البنية
ليست رسماً تخطيطياً لنقاط على حلقات — بل عينة مونت كارلو لكثافة الاحتمال الفعلية |ψ|² لكل مستوى فرعي مشغول. اسحب للتدوير. يشير اللونان الأزرق والبنفسجي إلى الإشارتين المتعاكستين للدالة الموجية، وهو ما يجعل الترابط ممكناً.
القيم المقيسة
يوضح كل شريط موضع روبيديوم بين العناصر الـ118 جميعها بالنسبة إلى تلك الخاصية.
المصادر: الأوزان الذرية القياسية لـ IUPAC لعام 2021 · دليل CRC للكيمياء والفيزياء · NIST. القيم المعلّمة بـ ~ متوقعة وليست مقاسة.
الحجم، وفق مقياس
Radius 248 pm — that is 0.248 nm, so about 2016 million of them side by side would span a millimetre.
النطاق الحراري
روبيديوم is liquid over a 649 K window, from 312 K to 961 K.
القصة
الروبيديوم هو الفلز القلوي المتفجر الذي يشتعل تلقائياً في الهواء ويحترق بلهب بنفسجي مذهل. هذا الفلز اللين ذو اللون الأبيض الفضي شديد التفاعل إلى درجة أنه يجب تخزينه تحت الزيت أو الغاز الخامل لمنع التفاعلات العنيفة مع الرطوبة والأكسجين. سُمّي نسبةً إلى الكلمة اللاتينية "rubidus" التي تعني الأحمر الداكن، وينتج الروبيديوم أحد أجمل ألوان اللهب في الجدول الدوري. اكتشفه الكيميائيان الألمانيان Robert Bunsen وGustav Kirchhoff عام 1861 باستخدام مطيافهما الذي اخترعاه حديثاً، وكان أول عنصر يُكتشف بواسطة التحليل الطيفي. كانا يحللان معدن الليبيدوليت عندما لاحظا خطوطاً طيفية حمراء غامضة لا تتطابق مع أي عنصر معروف. أثبت هذا الاكتشاف أن التحليل الطيفي يمكن أن يكشف عن عناصر موجودة بكميات ضئيلة، مما أحدث ثورة في الكيمياء التحليلية. ما يجعل الروبيديوم استثنائياً تماماً هو تفاعله الشديد للغاية. فهو أكثر تفاعلاً حتى من البوتاسيوم والصوديوم، إذ يشتعل فوراً عند تعرضه للهواء وينفجر بعنف عند إسقاطه في الماء. ويكون التفاعل نشطاً إلى درجة قد تحطم معها الأوعية الزجاجية. وهذا يجعل دراسة الروبيديوم أمراً مثيراً، لكنه خطير عند التعامل معه؛ إذ يتطلب تقنيات ومعدات متخصصة. لدى الروبيديوم بعض التطبيقات الحديثة المذهلة في التكنولوجيا المتقدمة. وتُعد الساعات الذرية التي تستخدم الروبيديوم من أدق أجهزة قياس الوقت التي صُنعت على الإطلاق، إذ لا تخسر سوى ثانية واحدة كل 100000 عام. وتعتمد الأقمار الصناعية لنظام GPS على ساعات الروبيديوم للحفاظ على الدقة المذهلة اللازمة لتحديد المواقع بدقة. تعمل هذه الساعات من خلال قياس اهتزازات ذرات الروبيديوم، التي تتذبذب بمعدل 6,834,682,610.904324 مرة في الثانية بالضبط. إليك أمراً مذهلاً: يُستخدم الروبيديوم لإنتاج أبرد درجات الحرارة التي تحققت على الإطلاق، إذ لا تتجاوز بضعة أجزاء من المليار من الدرجة فوق الصفر المطلق. وعند درجات الحرارة المنخفضة جداً هذه، تكوّن ذرات الروبيديوم حالات غريبة من المادة تُسمى مكثفات بوز-أينشتاين، حيث تتصرف الذرات كموجات أكثر من تصرفها كجسيمات.
اكتشف الروبيديوم عام 1861 الكيميائيان الألمانيان Robert Wilhelm Bunsen وGustav Robert Kirchhoff باستخدام التقنية المطورة حديثاً للتحليل الطيفي، مما مثّل واحداً من أوائل اكتشافات العناصر التي أُجريت بواسطة التحليل الطيفي بدلاً من الطرق الكيميائية التقليدية. حدث الاكتشاف بينما كان العالمان يحللان المياه المعدنية من ينابيع Dürkheim في ألمانيا باستخدام مطيافهما الثوري، وهو جهاز طوراه لدراسة الضوء المميز الذي ينبعث من العناصر المختلفة عند تسخينها. وأثناء تحليلهما، لاحظ Bunsen وKirchhoff خطين طيفيين أحمرين بارزين لا يتوافقان مع أي عنصر معروف، مما دل على وجود مادة لم تكن معروفة من قبل. وقد ألهم اللون الأحمر الداكن المميز لهذه الخطوط الطيفية تسمية "rubidium" المشتقة من الكلمة اللاتينية "rubidus" التي تعني "الأحمر الداكن" أو "الأحمر القاتم". وكان اكتشاف الروبيديوم مهماً بصفة خاصة لأنه أظهر قوة التحليل الطيفي أداةً للتحليل الكيميائي واكتشاف العناصر. وجاء عمل Bunsen وKirchhoff على الروبيديوم بعد بضعة أشهر فقط من اكتشافهما السيزيوم باستخدام التقنيات الطيفية نفسها، مما رسّخ مكانتهما رائدين في مجال التحليل الطيفي. وقد ثبت أن عزل الروبيديوم الفلزي أمر صعب بسبب تفاعله الشديد، ولم تُحصل كميات صغيرة من الفلز النقي إلا بعد عدة سنوات، من خلال التحليل الكهربائي لمركبات الروبيديوم. وتضمنت عملية الاكتشاف تحليلاً كيميائياً مكثفاً لفصل مركبات الروبيديوم عن الخليط المعقد من الأملاح الموجود في المياه المعدنية، مما تطلب تقنيات فصل مبتكرة. وقد أرست منهجية Bunsen وKirchhoff في توصيف خصائص الروبيديوم الأساس لفهم كيمياء الفلزات القلوية والعلاقات الدورية بين العناصر. وقدم اكتشافهما للروبيديوم، إلى جانب السيزيوم، دليلاً مهماً على الفهم المتنامي للبنية الذرية والتصنيف الدوري للعناصر، وأسهم إسهاماً كبيراً في تقدم العلوم الكيميائية في القرن 19.
الاستخدامات
وجد الروبيديوم تطبيقات متخصصة في مجالات مختلفة من التكنولوجيا المتقدمة، ولا سيما أبحاث الفيزياء الذرية، وأنظمة التوقيت الدقيق، والأجهزة البصرية المتقدمة. ويتمثل أهم تطبيق للعنصر في الساعات الذرية، حيث يعمل بخار الروبيديوم معياراً للتردد في أنظمة قياس الوقت فائقة الدقة المستخدمة في الأقمار الصناعية لنظام GPS، وشبكات الاتصالات، والبحث العلمي. وتوفر هذه الساعات الذرية المعتمدة على الروبيديوم مستويات الدقة الضرورية لأنظمة تحديد المواقع العالمية ولمزامنة شبكات الاتصالات في جميع أنحاء العالم. وتستخدم صناعة الإلكترونيات الروبيديوم في أنابيب التفريغ الضوئي والخلايا الكهروضوئية المتخصصة، حيث تجعل خصائصه الكهروضوئية الفريدة منه مادة قيّمة لتطبيقات كشف الضوء وقياسه. وتستخدم المؤسسات البحثية الروبيديوم على نطاق واسع في تجارب التبريد بالليزر وحبس الذرات، حيث تُستخدم ذرات الروبيديوم لدراسة الظواهر الميكانيكية الكمومية وتطوير تقنيات كمومية جديدة. ويعمل العنصر مكوّناً أساسياً في مقاييس المغناطيسية المستخدمة في المسوحات الجيولوجية، واستكشاف المعادن، وقياس المجالات المغناطيسية في الأبحاث العلمية. وتُستخدم مركبات الروبيديوم في تصنيع الزجاج المتخصص، حيث يمكنها تحسين بعض الخصائص البصرية والمتانة الكيميائية للمنتجات الزجاجية. وقد بحث المجال الطبي في مركبات الروبيديوم لإمكان استخدامها في تصوير القلب وكعناصر اقتفاء مشعة في فحوص التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET). ويجعل التفاعل العالي للروبيديوم منه مفيداً في تفاعلات التخليق الكيميائي المتخصصة وكحفاز في بعض تطبيقات الكيمياء العضوية. وقد استكشف قطاع الطيران والفضاء محركات أيونات الروبيديوم لأنظمة دفع المركبات الفضائية، حيث يمكن أن توفر خصائص العنصر دفعاً فعالاً للبعثات الفضائية طويلة الأمد. وتتواصل الأبحاث حول التطبيقات المحتملة للروبيديوم في الحوسبة الكمومية، إذ تبشر ذرات الروبيديوم بإمكان استخدامها لتخزين المعلومات الكمومية ومعالجتها. كما يجد العنصر تطبيقات محدودة في البطاريات المتخصصة وأنظمة تخزين الطاقة، حيث توفر خصائصه الكهروكيميائية الفريدة مزايا معينة.
أوسع تطبيقات الروبيديوم انتشاراً هو استخدامه في الساعات الذرية التي تزامن الأقمار الصناعية لنظام GPS، مما يجعل الملاحة الدقيقة ممكنة لمليارات المستخدمين في جميع أنحاء العالم عبر الهواتف الذكية والمركبات والطائرات. وتعتمد شركات الاتصالات على معايير تردد الروبيديوم للحفاظ على توقيت دقيق عبر شبكات الألياف البصرية والأنظمة الخلوية. وتستخدم مرافق البحث العلمي خلايا بخار الروبيديوم في أنظمة الليزر لإجراء التحليل الطيفي والقياسات الدقيقة للثوابت الفيزيائية الأساسية. وتستخدم فرق المسح الجيولوجي مقاييس مغناطيسية من الروبيديوم لرسم خرائط لرواسب المعادن الجوفية ودراسة تغيرات المجال المغناطيسي للأرض. وتشمل التطبيقات العسكرية والدفاعية أنظمة ملاحة قائمة على الروبيديوم توفر إمكانات لتحديد المواقع مستقلة عن نظام GPS في العمليات الحرجة. وتستخدم مرافق التصوير الطبي مولدات الروبيديوم-82 لإجراء فحوص التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني للقلب وتشخيص أمراض القلب وتقييم وظائفه. وتستخدم المختبرات البحثية في جميع أنحاء العالم الروبيديوم في تجارب تدرس مكثفات بوز-أينشتاين وغيرها من حالات المادة الغريبة. وتستخدم صناعة النفط والغاز مقاييس مغناطيسية من الروبيديوم في أنشطة الاستكشاف لتحديد مواقع الحفر المحتملة ورسم خرائط للتكوينات الجيولوجية تحت السطح. وتضيف شركات تصنيع الزجاج المتخصص مركبات الروبيديوم لإنتاج مكونات بصرية عالية الأداء للتلسكوبات والأدوات الدقيقة. وتستخدم المؤسسات الأكاديمية ذرات الروبيديوم في العروض والتجارب الفيزيائية لتدريس مفاهيم ميكانيكا الكم والفيزياء الذرية. وحتى تطبيقات المستهلكين تستفيد بصورة غير مباشرة من الروبيديوم عبر أنظمة التوقيت الدقيقة التي تتيح الإنترنت عالي السرعة والتلفزيون الرقمي والاتصالات اللاسلكية. ويبحث قطاع الطاقة المتجددة في أنظمة تخزين الطاقة القائمة على الروبيديوم لتطبيقات على نطاق الشبكة، حيث يكون التوقيت والتحكم الدقيقان أمرين أساسيين.
مصدره
90 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 82% of elements
الروبيديوم فلز قلوي نادر نسبياً، ويبلغ متوسط تركيزه نحو 90 جزءاً في المليون في القشرة الأرضية، مما يجعله أكثر وفرة من الليثيوم وأقل شيوعاً من فلزات قلوية أخرى مثل الصوديوم والبوتاسيوم. ولا يوجد العنصر أبداً في الطبيعة على هيئة فلز حر بسبب تفاعله الشديد مع الماء والأكسجين، بل يوجد على هيئة مركبات في معادن وتكوينات جيولوجية مختلفة. ويحل الروبيديوم عادةً محل البوتاسيوم في المعادن الحاوية على البوتاسيوم بسبب تشابه أنصاف أقطاره الأيونية وخصائصه الكيميائية، وإن كان ذلك بتركيزات أصغر بكثير. ويحتوي الليبيدوليت، وهو ميكا حاوٍ على الليثيوم، على أعلى تركيزات الروبيديوم الموجودة في الطبيعة، إذ تحتوي بعض العينات على ما يصل إلى 3% من أكسيد الروبيديوم. ويحتوي البولوسيت، وهو معدن من سيليكات الألومنيوم والسيزيوم، أيضاً على كميات كبيرة من الروبيديوم الذي يحل محل السيزيوم في البنية البلورية. ويحتوي الكارناليت، وهو معدن من كلوريد البوتاسيوم والمغنيسيوم يوجد في رواسب المتبخرات، على كميات ضئيلة من الروبيديوم تتراكم أثناء تكوّن المعدن. وتحتوي مياه البحر على تركيزات منخفضة جداً من الروبيديوم، تبلغ نحو 0.12 جزءاً في المليون، مما يجعل استخراجه من المحيطات غير مجدٍ اقتصادياً رغم الحجم الهائل للمحيطات. ويمكن أن تحتوي محاليل البحيرات المالحة، ولا سيما ذات المحتوى العالي من البوتاسيوم، على تركيزات مرتفعة من الروبيديوم وتمثل مصدراً محتملاً للاستخراج التجاري. وتحتوي بعض معادن الطين والفلسبار على الروبيديوم بوصفه عنصراً نزراً، إلا أن هذه المصادر غير مجدية اقتصادياً لإنتاج الروبيديوم. ويوجد العنصر أيضاً بكميات صغيرة في بعض الصخور النارية، ولا سيما تكوينات الغرانيت والبغماتيت، حيث يتركز خلال المراحل النهائية من التبلور. ويُحصل على معظم الروبيديوم التجاري بوصفه ناتجاً ثانوياً لإنتاج الليثيوم من الليبيدوليت أو ناتجاً ثانوياً لاستخراج السيزيوم من البولوسيت. ويرتبط التوزيع الجغرافي لموارد الروبيديوم ارتباطاً وثيقاً برواسب الليثيوم والسيزيوم، مع وجود مصادر مهمة في كندا وزيمبابوي وأجزاء من الولايات المتحدة.
التعامل
يشكل فلز الروبيديوم مخاطر كبيرة على السلامة بسبب تفاعله الشديد مع الماء والأكسجين، مما يتطلب إجراءات تداول وظروف تخزين متخصصة لمنع التفاعلات الخطرة. ويجب تخزين الفلز النقي في أجواء خاملة أو في زيت معدني لمنع الأكسدة والتلامس مع الرطوبة، إذ يمكن أن يسبب التعرض للهواء أو الماء تفاعلات عنيفة تنتج غاز الهيدروجين والحرارة. ويجب تجنب التلامس المباشر مع فلز الروبيديوم، لأنه قد يسبب حروقاً كيميائية شديدة للجلد والعينين، وأي تلامس يتطلب الغسل الفوري بكميات كبيرة من الماء رغم احتمال حدوث التفاعل. وتُعد مركبات الروبيديوم، رغم كونها أقل خطراً عموماً من الشكل الفلزي، قادرة على التسبب في تهيج الجلد والعينين والجهاز التنفسي، مما يتطلب استخدام معدات الوقاية المناسبة أثناء التعامل معها. ويجب منع استنشاق غبار الروبيديوم أو أبخرته من خلال توفير تهوية كافية ووسائل حماية تنفسية، إذ يمكن أن يسبب التعرض تهيجاً تنفسياً وتأثيرات جهازية محتملة. وتتطلب نظائر العنصر المشعة، ولا سيما الروبيديوم-87، احتياطات إضافية للسلامة الإشعاعية، رغم أن النظير الطبيعي له عمر نصف طويل للغاية ولا يشكل خطراً إشعاعياً يُذكر في الظروف العادية. ويجب تدريب العاملين في المختبرات الذين يتعاملون مع الروبيديوم على التقنيات الصحيحة للتعامل مع الفلزات شديدة التفاعل، وينبغي أن تتوفر لديهم إجراءات الطوارئ بسهولة. ويتطلب إخماد الحرائق بالقرب من الروبيديوم عناية خاصة، لأن الأنظمة القائمة على الماء قد تزيد من حدة الحرائق التي تشمل الفلزات القلوية، مما يجعل أنظمة المسحوق الجاف أو الغاز الخامل أكثر ملاءمة. ويجب تجهيز مناطق تخزين الروبيديوم بتهوية مناسبة وأنظمة لإخماد الحرائق ومعدات للاستجابة للطوارئ ملائمة لحرائق الفلزات التفاعلية. ويتطلب التخلص من الروبيديوم ومركباته إجراءات ومرافق متخصصة قادرة على التعامل مع المواد التفاعلية بأمان. وينبغي للنساء الحوامل تجنب التعرض لمركبات الروبيديوم، كما يجب على جميع العاملين الخضوع لتدريب مناسب على السلامة قبل العمل مع هذا العنصر شديد التفاعل. وينبغي أن تتضمن إجراءات الاستجابة للطوارئ بروتوكولات لمعالجة الحروق الكيميائية والتعامل مع الحرائق التي تشمل الفلزات القلوية.
إجابات سريعة
روبيديوم (symbol Rb) is element 37 on the periodic table, a فلز قلوي in period 5, group 1. A soft alkali metal whose spectral line is deep red, and whose ions run some of the world's most precise clocks. At room temperature it is a solid.
[Kr] 5s¹, giving 5 occupied shells holding 2, 8, 18, 8, 1 electrons respectively.روبيديوم melts at 312.5 K (39.3 °C) and boils at 961 K (687.9 °C).
The standard atomic weight of روبيديوم is 85.468 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
روبيديوم has a density of 1.532 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of روبيديوم is about 1.5× heavier.
روبيديوم has a Pauling electronegativity of 0.82. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). A value this low means it readily gives its outer electrons away, forming positive ions.
روبيديوم was discovered in 1861 by Bunsen & Kirchhoff. It is named after latin rubidus, "deep red" — its spectral line.
روبيديوم makes up about 90 mg/kg of the Earth's crust — uncommon, but not rare.