Πέμπτη, 7 Απριλίου 2016

Ρουβίδιο: BoseNova και πυροτεχνήματα

Ρουβίδιο: BoseNova και πυροτεχνήματα

Μικρό βιογραφικό για το στοιχείο ρουβίδιο. Κάθε Κυριακή «Το Βήµα» µάς ταξιδεύει και σε µιαν άλλη γωνιά του περιοδικού πίνακα.
Βίος και πολιτεία
Σε αρκετά βιβλία Χημείας βρίσκεις λίγα ή και καθόλου για το ρουβίδιο. Και προσθέτοντας σε αυτό το ότι κάθε χρόνο παράγεται σε ελάχιστη ποσότητα και μπορεί η τιμή του να φθάσει τις 17.000 ευρώ το κιλό, να οδηγηθείς στο συμπέρασμα πως πρόκειται για ένα στοιχείο χωρίς μεγάλο ενδιαφέρον. Ας δούμε λοιπόν αν είναι πραγματικά έτσι.Αν κουνήσουμε για μερικά δευτερόλεπτα το νερό που βρίσκεται μέσα σε ένα ποτήρι έπειτα από λίγο θα επικρατήσει ηρεμία. Η τριβή μεταξύ των μορίων θα επιβάλει αυτή την τάση για ηρεμία. Και αν το θέσουμε αλλιώς - γιατί αυτό θα μας βοηθήσει στη συνέχεια -, σε ένα συνηθισμένο υγρό αν μια ομάδα μορίων κινηθεί προς μια κατεύθυνση, μια άλλη ομάδα δεν θα είναι εξίσου πρόθυμη να ακολουθήσει και έτσι κάποια στιγμή όλα τα μόρια θα ηρεμήσουν. Σε άλλα υγρά παρατηρούμε μεγαλύτερη ευκινησία και σε άλλα, όπως το μέλι, πολύ μικρότερη προθυμία για απότομες κινήσεις. Στην πρώτη περίπτωση λέμε πως έχουμε μικρή εσωτερική τριβή και στη δεύτερη μεγάλη εσωτερική τριβή. Αν όμως πάμε σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες, κάτω από τους -270 βαθμούς Κελσίου, ένα αέριο όπως το Ηλιο-4, που θα είναι τότε σε υγρή μορφή, δεν θα συμπεριφέρεται έτσι «φυσιολογικά» όπως το μέλι και το νερό.  Ενας ινδός φυσικός, ο Satyendra Nath Bose, έστειλε τo 1925 στον Αϊνστάιν μια εργασία του σχετικά με τα φωτόνια όταν τα παρατηρούμε όλα μαζί και εφαρμόζουμε για αυτά συλλογικούς κανόνες, με άλλα λόγια, κάνοντας στατιστική. Ο Αϊνστάιν εντυπωσιάστηκε τόσο που μετέφρασε ο ίδιος το κείμενο στα γερμανικά, του έδωσε δημοσιότητα, εργάστηκε επάνω σε αυτό και παρουσίασε τελικά μια νέα άποψη για τη στατιστική συμπεριφορά σωματιδίων όπως τα φωτόνια που έχουν ακέραιο αριθμό σπιν (δηλαδή έναν τρόπο συμπεριφοράς που σχηματικά εντελώς τον παρουσιάζουμε σαν να περιστρέφονται γύρω από τον εαυτό τους). Αυτά τα σωματίδια ονομάζονται, προς τιμήν του Bose, «μποζόνια». Ενα από τα βασικά χαρακτηριστικά τους είναι το εξής: αν ν τέτοια σωματίδια έχουν την τάση να κινηθούν προς μια κατεύθυνση, η πιθανότητα και το αμέσως επόμενο να κάνει το ίδιο είναι ανάλογα μεγάλη με τον αριθμό ν. Δηλαδή όσο μεγαλύτερο πλήθος κάνει κάτι, τόσο πιο πιθανό είναι να παρασύρει και άλλους όμοιούς του να κάνουν το ίδιο. Ο Αϊνστάιν κατάλαβε ότι σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες αυτό θα ήταν εφικτό να συμβεί και θα οδηγούσε σε μια τέταρτη μορφή της ύλης (μετά τη στερεά, την υγρά και την αέριο), που θα συμπεριφέρεται εντελώς διαφορετικά από τα συνηθισμένα. Πρόκειται για τα λεγόμενα Συμπυκνώματα - Bose - Einstein, που σύμφωνα με τη θεωρία θα έπρεπε να βγαίνουν έτσι αυθόρμητα από το στόμιο ενός δοχείου, να περνούν μέσα από απειροελάχιστα λεπτές χαραμάδες και γενικά να κινούνται σαν να είναι ένα μόνον μόριο, κόντρα και στη βαρύτητα μερικές φορές. Πέρασαν εβδομήντα χρόνια ώσπου να υλοποιηθούν πειραματικά οι προβλέψεις της θεωρίας αυτής στο Πανεπιστήμιο Boulder του Κολοράντο και αυτό έγινε δυνατόν με άτομα από ρουβίδιο-87. Αυτή η επιτυχία των Cornell, Wieman και Ketterle ανταμείφθηκε το 2001 με ένα βραβείο Νομπέλ.
Γιατί το είπαν έτσι
Το ρουβίδιο ανακάλυψαν και έκαναν τη σχετική ανακοίνωση σε συνεδρία της Ακαδημίας του Βερολίνου το 1861 δύο από τους πιο διαπρεπείς επιστήμονες στην ιστορία της Φυσικής και της Χημείας. Ο Robert Bunsen και ο Gustav Kirchhoff στη Χαϊδελβέργη της Γερμανίας. Είχαν πριν από έναν χρόνο κατασκευάσει το πρώτο φασματοσκόπιο, που τους επέτρεπε θερμαίνοντας ένα υλικό να προκύπτουν από τη λάμψη του κάποιες έγχρωμες γραμμές, χαρακτηριστικές μόνο για αυτό, εξαιτίας αντίστοιχα της μοναδικής εσωτερικής δομής του κάθε ατόμου. Είχαν στα χέρια τους λεπιδόλιθο και υποψιάζονταν πως αυτό το ορυκτό περιείχε λίθιο και ένα άγνωστο μέταλλο. Με αρκετό κόπο ξεχώρισαν τα δύο μέταλλα, χρησιμοποίησαν χλωριούχο λευκόχρυσο για να φύγει το ανεπιθύμητο κάλιο και έπειτα από αναρίθμητα πλυσίματα με ζεματιστό νερό είχαν κάτι που μπορούσαν να το εξετάσουν στο φασματοσκόπιο. Ετσι, ενώ το ρουβίδιο, αν και όταν το δεις στην καθαρή μορφή του είναι ένα γκρίζο δραστικό μέταλλο (αναφλέγεται αυθόρμητα στον αέρα), τους  έδωσε καιόμενο δύο χαρακτηριστικές, βαθιά κόκκινες γραμμές. Εξαιτίας τους πήρε και το όνομά του. Διότι στα λατινικά rubidus σημαίνει ζωηρά κόκκινο. Μόλις το 1928 έγινε δυνατόν να προκύψει εντελώς καθαρό ρουβίδιο.
Αριθμοί κυκλοφορίας
Ατομικός αριθμός: 37
Ατομικό βάρος: 85.4678
Σημείο τήξης: 39οC
Σημείο ζέσης: 688οC
Πυκνότητα: 1,5 gr/cm3
Αριθμός ισοτόπων: 33
Τα δύο ισότοπα που απαντώνται στη φύση είναι το Rb-85 που δεν είναι ραδιενεργό και αποτελεί το 72% και το Rb-87 που είναι ραδιενεργό με χρόνο ημιζωής 49 δισεκατομμύρια χρόνια, άρα τρεις φορές περίπου μεγαλύτερο από την ηλικία του Σύμπαντος! Και αυτό σημαίνει πως πρέπει να ήταν από τα στοιχεία που προϋπήρξαν της δημιουργίας της Γης.
Τι θέλει από τη ζωή μας
Εχει μια συμπεριφορά πολύ κοντινή με αυτήν του καλίου, αλλά στον ανθρώπινο οργανισμό βρίσκεται σε 700 φορές μικρότερη ποσότητα. Είναι όμως ελαφρά ραδιενεργό, όπως και το κάλιο, και χρησιμοποιείται στην Ιατρική επειδή έχει την τάση να προσελκύεται από τις μεμβράνες των καρκινογόνων κυττάρων και βοηθάει στην ανίχνευση εγκεφαλικών όγκων σε πρώιμο στάδιο. Το χλωριούχο ρουβίδιο (RbCl) χρησιμοποιείται στη Βιοχημεία για εργασίες σχετικές με το DNA.
Πόλεμος και ειρήνη
Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για ραδιοχρονολόγηση ορισμένων πετρωμάτων. Διότι με την εκπομπή σωματιδίων-β (τα σωματίδια-β είναι ηλεκτρόνια ή ποζιτρόνια) μεταπίπτει σε στρόντιο και υπολογίζοντας το κλάσμα Rb-87/Sr-87 μαζί με την κατ' εκτίμηση ποσότητα του στροντίου αρχικά βγαίνει τελικά η ηλικία του πετρώματος.Με τη βοήθεια του ρουβιδίου κατασκευάστηκαν φθηνές σχετικά συσκευές λέιζερ, που βοήθησαν στο στήσιμο διαφόρων πειραμάτων με λίγα χρήματα ενώ το στοιχείο αυτό είναι γνωστό και από τη χρήση του σε ατομικά ρολόγια μεγίστης ακριβείας, κάπως λιγότερο ακριβή είναι η αλήθεια από αυτά του καισίου, που έχουμε περιγράψει ήδη.Το τελευταίο πεδίο σε σχέση με τις χρήσεις του ρουβιδίου είναι και το σχετικά περιορισμένο αλλά και αρκετά θεαματικό πεδίο των πυροτεχνημάτων. Οπου το σχετικά ακριβό αυτό υλικό τους χαρίζει μια όμορφη, βαθιά, κόκκινη λάμψη.
Απορίες λογικές και μη
Και αυτή η μπόσα νόβα του τίτλου πού κολλάει;
Προσοχή, είναι Bose-Nova και δεν έχει σχέση με τον γνωστό χορό. Σε ένα συμπύκνωμα Bose-Einstein, γνωστό ως BEC (Bose - Einstein Condensate), με άτομα ρουβιδίου-85 σε θερμοκρασία μόλις εκατομμυριοστών επάνω από το απόλυτο μηδέν (δηλαδή -273 βαθμοί Κελσίου), τα άτομα συμπεριφέρονται σαν να πρόκειται για ένα και μοναδικό. Παίζοντας με το μαγνητικό πεδίο που τα συγκρατεί μπορεί να δημιουργήσεις ελκτικές καταστάσεις μεταξύ τους που όμως προχωρώντας ξαφνικά φθάνεις στο σημείο μέσα στην πειραματική διάταξη να έχεις έκρηξη διαρκείας μερικών χιλιοστών του δευτερολέπτου, λαμπρό φως, σαν να έχει εκραγεί ένας αστέρας τύπου Nova και ψάχνεις να βρεις πού πήγαν τα μισά περίπου από τα άτομα του ρουβιδίου. Αυτό το φαινόμενο οι πρώτοι που το παρατήρησαν το 2001 κάπως χιουμοριστικά το ονόμασαν Bose-Nova.http://www.tovima.gr/