพิโดไลต์ พวกเขาค้นพบเส้นสีแดงเข้มสองเส้นที่ไม่ปรากฏชื่อ ต้องขอบคุณเฉดสีที่เป็นลักษณะเฉพาะของเส้นสเปกตรัมที่แข็งแกร่งที่สุด ซึ่งมันเป็นไปได้ที่จะสร้างการมีอยู่ขององค์ประกอบที่ไม่รู้จักก่อนหน้านี้ ซึ่งทำให้ได้ชื่อของมัน: คำว่า rubidus แปลมาจากภาษาละตินว่า "สีแดงเข้ม, สีแดงเข้ม"
ในปี 1863 บุนเซ็นเป็นคนแรกที่แยกโลหะรูบิเดียมออกจากน้ำพุแร่โดยการระเหยสารละลายจำนวนมาก แยกโพแทสเซียม ซีเซียม และเกลือรูบิเดียม และสุดท้ายลดโลหะโดยใช้เขม่า ต่อมา N. Beketov สามารถกู้คืนรูบิเดียมจากไฮดรอกไซด์โดยใช้ผงอะลูมิเนียม
ลักษณะทางกายภาพของธาตุ
รูบิเดียมเป็นโลหะเบา มีความหนาแน่น 1.53g/cm3 (ที่อุณหภูมิศูนย์) สร้างผลึกด้วยโครงตาข่ายที่มีลูกบาศก์เป็นศูนย์กลาง รูบิเดียมละลายที่อุณหภูมิเพียง 39 °C นั่นคือที่อุณหภูมิห้อง ความคงตัวของรูบิเดียมใกล้เคียงกับแป้งเปียกอยู่แล้ว โลหะเดือดที่ 687 °C และไอของมันเป็นสีเขียวแกมน้ำเงิน
รูบิเดียมเป็นพาราแมกเนติก ในแง่ของการนำไฟฟ้า มันเหนือกว่าปรอทมากกว่า 8 เท่าที่ 0 ° C และต่ำกว่าเงินเกือบหลายเท่า เช่นเดียวกับโลหะอัลคาไลอื่นๆ รูบิเดียมมีเกณฑ์เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกต่ำมาก แสงสีแดงที่มีความยาวคลื่นยาว (ซึ่งก็คือความถี่ต่ำและมีพลังงานน้อยกว่า) ก็เพียงพอที่จะกระตุ้นโฟโตเคอร์เรนต์ในนั้น ในแง่นี้ ซีเซียมเท่านั้นที่เหนือกว่าในความไว
ไอโซโทป
รูบิเดียมมีน้ำหนักอะตอมเท่ากับ 85.468 มันเกิดขึ้นในธรรมชาติในรูปแบบของไอโซโทปสองไอโซโทปที่แตกต่างกันในจำนวนนิวตรอนในนิวเคลียส: รูบิเดียม-85 เป็นสัดส่วนที่ใหญ่ที่สุด (72.2%) และใน ปริมาณที่น้อยกว่ามาก - 27.8% - รูบิเดียม-87 นิวเคลียสของอะตอม นอกเหนือจากโปรตอน 37 ตัวแล้ว ยังมี 48 และ 50 นิวตรอนตามลำดับ ไอโซโทปที่เบากว่านั้นมีความเสถียร ในขณะที่รูบิเดียม-87 มีครึ่งชีวิตที่มหาศาลถึง 49 พันล้านปี
ในปัจจุบัน ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีหลายสิบชนิดขององค์ประกอบทางเคมีนี้ได้รับมาจากการปลอมแปลง: จากรูบิเดียมเบาพิเศษ-71 ถึงรูบิเดียม-102 โอเวอร์โหลดด้วยนิวตรอน ครึ่งชีวิตของไอโซโทปเทียมมีตั้งแต่สองสามเดือนถึง 30 นาโนวินาที
คุณสมบัติทางเคมีพื้นฐาน
ตามที่ระบุไว้ข้างต้น ในชุดขององค์ประกอบทางเคมี รูบิเดียม (เช่น โซเดียม โพแทสเซียม ลิเธียม ซีเซียม และแฟรนเซียม) เป็นโลหะอัลคาไล ลักษณะเฉพาะของการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมซึ่งกำหนดคุณสมบัติทางเคมีคือการมีอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียวที่ระดับพลังงานภายนอก อิเล็กตรอนนี้ออกจากอะตอมได้ง่ายและไอออนของโลหะในเวลาเดียวกันจะได้รับการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ที่เป็นประโยชน์อย่างกระฉับกระเฉงขององค์ประกอบเฉื่อยที่อยู่ข้างหน้าในตารางธาตุ สำหรับรูบิเดียม นี่คือการกำหนดค่าของคริปทอน
ดังนั้น รูบิเดียมก็เหมือนกับโลหะอัลคาไลอื่นๆ ที่มีคุณสมบัติการรีดิวซ์ที่เด่นชัดและสถานะออกซิเดชันที่ +1 คุณสมบัติของอัลคาไลน์จะเด่นชัดมากขึ้นเมื่อน้ำหนักอะตอมเพิ่มขึ้น เนื่องจากรัศมีของอะตอมก็เพิ่มขึ้นด้วย ดังนั้นพันธะระหว่างอิเล็กตรอนภายนอกกับนิวเคลียสจึงลดลง ซึ่งทำให้กิจกรรมทางเคมีเพิ่มขึ้น ดังนั้น รูบิเดียมจะทำงานมากกว่าลิเธียม โซเดียม และโพแทสเซียม และซีเซียมก็มีฤทธิ์มากกว่ารูบิเดียม
โดยสรุปทั้งหมดข้างต้นเกี่ยวกับรูบิเดียม สามารถแยกวิเคราะห์องค์ประกอบดังในภาพประกอบด้านล่าง
สารประกอบที่เกิดจากรูบิเดียม
ในอากาศ โลหะนี้เนื่องจากปฏิกิริยาพิเศษของมัน ออกซิไดซ์อย่างรุนแรงด้วยการจุดไฟ (เปลวไฟมีสีม่วงอมชมพู); ระหว่างทำปฏิกิริยา จะเกิดซูเปอร์ออกไซด์และรูบิเดียมเปอร์ออกไซด์ โดยแสดงคุณสมบัติของตัวออกซิไดซ์ที่แรง:
- Rb + O2 → RbO2.
- 2Rb + O2 →Rb2O2.
ออกไซด์จะเกิดขึ้นหากออกซิเจนเข้าสู่ปฏิกิริยาถูกจำกัด:
- 4Rb + O2 → 2Rb2O.
นี่คือสารสีเหลืองที่ทำปฏิกิริยากับน้ำ กรด และกรดออกไซด์ ในกรณีแรก อัลคาไลที่แรงที่สุดตัวหนึ่งจะก่อตัวขึ้น - รูบิเดียมไฮดรอกไซด์ ในส่วนที่เหลือ - เกลือ เช่น รูบิเดียมซัลเฟต Rb2SO4 ซึ่งส่วนมากจะละลายได้
รุนแรงขึ้นพร้อมกับการระเบิด (เนื่องจากทั้งรูบิเดียมและไฮโดรเจนที่ปล่อยออกมาจะจุดไฟในทันที) โลหะจะทำปฏิกิริยากับน้ำ ซึ่งก่อตัวเป็นรูบิเดียมไฮดรอกไซด์ ซึ่งเป็นสารประกอบที่มีฤทธิ์รุนแรงมาก:
- 2Rb + 2H2O → 2RbOH +H2.
รูบิเดียมเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่ทำปฏิกิริยาโดยตรงกับอโลหะหลายชนิด เช่น ฟอสฟอรัส ไฮโดรเจน คาร์บอน ซิลิกอน และฮาโลเจน รูบิเดียมเฮไลด์ - RbF, RbCl, RbBr, RbI - สามารถละลายได้ง่ายในน้ำและในตัวทำละลายอินทรีย์บางชนิด เช่น เอทานอลหรือกรดฟอร์มิก ปฏิกิริยาของโลหะกับกำมะถัน (การถูด้วยผงกำมะถัน) เกิดขึ้นอย่างระเบิดและนำไปสู่การก่อตัวของซัลไฟด์
นอกจากนี้ยังมีสารประกอบรูบิเดียมที่ละลายได้ต่ำ เช่น เปอร์คลอเรต RbClO4 พวกมันถูกใช้ในการวิเคราะห์เพื่อกำหนดองค์ประกอบทางเคมีนี้
อยู่ในธรรมชาติ
รูบิเดียมไม่ใช่ของหายาก พบได้เกือบทุกที่ รวมอยู่ในองค์ประกอบของแร่ธาตุและหินมากมาย และยังมีอยู่ในมหาสมุทร ในน้ำใต้ดินและแม่น้ำ ในเปลือกโลกเนื้อหาของรูบิเดียมถึงมูลค่ารวมของเนื้อหาของทองแดงสังกะสีและนิกเกิล อย่างไรก็ตาม รูบิเดียมเป็นธาตุที่หายากมาก ซึ่งแตกต่างจากโลหะที่หายากกว่ามาก มีความเข้มข้นในหินต่ำมาก และไม่ก่อให้เกิดแร่ธาตุในตัวเอง
ในองค์ประกอบของแร่ธาตุ รูบิเดียมมาพร้อมกับโพแทสเซียมทุกที่ ความเข้มข้นสูงสุดของรูบิเดียมพบได้ในเลปิโดไลต์ ซึ่งเป็นแร่ธาตุที่เป็นแหล่งของลิเธียมและซีเซียม ดังนั้นรูบิเดียมจึงมีอยู่ในปริมาณเล็กน้อยเสมอเมื่อพบโลหะอัลคาไลอื่นๆ
เล็กน้อยเกี่ยวกับการใช้รูบิเดียม
คำอธิบายสั้น ๆ ของสารเคมี องค์ประกอบของรูบิเดียมสามารถเสริมด้วยคำสองสามคำเกี่ยวกับพื้นที่ที่ใช้โลหะนี้และสารประกอบของมัน
รูบิเดียมใช้ในการผลิตโฟโตเซลล์ในเทคโนโลยีเลเซอร์ ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโลหะผสมพิเศษสำหรับเทคโนโลยีจรวด ในอุตสาหกรรมเคมี ใช้เกลือรูบิเดียมเนื่องจากมีปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาสูง หนึ่งในไอโซโทปเทียม รูบิเดียม-86 ถูกใช้ในการตรวจจับข้อบกพร่องของรังสีแกมมาและนอกจากนี้ ในอุตสาหกรรมยาสำหรับการฆ่าเชื้อยา
ไอโซโทปอีกชนิดหนึ่ง รูบิเดียม-87 ถูกใช้ในธรณีโครโนโลยี ซึ่งใช้เพื่อกำหนดอายุของหินที่เก่าแก่ที่สุดเนื่องจากครึ่งชีวิตที่ยาวมาก (วิธีรูบิเดียม-สตรอนเทียม)
ถ้าหลายสิบปีแม้ว่าครั้งหนึ่งเคยเชื่อกันว่ารูบิเดียมเป็นองค์ประกอบทางเคมีซึ่งขอบเขตไม่น่าจะขยายตัวได้ แต่ตอนนี้โอกาสใหม่ๆ สำหรับโลหะนี้กำลังเกิดขึ้น เช่น ในการเร่งปฏิกิริยา ในหน่วยเทอร์ไบน์ที่อุณหภูมิสูง ในเลนส์พิเศษ และในด้านอื่นๆ ดังนั้นรูบิเดียมจึงมีบทบาทสำคัญและจะยังคงมีบทบาทสำคัญในเทคโนโลยีสมัยใหม่
