یزدفردا

چگونه ابر غولهای صنعت نوین را از دل خاک بیرون کشیدند. (قسمت سوم)

نویسنده :س ونتسکي؛ مترجم : محمدرضا افضلي

به کوشش :حمیرا حیدرزاده

.غول شریر (روبیدیم) . Rb (Rubidium) عمر سیاره ما چقدر است؟ متاسفانه شناسنامه ای برایش صادر نشده است و خودش نیز ( همچون زنان دیگر پا به سن گذاشته ) سن خود را مخفی میکند!!! اما هر جا که رازی باشد کسانی هم پیدا میشوند که سعی در برملا کردن آن داشته باشند. چندین قرن است که بحث بر سر زمان پیدایش زمین ما ادامه دارد . بر اساس کتاب مقدس ، زمین تازه متولد شده است و در حدود 6000 سال پیش پدیدارشده است . اما علم جدید میگوید که عمر زمین در حدود چهار و نیم میلیارد سال است. بعضی از شاهدین این مدعا از سنگهای باستانی به دست آمده است. تا چندی پیش می پنداشتند گونه های سنگی کشف شده در ناحیه ترانسوال در آفریقای جنوبی ، قدیمیترین سنگهای روی زمین اند ، عمر این سنگها در حدود 3400 تا 3500 میلیون سال بر آورد میشود. اما در سال 1966 ، ( مک گرگور ) محقق زلاند نویی در دهانه خلیج آمرالیک در گروئنلند سنگهایی را کشف کرد که دست کم 500 میلیون سال مسن تر بودند!!!. سن این سنگها را با روش معروف به (( ساعت )) روبیدیم- استرونسیم تعیین کردند. آیا این روش را میشناسید؟ در اوایل قرن بیستم ، ارتست راجر فورد فیزیکدان شهیر انگلیسی ، این نظر را مطرح کرد که عمر کانی ها و سنگها را میتوان بر اساس پرتو زائی ، پدیده ای که چند سال پیش از آن کشف شده بود ، تعیین کرد . به عقیده او اتم های عنصر های شیمیایی پرتو زای ( رادیو اکتیو ) موجود در ماده سازنده زمین ، همواره ذرات اتمی گسیل میدارند و خود به اتم های سایر عنصر ها تبدیل میشوند . خوشبختانه آهنگ انجام این تبدیل به دما یا فشار یا عامل های دیگر بستگی ندارد ، بلکه هر عنصر پرتو زا ، دوران نیمه عمر خاص خود را دارد. دوران نیمه عمر ، مدت زمانی است که طی آن دقیقا نیمی ازعنصر پرتو زا وا میپاشد. نیمه عمر بعضی از عنصر ها از چند میلینیوم ثانیه تجاوز نمی کند ، اما نیمه عمر بعضی دیگر سر به میلیارد ها سال میزند. نیم عمر یکی از این (( پیر و پاتال ها )) ، یعنی روبیدیم- 87 ( که سهم آن در ذخیره روبیدیم جهان 28 در صد است ) به 48000 میلیون سال میرسد این ایزوتوپ که خود به خود الکترون آزاد میکند ، به کندی اما یقینا ، به ایزوتوپ پایدار استرونسیم با همان جرم اتمی (87) تبدیل میشود که دیگر در معرض واپاشی نیست. چون نسبت استاندارد این ایزوتوپ ، به (( خویشاوندان )) نزدیکش ، یعنی ایزوتوپ های 88 ،86 ، 84 معلوم است ، به آسانی میتوان تعداد اضافی استرونسیم -87 موجود در هر سنگ مورد نظر را ، که در نتیجه تخریب روبیدیم -87 پدید آمده است ، بر آورد کرد. پس از معلوم شدن مقدار ماده منبع تشعشع ، میتوان طول مدت انجام فرایند تبدیل ، ودر نتیجه عمر سنگ را تعیین کرد. ضمن اینکه ایزوتوپهای روبیدیم و استرونسیم به محققان امکان داده اند تا عمر سنگهای ما قبل تاریخ را در گروئینلند تععین کنند ، همین زوج آنها را متقاعد کرده اند که مرتفع ترین رشته کوه ، هیمالیا ، بسیار جوانتر از آن است که پیش از این پنداشته میشد. تامدتها دیدگاه علمی کلی این بود که کوه های آسیای مرکزی صد ها میلیون سال پیش به وجود آمده اند . اما اخیرا محققین ژاپنی که با استفاده از ( ساعت ) روبیدیم- استرونسیم ، نمونه سنگهای هیمالیا را به دقت مطالعه کرده اند ، غلط بودن این فکر را ثابت کرده اند . آنها به این نتیجه رسیدند که منطقه هیمالیا دو بار در معرض شدید ترین تراکم زمین شناختی قرار گرفته است .نخستین بار در 450 تا 500 میلیون سال پیش که در نتیجه آن ، ساختار قاعده کوه های هیمالیا پدید آمد ، و بار دوم فقط 15 میلیون سال پیش که به پیدایش مرتفع ترین کوهستان زمین انجامید. روشهای دیگر تعیین عمر سنگها عبارتند از روش رادیو کربن ، اورانیوم-هلیم ، اورانیوم - سرب، پتاسیم- آرگون و چند روش دیگر . اما باید خاطر نشان کرد که ساعت روبیدیم- استرونسیم بهترین روش برای اندازه گیری زمانهای بسیار طولانی است. دیدیم که به کمک روبیدیم میتوان عمر تقریبی سیاره زمین را تعیین کرد. اما میدانید که از زمان کشف خود روبیدیم چقدر میگذرد؟ پاسخ این پرسش روشن است. روبیدیم را دو دانشمند آلمانی ، رابرت بونزن ،شیمیدان و گوستهاف کیرشهوف فیزیکدان ، در سال 1861 کشف کردند. آنها پیش از این کشف در سال 1859 روش تحلیل طیفی را ابداع کردند و یکسال پس از آن موفق به کشف سزیم شدند. آنها در ادامه بررسی طیف کانیها ، دو خط نا آشنا به رنگ قرمز تیره را در طیف لپیدولیت ( نوعی میکای بلورین حاوی لیتیم ) ساکسونی یافتند . این بدان معنا بود که کانی مورد بررسی حاوی عنصر جدیدی است. آنها عنصر جدید را روبیدیم نامیدند ( روبیدیم از لغت لاتینی روبیدیوس به معنای قرمز تیره مشتق شده است ). نام یاقوت قرمز به انگلیسی (روبی) نیز از همین واژه لاتینی اقتباس شده است. اما در حالی که یاقوت واقعا قرمز رنگ است ، روبیدیم مانند اغلب فلز ها ، رنگ سفید نقره ای دارد.این فلز بسیار سبک وزن ( سبکتر از منیزیوم ) ، و چون موم نرم است. استفاده از روبیدیم در مناطق گرمسیر توصیه نمی شود ، زیرا در دمای 9/38 درجه سلیسیوس ذوب میشود وبنابر این در چنین مناطقی پیش چشم انسان ذوب خواهد شد . برای تکمیل توصیف مختصر خود از روبیدیم ، یکی دیگر از خصوصیات ممیزه آنرا ذکر میکنیم : بخار ترکیب های روبیدیم به شعله چراغ ته رنگ ارغوانی میدهد. بونزون اولین کسی بود که در سال 1863 به فلز روبیدیم دست یافت . او براستی هفت خوان را پشت سر گذاشت : او نا گذیر بود ((دریاچه ای)) را تبخیر کند (یعنی بیش از 40 متر مکعب از آب معدنی شوارتس والت را که عنصر در آن یافت شده بود). اما این تازه آغاز کار بود. اواز محلول غلیظ شده آب معدنی ، رسوبی پلاتینیوم ، کلرید های پتاسیم ، سزیم و روبیدیم به دست آورد . گام بعدی جدا کردن این سه ((یار جدایی نا پذیر )) بود. بونزن با استفاده از حلالیت بیشتر ترکیب های پتاسیم، اول به روش تبلور تدریجی ، پتاسیم را جدا کرد. جدا کردن سزیم وروبیدیم از انهم دشوار تر بود . بونزون این مسئله را هم حل کرد و سرانجام از طریق احیای اسید تارتارات روبیدیم با دوده کربن ، فلز روبیدیم را به دست آورد.بیست و پنج سال بعد شیمدان شهیر روس ، نیکلای بکتوف ، استخراج روبیدیم از طریق احیای هیدروکسید آن با گرد گوگرد را پیشنهاد کرد. در این فرایند او از استوانه ای چدنی ، مجهز به یک لوله گاز مرتبط با خنک کن شیشه ای استفاده کرد. استوانه را بر روی شعله گاز حرارت داد ، در نتیجه واکنشی پر تلاطم روی داد که به آزاد شدن هیدروژن و تصعید روبیدیم و ورود آن به خنک کن همراه بود . بکتف نوشت که : روبیدیم به کندی تصعید ، و همچون جیوه روان میشود. و چون در حین انجام واکنش ظرف از گاز هیدروژن پر میشود ،جلای فلزی خود را حفظ میکند. امروزه این فلز را عمدتا از کلرید آن ، و به کمک کلسیم در خلا ، در دمای 700-800 درجه سانتیگراد استخراج میکنند. استخراج روبیدیم خالص از ترکیبهای آن دشوار است. اما نگهداری این فلز دشوار تراست. فلز تازه را درلوله های درز بندی شده ای از جنس شیشه مخصوص تحت خلا یا پر شده از گازی خنثی ، نگهداری میکنند.گاهی اوقات (سلول) روبیدیم ظرفی فلزی است که با نفت آبگیری شده یا پارافین پر شده است. تنها در چنین شرایطی میتوان مطمئن شد که فلز مدتی طولانی دوام میآورد . این همه احتیاط برای چیست؟ ماجرا از این قرار است که این ((زندانی)) ذاتآ بسیار ((سرکش)) است. آزاد کردن آن از ((حبس)) به همان اندازه خطرناک است که آزاد کردن (غولی شریر) از بطری.در خانواده فلز ها ، روبیدیم از لحاظ فعالیت ، تنها از( برادر بزرگترش ) سزیم عقبتر است. به محض آنکه روبیدیم آزاد شود ، یعنی با هوا تماس پیدا کند ، فورا مستعل می شود و با شعله ارغوانی مایل به صورتی می سوزدوبه صورت گردی زرد رنگ - سوپروکسید روبیدیم ، در میآید. این آتش را با آب نباید خاموش کرد: روبیدیم با آب شدید تر واکنش نشان میدهد و بیم انفجار نیز میرود ، هیدروژن تفکیک شده از اکسیژن نیز فورا شهله میکشد. به علاوه روبیدیم در برابر حالت فیزیکی آب واکنشی نشان نمیدهد. در مورد یخ نیز واکنش روبیدیم همین طور است. روبیدیم همچون کلنگ معدنکاران لایه ای از بلور های یخ را میشکافد و تنها در( پایین تر از منهای 108 درجه سلسیوس) این (0آشوبگر) آرام وقرار میگیرد. هیدروکسید روبیدیم ، که محصول این واکنش است ، برای نشان دادن خوی سر کش خود شتاب دارد: اگر آنرا در ظرفی شیشه ای قرار دهید ، به سرعت ظرف را از بین میبرد!!! در دمای زیاد در بالای 300 درجه فلز روبیدیم نیز به سرعت ظرف شیشه ای خود را می خورد ، و سیلیسیم را ((بیشرمانه)) از اکسید سیلیسیم و سیلیکات ها جدا میکند. به همین سبب روبیدیم را باید در لوله هایی از جنس شیشه مخصوص (مهار ) کرد ، لوله هایی که میتوانند از خود دفاع ودر برابر روبیدیم مقاومت کنند. رفتار شیمیایی وحشیانه روبیدیم از ساختار اتمی آن ناشی میشود. همچون دیگر فلز های قلیایی ، در دورترین لایه الکترونی روبیدیم تنها یک الکترون وجود دارد. فاصله این الکترون تا هسته ، از فاصله الکترون های مشابه در اتم های لیتیم ، سدیم یا پتاسیم بیشتر است ، به همین سبب به آسانی جذب اتم های سایر مواد میشود(تنها اتم های سزیم الکترون های خود را آسان تر از دست میدهند). روبیدیم ، در برابر نور نیز الکترون از دست میدهد. این ویژگی که ((اثر فوتونی)) نام دارد ، مشخصه بسیاری از فلز هاست ، اما هیچ یک از آنها نمیتوانند با روبیدیم و سزیم رقابت کنند. اگر چه سزیم یکه تاز این رقابت هست و در این عرصه در این عصر وزمان با اثر (فوتونی) خود پیشتاز و در فتو سل ها و دیگر وسایل فتو الکتریکی به کار میرود ، اما به احتمال بسیار زیاد روبیدیم در فرصت مناسب سزیم را از میدان به در میکند : ذخیره این عنصر در طبیعت 50 برابر ذخیره سزیم است ، واین نکته دیر یا زود به یاری روبیدیوم می شتابد. به علاوه بعضی از آلیاژ های روبیدیوم ، مثلا (باتلریوم) به سبب حساسیت شدید نوری در منطقه فرابنفش طیف ، در مقایسه با آلیاژهای متناظر با سزیم ، مشخص میشوند. هرگاه بخواهیم ماده ای برای کاتد فتو الکتریک انتخاب کنیم ، این نکته بسیار اهمییت می یابد. شیمی آلی عرصه مهم دیگری برای کاربرد روبیدیم است. در شیمی آلی از نمک های این فلز به عنوان کنشیار !!(کاتالیزور ) استفاده میشود. حتی بیش از 50 سال پیش ، از کربنات روبیدیم در تولید روغن مصنوعی استفاده میشد. امروزه استفاده از این ماده در تولید متانول و سایر الکل ها ، و استیرن و بوتادین که مواد اصلی مورد نیاز در تولید لاستیک مصنوعی اند ، اجتناب ناپذیر است. تازگی کاتالیزور های روبیدیومی برای هیدروژن دهی ، آبگیری ، پلیمر کردن و بعضی دیگر از واکنشها ی ترکیبی شیمی آلی ساخته شده است. با استفاده از این کاتالیزورها به جای ترکیب های سدیم یا پتاسیم ، میتوان واکنش را در دما و فشار کمتری انجام داد. برتری دیگرکاتالیزور روبیدیمی در این است که آنها در برابر گوگرد ، بلای جان بسیاری از کتالیزورها ، آسیب ناپذیرند. شیمیدانهای آمریکایی ثابت کرده اند که تارتارات روبیدیم بر اکسایش دوده کربن اثر کاتالیزوری دارد ، و دمای این واکنش را به شدت کاهش میدهد!!! بعضیها ممکن است از سر تمسخر بگویند ((دست مریزاد))!!! اما محققین که در جستجوی انواع جدید سوخت های فضا یی اند ،به گونه ای دیگر فکر میکنند وبه احتمال زیاد حق با آنهاست. بعضی از ترکیبهای روبیدیم ویژگیهای نیمه رسانایی و بعضی دیگر ویژگیهای پیزوالکتریکی ( ) دارند. امادر حال حاضر این خصوصیات جدیدا نظر دانشمندان و مهندسان را به خود جلب کرده اند. شاید متوجه این نکته شده باشید که تاکنون بیشتر در باره کاربرد های بالقوه روبیدیم سخن گفته ایم نه کاربردهای بالفعل آن در تکنولوژی نوین وبه راستی هنوز این فلز حق ندارد مدعی نقش زحمتکشان بزرگی همچون آهن ، آلومینیم ، مس و تیتانیم شود. به میزان تولید سالانه روبیدیم توجه کنید : اگر تولید سالانه همه کشور های تولید کننده روبیدیم را روی هم بریزیم ، به زحمت چند ده کیلوگرم میشود ، به همین سبب قیمت این فلز در بازار بین المللی بسیار زیاد است. گذشته از کاربردهایی که ذکر کرده ایم ، مقدار ناچیزی از ترکیبهای روبیدیم ، در شیمی تجزیه و به منظور شناسایی منگنز ، زیرکونیم و فلز های نجیب مصرف میشود. روبیدیم در داروهای خواب آور و مسکن ، ونیز در مداوای بیماری صرع به کار میرود. نمکهای روبیدیم بخشی از مواد ویژه ای را تشکیل میدهند که در دستگاه های نوری به کار میروندو در برابر پرتو فرو سرخ شفافند ، این مواد در تولید لامپهای درخششی و سایر لامپهای پرتو کاتدی اهیت بسزا دارند. روبیدیم در بعضی از دستگاه های تحت خلا نقش ماده جاذب گاز را بازی میکند و در مغناطیس سنج و معیار های سنجش زمان و بسامد (فرکانس) نقش ماده معروف به ماده فعال (اکتیویته) را دارد. چندی پیش یک شرکت مهندسی برق در آلمان ، با استفاده از روبیدیم ، دستگاهی برای تنظیم کار ساعت های قدیمی ، که زینت بخش بسیاری از شهر های جهان هستند ، ساخت. این مکانیسم های زمخت قرون وسطایی ، که به سبب طنین دلنشین زنگهایشان بسیار تحسین میشوند ، به عنوان ساعت اصلا قابل اطمینان نیستند. این دستگاه جدید - یک معیار فرکانس اتمی- دقت گردش این ساعت ها را ( تا چند صدم ثانیه در هر 24 ساعت ) تنظیم و تضمین میکند. در فیزیک اتمی ، مهندسی لیزر و ناوبری فضایی ، که در بعضی موارد انحراف زمان سنجی نباید از چند میلیونیم ثانیه در هر 24 ساعت تجاوز کند ، به دقت باز هم بیشتری نیاز است. این کار به کمک ساعتی اتمی که با ایزوتوپ روبیدیم کار میکند ، عملی است. اصول نظری کار چنین ساعت هایی این است که اتم های هر عنصر شیمیایی تنها با فرکانسی(تپش) خاص ، که برای هر عنصر مقداری ثابت است و فقط به ساختار اتمی آن بستگی دارد ، انرژی جذب یا پخش میکنند. بنابر این ساعت اتمی ( یا کوانتومی) از هر ساعت دیگری ، حتی از ساعت هایی که با بلور کوارتز کار میکنند ودر آنها نقش آونگ را ارتعاشات کشسان صفحه ای کوارتزی به عهده دارد ، چندین برابر دقیقتر است. ساعت اتمی چنان دقیق است که اگر در آغاز قرن اول میلادی آنرا تنظیم میکردیم ، اکنون با گدشت صد سال بیش از یک ثانیه عقب یا جلو نبود!!! با قاطعیت میتوان گفت که در سال های آینده کاربردهای روبیدیم بسیار گسترش خواهد یافت.این بدان معنا است که تولید این فلز نیز افزایش خواهد یافت. میزان ذخایر طبیعی روبیدیوم کافی ، واز میزان ذخایر کروم ، روی ، مس ، نیکل و سرب افزون تر است. بلی درست است ، مشکل از آنجا ناشی میشود که روبیدیم جزء عنصر های ناچیز است : این عنصر اگر چه در بسیاری از سنگها یافت میشود ، اما معدنی از خود ندارد ، چه رسد به اینکه به صورت کانساری بزرگ پیدا شود. معمولا روبیدیم با فلز های قلیایی همراه است و از پتاسیم جدایی ناپذیر است . گذشته از (لپیدولیت)که ذکر آن رفت ، روبیدیم در کار نالیت(کلرید پتاسیم و منیزیم) نیز به مقدار بسیار ناچیز (از صدم تا دهم درصد)وجود داردو همراه سایر عنصر ها از این کانی استخراج میشود. چون ذخایر کارنالیت عملا پایان ناپذیر است ، به نظر میرسد که این کانی مهمترین منبع برای استخراج روبیدیم باشد. درقرن پانزدهم ، در دل جنگل های انبوه اورال شهری بنام سول کامسکایا (نمک رودخانه کاما) بنا شد که امروزه سالیکامسک نام دارد و مرکز عمده صنایع شیمیایی است . در این ناحیه غنیترین ذخایر کارنالیت ، سیلوینیت (کلرید پتاسیم ) و سایر نمکهای پتاسیم یافت میشود . سیلوینیت به مر مر میماندو به رنگهای گوناگون ، همچون سفید برفی یا قوس وقزحی ، از صورتی کمرنگ تا سرخ ، یا از آبی کمرنگ تا نیلی دیده میشود . این کانی در میان بلور های شفاف و بیرنگ کلرید سدیم (نمک طعام)که گاهی به صورت مکعبهای سیاه نیز پیدا میشوند. میدانید چرا نمک طعام سیاه میشود؟ بلور های سیاه ((کارت شناسایی)) روبیدیم-87 به شمار میروند ؛ ازوتوپ پرتوزایی که زمانی بر کلرید سدیم پرتو افشانده است. نمک های روبیدیم در آب اوقیانوس ها و دریاچه ها یافت میشوند، مقدار قابل توجهی از این نمکها در آب مرداب معروف (ادسا) در دریای سیاه حل شده است ، اما غلظت آنها در دریای خزر از اینهم بیشتر است. در بسیاری از گونه های گیاهی ، علف دریایی ، تنباکو ،برگ چای و دانه قهوه ، نیشکر وچغندر قند ، انگورها و بعضی از مرکبات نیز مقدار ناچیزی روبیدیم وجود دارد. سرگذشت روبیدیم را با یک شوخی به پایان میرسانیم. چند سال پیش عنوان موفقترین مقاله هر روزنامه این بود:(( مراقب آقایان باشید!! )) حال ، بر اساس دائره المعارف بزرگ شوروی ، نه تنها باید مراقب آقایان بود ، بلکه باید آنها رادر گاوصنوق نگهداری کرد : مقدار روبیدیم در خون آقایان بیشتر از خانم هاست( خون آقایان سی و دو هزارم و خون خانمها بیست و هشت هزارم در صد روبیدیم دارد.

یزدفردا  -حمیرا حیدرزاده: