عناصر شیمیایی - گروه 1تا3
جدول تناوبی
جدول تناوبی عناصر شیمیایی نمایشی از عناصر شیمیایی است که براساس ساختار الکترونی مرتب شده است، بطوریکه بسیاری از خواص شیمیایی بصورت منظم در طول جدول تغییر نماید. جدول اولیه بدون اطلاع از ساختار داخلی اتمها ساخته شد: اگر عناصر را بر حسب جرم اتمی آنها مرتب نمائیم، و آنگاه نمودار خواص معین دیگر آنها را بر حسب جرم اتمی رسم نمائیم، میتوان نوسان یا تناوب این خواص را بصورت تابعی از جرم اتمی مشاهده نمود. اولین کسی که توانست این نظم را مشاهده نماید، یک شیمیدان آلمانی به نام Johann Wolfgang D?einer بود.
و به دنبال او، شیمیدان انگلیسی John Alexander Reina Newlands متوجه گردید که عناصر از نوع مشابه در فاصلههای هشت تایی یافت می شوند، که آنها را با نتهای هشتگانه موسیقی شبیه نمود، هرچند که قانون نتهای او مورد تمسخر معاصرین او قرار گرفت. سرانجام شیمیدان آلمانی Lothar Meyer و شیمیدان روسی Dmitry Ivanovich Mendeleev تقریبا بطور همزمان اولین جدول تناوبی را، با مرتب نمودن عناصر بر حسب جرمشان، توسعه دادند( ولی مندلیف تعداد کمی از عناصر را خارج از ترتیب صریح جرمی، برای تطابق بهتر با خواص همسایگانشان رسم نمود – این کار بعدها با کشف ساختار الکترونی عناصر در اواخر قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم توجیه گردید). فهرست عناصر بر اساس نام، علامت اختصاری و عدد اتمی موجود میباشد. شکل زیر جدول تناوبی عناصر شناخته شده را نمایش میدهد. هر عنصر با عدد اتمی و علامتهای شیمیایی. عناصر در یک ستون ("گروه") از لحاظ شیمیایی مشابه می باشند.
گروه های اصلی
گروه 1
هیدروژن
هیدروژن یا آبزا، یک عنصر شیمیایی در جدول تناوبی است كه با حرف H و عدد اتمی ۱ نشان داده شده است. هیدروژن عنصری بی رنگ، بی بو، غیر فلز، یک ظرفیتی و گازی دو اتمی، با خاصیت شعله وری فوق العاده بالا است. هیدروژن سبکترین و فراوانترین عنصر در جهان بوده و در آب و نیز در تمامی ترکیبات آلی و موجودات زنده یافت میشود. هیدرژن قابلیت واکنش شیمیایی با بیشتر عناصر را دارد.
هیدروژن سبکترین عنصر شیمیایی بوده با معمولترین ایزوتوپ آن که شامل تنها یک پروتون و الکترون است. در شرایط فشار و دمای استاندارد هیدروژن یک گاز،H۲، دو اتمی با نقطه جوش ۲۰.۲۷° K و نقطه ذوب ۱۴.۰۲° K را میسازد. در صورتیکه این گاز تحت فشار فوق العاده بالایی، مانند شرایطی که در مرکز غولهای گازی وجود دارد، قرار گیرد مولکولها ماهیت خود را از دست داده و هیدروژن بصورت فلزی مایع در میآید.اما در فشارهای بسیار پایین مانند شرایطی که در فضا یافت میشود، به این علت که هیچ راهی برای ترکیب اتمهایش وجود ندارد، هیدروژن تمایل دارد تا بصورت اتمهای مجزا در آمده؛ابرهای H۲ (هیدروژنی) تشکیل میشود که به شکل گیری ستارگان نیز مرتبط است.
این عنصر نقش بسیار حیاتی در تأمین انرژی جهان از طریق واکنش پروتون-پروتون و چرخه کربن-نیتروژن به عهده دارد.
هیدروژن (فرانسه به معنی سازنده آب و واژه یونانی hudôr یعنی "آب" و gennen یعنی "تولید کننده") برای اولین بار در سال ۱۷۷۶ بهوسیله هنری کاوندیش بهعنوان یک ماده مستقل شناخته شده، آنتونی لاوازیه نام هیدروژن را برای این عنصر انتخاب کرد.
پروتیوم، معمولیترین ایزوتوپ هیدروژن فاقد نوترون است گرچه دو ایزوتوپ دیگر به نام دوتریوم دارای یک نوترون و تریتیوم رادیو اکتیویته دارای دو نوترون، وجود دارند. دو ایزوتوپ پایدار هیدروژن پروتیوم(H-۱) و دیتریوم(D، H-۲) هستند. هیدروژن تنها عنصری است که ایزوتوپهای آن اسمی مختلفی دارند.
لیتیم
این عنصر را برای اولین بار "W.T. Brande" و "Humphrey Davy" با استفاده از الکترولیز اکسید لیتیم جدا کردند. تولید تجاری فلز لیتیم در سال 1923 بوسیله شرکت آلمانی Metallgesellschaft AG و با استفاده از الکترولیز کلرید لیتیم و کلرید پتاسیم مذاب محقق گشت. ظاهرا" نام لیتیم به این علت انتخاب شد که این عنصر در یک ماده معدنی کشف شد، در حالیکه سایر فلزات قلیایی اولین بار در بافتهای گیاهی دیده شدهاند.
لیتیم ، عنصر شیمیایی است، با نشان Li و عدد اتمی 3 که در جدول تناوبی به همراه فلزات قلیایی در گروه 1 قرار دارد. این عنصر در حالت خالص ، فلزی نرم و به رنگ سفید خاکستری میباشد که بهسرعت در معرض آب و هوا اکسید شده ، کدر میگردد. لیتیم ، سبکترین عنصر جامد بوده ، عمدتا" در آلیاژهای انتقال حرارت ، در باطریها بکار رفته ، در بعضی از تثبیتکنندههای حالت mood stabilizers مورد استفاده قرار میگیرد.
لیتیم ، سبکترین فلزات و دارای چگالی به اندازه نصف چگالی آب است. این عنصر همانند همه فلزات قلیایی بهراحتی در آب واکنش داده ، به سبب فعالیتش هرگز در طبیعت بصورت آزاد یافت نمیشود. با این وجود ، هنوز هم واکنشپذیری آن از سدیم کمتر است. وقتی لیتیم روی شعله قرار گیرد، رنگ زرشکی جالبی تولید میکند، اما اگر به شدت بسوزد، شعلههایی سفید درخشان ایجاد میکند. هنچنین لیتیم ، عنصری تکظرفیتی است.
لیتیم ، بهعلت گرمای ویژه اش ( بالاتر از تمامی جامدات) در انتقال حرارت مورد استفاده قرار میگیرد. بهعلت خاصیت electrochemical ، ماده مهمی در آند باطریها محسوب میشود.
لیتیم ، بطور طبیعی متشکل از 2 ایزوتوپ پایدار Li-7 و Li-6 است که Li-7 فراوانتر است ( وفور طبیعی 5/92%). 6 رادیوایزوتوپ هم برای آن وجود دارد که پایدارترین آنها ، Li-8 با نیمه عمر 838 هزارم ثانیه و Li-9 با نیمه عمر 3/178 هزارم ثانیه میباشد.
لیتیم همانند فلزات قلیایی دیگر در حالت خالص ، شدیدا" آتش زا و در معرض هوا و مخصوصا" آب تا حدی انفجاری است. این فلز همچنین خورنده بوده ، لذا باید توجه خاص داشت و از تماس آن با پوست بدن اجتناب کرد. در صورت ذخیره ، باید آنرا در هیدروکربن مایع قابل اشتعالی مانند نفت نگهداری نمود. لیتیم ، هیچگونه نقش بیولوژیکی نداشته ، تا حدی سمی محسوب میشود.
سدیم
سُديم یک عنصر شیمیایی جدول تناوبی است که نماد آن Na و عدد اتمی آن 11 است. سدیم یک فلز واکنشدهنده نرم و مومیشکل است که به گروه فلزات قلیایی که از نظر ترکیبات طبیعی فراوان هستند (بویژه آب نمک و هالیدها) تعلق دارد. این عنصر بسیار واکنشدهنده است و با شعله زرد رنگی میسوزد در آزمایشهای مربوط به هوا اکسید میشود و به شدت با آب واکنش میدهد از این رو باید همیشه در زیر نفت یا روغن نگهداری شود.
سدیم مانند دیگر فلزات قلیایی نرم سبک وزن سفید مایل به نقرهای و واکنش دهنده است و از این جهت هرگز به صورت آزاد در طبیعت یافت نمیشود. سدیم در آب غوطه ور شده و آن را تجزیه کرده هیدروژن آزاد میکند و هیدرواکسید میسازد. سدیم در آب فوراً آتش میگیرد ولی در آزمایشهای مربوط به هوای معمولی در دمای زیر ۳۸۸ کلوین آتش نمیگیرد.
مدت زمان زیادی است که سدیم (soda) بصورت ترکیبی شناخته شده است. این عنصر در سال 1807توسط Sir Humphry Davy از طریق عمل الکترولیز هیدروکسید سدیم جدا شد. در اروپای قرون وسطی ترکیبی از سدیم با نام لاتین Sodanum برای تسکین سردرد استفاده میشد. نماد جدید سدیم Na از لاتین جدید Natrium که در زبان یونانی که نوعی نمک طبیعی است میآید گرفته شده است.
سدیم در ستارگان فراوان است و این فراوانی در خطوط طیفی D در نور ستارگان مشهود تر است. سدیم حدودا 2.6% از پوسته زمین را به خود اختصاص داده است که چهارمین عنصر از نظر فراوانی در پوسته زمین و فروانترین فلز قلیایی است.
نمک طعام یا کلرید سدیم معمولترین ترکیب سدیم است. اما سدیم در کانیهای بسیار دیگری از قبیل آمفیبول کریولیت, هالیت, soda niter, زئولیت و ... بوجود میآید.
ترکیبات سدیم برای صنایع شمیایی شیشه سازی فلزی ساخت کاغذ صنعت نفت ساخت صابون و نساجی کاربرد دارد. صابون معمولاً یک نمک سدیم از اسیدهای چرب است.
برای این عنصر ۱۳ ایزوتوپ شناسایی شده است که تنها ایزوتوپ پایدار آن Na-23 است. سدیم همچنین دو ایزوتوپ پرتوزا (رادیواکتیو) نیز دارد که عبارتاند از: Na22 با نیمه عمر 2.605 سال و Na24 با نیمه عمر ۱۵ ساعت.
هشدار: سدیم در حالت پودر در آب خاصیت انفجاری خواهد داشت و با عناصر دیگر به راحتی تجزیه و ترکیب میشود. همیشه باید با ان عنصر با مراقبت کامل کار کرد.
پتاسیم
پتاسیم یکی از عناصر شمیایی جدول تناوبی است که نماد آن K و عدد اتمی آن 19 میباشد. پتاسیم ، فلز قلیایی سفید مایل به نقرهای است که بهطور طبیعی بهصورت ترکیبی با عناصر دیگر در آب دریا و دیگر کانیها یافت میشود. این عنصر بهسرعت در هوا اکسید شده ، بسیار واکنش پذیر است(مخصوصا در آب ) و از نظر شمیایی همانند سدیم است.
پتاسیم ( انگلیسی ، potash و لاتین ، kalium ) در سال 1807 توسط "Sir Huphry Davy" که آن را از پتاس سوزآور ( KOH )بدست آورد، کشف شد. این فلز قلیایی تنها فلزی بود که توسط عمل الکترولیز از هم جدا شده بود.
این عنصر حدودا 2.4% از وزن پوسته زمین را تشکیل میدهد و از نظر فراوانی هفتمین عنصر در آن میباشد. بدست آوردن پتاسیم از کانیها بدلیل خاصیت نامحلولی و ماندگاری آن بسیار دشوار است.
پتاسیم که دومین فلز سبک میباشد، در میان فلزات ، واکنشپذیرترین و الکتروپوزیتیوترین است. این فلز ، بسیار نرم بوده ، با چاقو بهراحتی برش میخورد و در سطوح صاف به رنگ نقرهای میباشد. از آنجا که به در هوا بهسرعت اکسید میشود، باید زیر روغن معدنی یا نفت نگهداری شود. پتاسیم مانند دیگر فلزات قلیایی در آب تجزیه شده و هیدروژن آزاد میکند. در آب فورا آتش میگیرد و نمک آن هنگامی که در معرض یک شعله قرار بگیرد، رنگ بنفش از خود ساطع میکند.
تا کنون 17 ایزوتوپ پتاسیم شناخته شدهاند.
پتاسیم یک یون مهم در بدن است و از آنجائی که تغییرات جزئی می توانند action potentials را مختل کند که در نتیجه مشکلات عصبی و قلبی ایجاد میشود، تجمع آن در خون بدقت تنظیم میشود.
روبیدیم
روبیدیوم ، یکی از عناصر شیمیایی جدول تناوبی است که نماد آن ، Rb و عدد اتمی آن 37 میباشد و عدد جرمی آن ۸۵٫۴۶. روبیدیوم یکی از عناصر فلزی نرم به رنگ سفید مایل به نقرهای است که از گروه فلزات قلیایی میباشد. ایزوتوپ Rb-87 که بهصورت طبیعی بوجود میآید، کمی رادیواکتیو است. روبیدیوم مانند دیگر عناصر گروه اول بسیار واکنشپذیر است؛ مثلا در هوا فورا آتش میگیرد.
این عنصر ، شانزدهمین عنصر از نظر فراوانی در سطح پوسته زمین میباشد که بهصورت طبیعی در معادن Leucite ، pollucite و Zinnwaldite بوجود میآید که حدوداً یک در صد آن اکسید میباشد.
یکی از منابع قابل توجه این عنصر ذخایر Pollucite در Bernic Lake است. فلز روبیدیوم از طریق کم کردن کلرید روبیدیوم با کلسیم بدست میآید.
روبیدیوم ، دومین عنصر از عناصر قلیایی است که الکترون مثبت دارد و در دمای اطاق بهصورت مایع میباشد. مانند دیگر عناصر گروه اول به سرعت در هوا آتش میگیرد و با شدت بسیار زیاد در آب واکنش نشان داده ، هیدروژنهای آتشین از خود آزاد میکند. مانند دیگر فلزات قلیایی با مس ترکیب شده ، Amalgam بوجود میآورد. همچنین با طلا و سزیم و سدیم و پتاسیم ، آلیاژ میشود. این عنصر در هنگام مجاورت با آتش ، شعله بنفش رنگی بوجود میآورد.
24 ایزوتوپ روبیدیوم شناخته شده است.
روبیدیوم به شدت با آب واکنش نشان میدهد و میتواند تولید آتش کند. برای نگهداری امنیت بالا بهصورت خالص این عنصر میبایست زیر روغن معدنی خشک در خلاء یا هوای بیاثر نگهداری شود.
سزیم
سزیم(سیزیم) عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی با نشان Cs و عدد اتمی 55 و عدد جرمی 132.9055مشخص می باشد.در دور ششم و این عنصرنرم ونقره فام از فلزات قلیائی بوده و یکی از سه فلزی است که در حرارت اطاق به حالت مایع می باشند.قابل توجه ترین کاربرد این عنصر در ساعتهای اتمی است.
این عنصر همچنین در باطریهای – نوری کاربرد دارد.
علاوه بر اینها سزیم بعنوان کاتالیزوردر هیدروژنه کردن ترکیبات آلی خاصی مورد استفاده قرار می گیرد.
اخیرا" از این عنصر در سیستم رانش یونی استفاده شده است.
سیزیم ( واژه لاتین caesius به معنی آبی آسمانی) در سال 1860 بوسیله Robert Bunsen و Gustav Kirchhoff در آب معدنی Durkheim وبصورت طیف نمایی کشف شد.
فلز قلیایی سیزیم در لپدولیت ، پلوسیت ( هیدرات سیلیکات آلومینیوم و سزیم ) و منابع دیگری یافت می شود. یکی از مهمترین و غنی ترین منابع این فلز در دریاچهBernic واقع در Manitoba می باشد.
سیزیم دارای 32 ایزوتوپ شناخته شده است که از تمامی عناصر دیگر بیشتر می باشد.جرم اتمی این ایزوتوپها بین 114 تا 145 می باشد. اگرچه این عنصر بیشترین تعدادایزوتوپها را دارا می باشد ، تنها یک ایزوتوپ پایدار طبیعی ( Cs-133) دارد.
سیزیم در آب سرد بسیار انفجاری است. این عنصر رامی توان به شدت سمی انگاشت.
فرانسیم
فرانسیوم با نام قدیمی اکا-سزیوم و یا آکتینیوم k، عنصری شیمیایی با نماد Fr و عدد اتمی ۸۷ است که در گروه IA (فلزهای قلیایی) و دوره هفتم قرار گرفتهاست. این عنصر، یک الکترون ظرفیتی دارد و در میان همه عناصر جدول تناوبی، دارای کمترین الکترونگاتیوی است. دمای ذوب و جوش فرانسیم به ترتیب ۲۷ و ۶۷۷ درجه سانتیگراد، و شعاع اتمی آن ۲۷۰ پیکومتر است.
مارگوریت پری، فرانسیوم را در سال ۱۹۳۹ در فرانسه کشف کرد، به همین دلیل این عنصر فرانسیوم نام گرفت. این عنصر آخرین عنصر کشف شدهای است که در طبیعت به طور آزاد وجود دارد و پس از استاتین کمیابترین عنصر شناخته شدهاست.
فرانسیوم در بیرون از آزمایشگاه، به طور بسیار ناچیزی در سنگ معدن اورانیوم و توریوم یافت میشود، جایی که ایزوتوپ ۲۲۳ آن به طور پی در پی تشکیل و متلاشی میشود. تخمین زده میشود که حدود ۳۰ گرم فرانسیوم در پوسته زمین وجود داشته باشد. سایر ایزوتوپهای فرانسیوم به طور مصنوعی و در آزمایشگاه ساخته میشوند. بیشترین مقداری که تاکنون از فرانسیوم به طور مصنوعی ایجاد شده، یک خوشه ۱۰٬۰۰۰ اتمی بودهاست که از طریق ابر اتمی سرد و در دانشگاه استونی بروک و در سال ۱۹۹۷ ساخته شده است. فرانسیوم پس از فروپاشیدن به استاتین، رادیوم و رادون تبدیل میشود.
گروه 2
بریلیم
بریلیوم عنصری شیمیایی با عدد اتمی ۴ و نماد Be است.
بریلیم عنصری است فلزی با عدد اتمی ۴ در گروه IIA و دوره دوم جدول تناوبی جای دارد. جرم اتمی آن 9.0121 و ظرفیت آن ۲ است. ایزتوپ پایدار ندارد. در طبیعت به صورت بریل که یکی از سنگهای گرانبهاست، یافت میشود.
مشخصات: فلزی است سخت، شکننده، به رنگ سفید خاکستری، دارای جرم حجمی 1.85 و نقطه ذوب 1280 است. در اسید ها(به جز اسید نیتریک) و قلیاها محلول است. دربرابر عمل اکسایش در دماهای معمولی مقاوم است. رسانایی گرمایی و ظرفیت گرمایی آن زیاد است. سبک ترین فلز شناخته میشود. جوشکاری و زردجوش آن مشکل است. نسبت به اشعه ایکس بسیار خوب نفوذپزیر است.
بریل، کانی بریلیم، عمدتاْ در آفریقای جنوبی، زیمباوه، برزیل، آرژانتین و هندوستان یافت میشود. منابع اصلی آن آمریکاست در کانادا نیز یافت میشود.
به شدت سمی است. خورنده در 0.002 میلی گرم در متر مکعب هوا
شکلهای قابل دسترس: ورقه، لوله، میله، سیم، گرد، پرس گرم، پرس سرد و قطعهها
فلز اصلی در صنعت فضایی است، در راکتورهای هستهای به عنوان کندکننده و منعکس کننده نوترونها به کار میرود. هنگامی که باذرههای آلفا بمباران کنیم منبع نوترونی است پنجرههای مخصوص برای اشعه ایکس، آلیاژهای آن در صنعت تهیه لامپ چراغ کاربرد دارد. در چرخش نماها، در قسمتهای مختلف کامپیوتر٬در موشکها
منیزیم
منیزیم فلزی است ضعيف و نادر به رنگ سفيد تا نقرهای با نماد Mg، عدد اتمی ۱۲، وزن اتمی ۲۴٫۳۰۵۰ و ساختار بلور آن شش گوش یا هگزاگونال متراكم است. نام منيزيم از واژه یونانی Magnesia حوضهای در Thessaly یا از نام شهر قدیمی Magnesia در آسیای صغیر گرفته شده است. منیزیم هشتمین عنصر فراوان در پوسته زمين و سومین عنصر فراوان و قابل حل در آب دریاست.
منيزيم در گروه دو (IIA) جدول تناوبی به عنوان فلز قلیایی خاکی قرار دارد.
منیزیم معدنی برای قلب، عضله و کلیه مهم و مفید است. این ماده قسمتی از دندان و استخوان شما را میسازد. مهمتر از همه، این ماده آنزیمها را فعال میکند، به شما انرژی میدهد و به کارکردن بهتر بدن کمک میکند. این ماده همچنین استرس، افسردگی و بیخوابی را کاهش میدهد.
کلسیم
کلسیم از عنصرهای شمیایی جدول تناوبی است. نشانه کوتاه آن Ca و عدد اتمی آن ۲۰ است و عدد جرمی آن 40.078 است.
منابع کلسیم در پهنه زمین گسترده بوده و در هر یک از سرزمینها بوفور یافت میشود. این عنصر در حیات گیاهی و جانوری دارای نقش حیاتی بوده و در استخوانها و دندانها و پوسته تخم مرغ ، انواع مرجانها و بسیاری از خاکها وجود دارد.
کلسیم دراستخوانها وجود دارد و کمبود آن موجب پوکی استخوان میشود.کلسیم به میزان فراوان درشیروجوددارد. کلسیم، فراوان ترین ماده کانی موجود در بدن است. بدن انسان تقریبا ً۱kg کلسیم دارد.
در صنعت ، فلز کلسیم را میتوان از الکترولیز کلسیم کلرید و مخلوط فلوئورید و پتاسیم کلرید تهیه نمود.
این عنصر 6 ایزوتوپ پایدار دارد و ظرفیت آن 2 است.
نقطه جوش آن C˚1487 است و نقطه ذوب آن C˚810 است.
استرانسیم
استرانسیوم ، یکی از عناصر شیمیایی جدول تناوبی است که نماد آن Sr و عدد اتمی آن 38 میباشد و عدد جرمی آن ۸۷٫۶۲ است.
استرانسیوم ، یک فلز قلیایی است که به رنگ سفید مایل به نقرهای یا زرد براق است و بهشدت واکنش پذیر میباشد. این فلز هنگام مواجه با هوا به رنگ زرد در میآید و در Celestite و Strontianite بوجود میآید. Sr-90 بهصورت ذرات رادیو اکتیو بوده ، نیمه عمری معادل 28 سال دارد.
استرانتیوم معمولا در طبیعت بوجود میآید و %0.034 تمام سنگها و صخرههای آتشفشانی را به خود اختصاص میدهد.
از آنجا که این عنصر بسیار با هوا واکنش میدهد، در حالت طبیعی بهصورت ترکیبی با عناصر دیگر در کانیهای Strontianite ، Celestite و دیگر کانیها وجود دارد.
استرانسیوم که یک فلز قلیایی میباشد، چهار ایزوتوپ طبیعی و پایدار دارد.
استرانسیوم بهصورت خالص بسیار با آب واکنش میدهد و فورا آتش گرفته ، تولید آتش میکند و ممکن است که خطرات آتشسوزی را به همراه داشته باشد. بدن انسان نمیتواند از نظر شیمیایی فرقی مابین استورنیوم و کلسیم قائل شود و استرانسیوم را نیز همانند کلسیم بهراحتی جذب میکند. استرانسیوم پایدار تهدیدات جدی برای سلامتی به همراه ندارد، اما استرانسیوم رادیواکتیو میتواند باعث بیماریهای استخوانی از جمله سرطان استخوان شود.
باریم
باریوم (Barium) از عنصرهای شیمیایی جدول تناوبی است. نشانه کوتاه آن Ba و عدد اتمی آن ۵۶ است و عدد جرمی آن ۱۳۷٫۳۲ است.
نقطه ذوب آنC° ۷۲۹ است و نقطه جوش آن C° ۱۸۰۵ است.
رنگ این عنصر سفید نقره ای است.
رادیم
رادیوم ، یکی از عناصر شمیایی جدول تناوبی است که نماد آن Ra و عدد اتمی آن 88 میباشد. ظاهرش تقریبا کاملا سفید است که در مجاورت با هوا سیاه میشود. رادیوم از گروه فلزات قلیایی خاکی بوده و همراه با اورانیوم یافت میشود. این عنصر بهشدت رادیواکتیو بوده و ایزوتوپ پایدار آن 226Ra با نیم عمر 1602 سال است که به گاز کشنده رادون تبدیل میشود.
رادیوم در سال 1898 ، در Bitchblende در شمال Bohemia توسط پیرو ماری کوری کشف شد.
آنها در طی مطالعاتشان بر روی اورانیت با حذف کردن اورانیوم به ماده ای برخوردند که هنوز خاصیت رادیو اکتیوی داشت. آنها با این عمل یک مخلوط رادیو اکتیو جدا کردند که بیشتر آن را باریم که شعله ای قرمز رنگ و درخشان داشت و هرگز قبلا ثبت نشده بود، تشکیل میداد.
رادیوم که سنگینترین فلزات قلیایی خاکی میباشد، بسیار رادیو اکتیو بوده و از نظر شیمیایی به فلز باریم شباهت دارد. این فلز بهصورت ترکیبی و در مقادیر بسیار کم در معادن اورانیوم یافت میشود.
موارد استفاده عملی از رادیوم به خواص رادیواکتیوی آن برمیگردد. البته برخی از ایزوتوپهای رادیواکتیوی که اخیرا کشف شدهاند، مانند کبالت 8 و سزیم 137 جایگزین رادیوم شدهاند، چرا که بیشتر آنها قدرتمندتر بوده و کار کردن با آنها سادهتر و ایمنتر است.
رادیوم ، 25 ایزوتوپ گوناگون دارد که چهار تا از آنها در طبیعت یافت میشوند که رادیوم 226 بیشترین و پایدارترین آنهاست.
رادیوم حدودا 1 میلیون برابر اورانیوم خاصیت رادیو اکتیوی دارد. تجزیه رادیوم در شش مرحله انجام میگیرد.
رادیوم ، سمی است. رادیوم به شدت رادیو اکتیو بوده و محصول تجزیه آن ، رادون ، برای شش بسیار کشنده است از آنجا که رادیوم با کلسیم در ارتباط است، میتواند صدمات جدی را بدلیل جایگزینی در استخوان بوجود آورد. استنشاق ، تزریق و یا تماس بدنی با رادیوم میتواند موجب سرطان شده و مشکلات جسمی دیگری را بوجود آورد. رادیوم ذخیره شده باید به هوا داده شود تا از جمع شدن و انباشتگی رادون جلوگیری به عمل آید.
گروه 3
بور
اطلاعات اولیه
بورون ( بور ) ، عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی دارای نشان B و عدد اتمی 5 میباشد. این عنصر ، شبه فلز سه ظرفیتی به مقدار فراوان در سنگ معدن بوره (borax) وجود دارد. این عنصر به دو شکل ایزوتوپ یافت میشود: بورون غیر بلورین که بصورت پودر قهوهای رنگ و بورون فلزی که سیاه رنگ است. نوع فلزی آن سخت بوده ( 9,3 در مقیاس Mohs ) که رسانای خوبی در حرارت اطاق نمیباشد. بورون هرگز بصورت آزاد در طبیعت یافت نمیشود.
خصوصیات قابل توجه
بورون ، کمبود الکترون داشته ، دارای یک اوربیتال p آزاد است. ترکیبات بورون ، رفتاری همانند اسیدهای لوییس دارند و بهسرعت ، جهت ارضاء میل بورون به جذب الکترون ، به گونههای دارای الکترون زیاد میچسبند. از ویژگیهای ظاهری این عنصر ، گسیل اشعه مادون قرمز است. در حرارتهای استاندارد ، بورون رسانای الکتریکی ضعیفی است، اما در حرارت بالا خاصیت هدایت الکتریکی خوبی دارد.
خاصیت کشش پذیری بورون از تمامی عناصر شناخته شده بیشتر است. از نیترید بورون میتوان در ساخت موادی به سختی الماس استفاده نمود. از این نیترید بعنوان عایق استفاده میگردد، اما خاصیت هدایت حرارتی شبیه یک فلز دارد. این عنصر همچنین دارای خاصیت روان کننده مثل گرافیت است. بورون مانند کربن دارای توانایی ایجاد شبکههای مولکولی با پیوند کووالانسی است.
کاربردها
مهمترین ترکیب بورون از نظر اقتصادی تترابورات سدیم Na2B4O7, 5H2O یا بوراکس است که به میزان بسیار زیادی در ساخت عایقهای فایبر گلاسی و سفید کننده پربورات سدیم بکار میرود.
بورون غیر بلورین بهسبب رنگ سبز مخصوصی که دارد، در فشفشههای نورافشان بکار میرود.
اسید بوریک ، ترکیب مهمی است که در محصولات پارچهای مورد استفاده قرار میگیرد.
ترکیبات بورون دردر ترکیبات آلی و تولید شیشههای بوروسیلیکات کاربرد وسیعی دارند.
سایر ترکیبات ، بعنوان نگهدارندههای چوب مورد استفاده قرار میگیرند و ویژگی خاصی که در این مورد دیده میشود، درجه پایین سمی بودن آنها است.
بورون- 10بهعنوان سپری در برابر تشعشعات و نوترون یاب در کنترل رآکتورهای اتمی بکار گرفته میشود.
مفتولهای بورون ، موادی سبک و بسیار مقاوم هستند و عمدتا" در سازههای پیشرفته هوا-فضا کاربرد دارند.
مطالعه بر روی ترکیبات بورون در حال انجام است تا از آنها در موارد گسترده دیگری از جمله غشاهای نفوذ پذیر قند ، دریافتگرهای کربوهیدرات و bioconjugates استفاده شود.
مطالعه بر روی کاربردهای دارویی نیز در حال انجام است، از جمله درمان با جذب نوترون بورون و تولید دارو. سایر ترکیبات بورون نیز نوید بخش معالجه ورم مفاصل (آرتروز) هستند.
تاریخچه
ترکیبات بورون ( از ریشه عربی Buraq و فارسی بوره ) هزاران سال پیش شناخته شدهاند. در یونان باستان ، وابسته به سنگ معدنی به نام natron بود که علاوه بر سایر نمکهای معمول ، حاوی بورات نیز بود. لعابهای بوراکس درچین ، از 300 بعد از میلاد بکار میرفت و در روم باستان نیز از ترکیبات بورون در تولید شِشه استفاده میشد.
Sir Humphrt Davy، Gay-Lussac و L.J.Thenard در سال 1808 این عنصر را با درصد خلوص 50 جدا کردند. آنها این ماده را بعنوان یک عنصر نپذیرفتند. در ســال 1824 "Jٱٱ Jacob Berzelius" بورون را بعنوان یک عنصر شناسایی کرد. "W.Weintraub" شیمیدان آمریکایی اولین کسی بود که سال 1909 موفق به تولید بورون خالص شد.
پیدایش
آمریکا و ترکیه ، بزرگترین تولید کنندگان بورون هستند. این عنصر در طبیعت بهصورت اصلی خود یافت نمیشود، بلکه بصورت ترکیب در بوراکس ، اسید بوریک ، بورات کلسیم ، کربنیت ، ulexite و بوراتس وجود دارد. بوریک اسید گاهی در آب چشمههای آتشفشانی یافت میشود. Ulexite نوعی کانی است که بطور طبیعی خصوصیات فیبرهای نوری را دارا میباشد.
ایزوتوپها
بورون دارای دو ایزوتوپ طبیعی پایدار است:( B-11 ( 1/80% و ( B-10( 9/19%. نتایج بسیار متفاوت در رشته وسیعی از 11 δB-، آنرا در آبهای طبیعی بین 16- تا 59+ برآورد می کند.(؟) شکنش ایزوتوپی بورون بوسیله واکنشهای تبادلی گونه های بورون ( BOH3 و BOH4 ) کنترل میشود. همچنین ایزوتوپهای بورون در خلال تبلور معدنی ، در طی تغییرات فازی H2O nv سیستمهای آب گرمایی ( hydrothermal ) و دگرگونی آب گرمائی سنگ شکنش مییابند. این تاثیر آخری ( ترجیحا خروج گونه یون 10B(OH)4 ) احتمالا" باعث غلظت بالای 11B در آب دریا به نسبت پوسته های اقیانوسی و قارهای است.
هشدارها
بورون عنصری و بوراتها سمی نیستند، لذا هنگام سروکار با آنها نیاز به ملاحظات خاصی نیست. بعضی از ترکیبات هیدروژن –بورون سمی هستند که هنگام کار با آنها نیاز به توجهات ویژهای میباشد.
آلومینیوم
تاریخچه کشف آلومینیوم
"فردریک وهلر" بطور کلی به آلومینیوم خالص اعتقاد داشت .(لاتین :alum alumen). اما این فلز دو سال پیشتر بوسیله "هانس کریستین ارستد" شیمیدان و فیزیکدان دانمارکی بدست آمد. در روم و یونان باستان این فلز را بعنوان ثابت کننده رنگ در رنگرزی و نیز بعنوان بند آورنده خون در زخمها بکار میبردند و هنوز هم بعنوان داروی بند آورنده خون مورد استفاده است. در سال 1761 ، "گویتون دموروو" پیشنهاد کرد تا alum را آلومین (alumin) بنامند.
پیدایش و منابع
اگر چه Al ، یک عنصر فراوان در پوسته زمین است(18%) ، این عنصر در حالت آزاد خود بسیار نادر است و زمانی یک فلز گرانبها و ارزشمندتر از طلا به حساب میآمد. بنابراین ، بعنوان فلزی صنعتی اخیرأ مورد توجه قرار گرفته و در مقیاسهای تجاری تنها بیش از 100 سال است که مورد استفاده است. در ابتدا که این فلز کشف شد، جدا کردن آن از سنگها بسیار مشکل بود و چون کل آلومینیوم زمین بصورت ترکیب بود، مشکلترین فلز از نظر تهیه به شمار میآمد.
آلومینیوم برای مدتی از طلا با ارزشتر بود، اما بعد از ابداع یک روش آسان برای استخراج آن در سال 1889 ، قیمت آن رو به کاهش گذاشت و سقوط کرد. تهیه مجدد این فلز از قطعات اسقاط (از طریق بازیافت) تبدیل به بخش مهمی از صنعت آلومینیوم شد. بازیافت آلومینیوم موضوع تازه ای نیست، بلکه از قرن نوزدهم یک روش رایج برای این کار وجود داشت. با اینهمه تا اواخر دهه 60 این یک کار کم منفعتی بود تا زمانیکه بازیافت قوطیهای آلومینیومی آشامیدنیها بالاخره بازیافـت این فلز را مورد توجه قرار داد. منابع بازیافت آلومینیوم عبارتند از: اتومبیلها ، پنجره ها ، درها ، لوازم منزل ، کانتینرها و سایر محصولات ... .
معرفی
آلومینیوم ، عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی دارای علامت Al و عدد اتمی 13 میباشد. آلومینیوم که عنصری نقرهای و انعطافپذیر است، عمدتأ به صورت سنگ معدن بوکسیت یافت میشود و از نظر مقاومتی که در برابر اکسیداسیون دارد، همچنین وزن و قدرت آن ، قابل توجه است. آلومینیوم در صنعت برای تولید میلیونها محصول مختلف بکار میرود و در جهان اقتصاد ، عنصر بسیار مهمی است.
اجزای سازههایی که از آلومینیوم ساخته میشوند، در صنعت هوانوردی و سایر مراحل حمل و نقل بسیار مهم هستند. همچنین در سازههایی که در آنها وزن پایداری و مقاومت لازم هستند، وجود این عنصر اهمیت زیادی دارد.
ویژگیهای قابل توجه
آلومینیوم ، فلزی نرم و سبک ، اما قوی است، با ظاهری نقرهای - خاکستری مات و لایه نازک اکسیداسیون که در اثر برخورد با هوا در سطح آن تشکیل میشود، از زنگ خوردگی بیشتر جلوگیری میکند. وزن آلومینیوم تقریبأ یک سوم فولاد یا مس است.ِ چکش خوار ، انعطاف پذیر و به راحتی خم میشود. همچنین بسیار بادَوام و مقاوم در برابر زنگ خوردگی است. بعلاوه ، این عنصر غیر مغناطیسی ، بدون جرقه ، دومین فلز چکش خوار و ششمین فلز انعطافپذیر است.
کاربردها
چه از نظر کیفیت و چه از نظر ارزش ، آلومینیوم کاربردیترین فلز بعد از آهن است و تقریبأ در تمامی بخشهای صنعت دارای اهمیت میباشد. آلومینیوم خالص ، نرم و ضعیف است، اما میتواند آلیاژهایی را با مقادیر کمی از مس ، منیزیوم ، منگنز ، سیلیکون و دیگر عناصر بوجود آورد که این آلیاژها ویژگیهای مفید گوناگونی دارند. این آلیاژها اجزای مهم هواپیماها و راکتها را میسازند.
وقتی آلومینیوم را در خلاء تبخیر کنند، پوششی تشکیل میدهد که هم نور مرئی و هم گرمای تابشی را منعکس میکند. این پوششها لایه نازک اکسید آلومینیوم محافظ را بوجود میآورند که همانند پوششهای نقره خاصیت خود را از دست نمیدهند. یکی دیگر از موارد استفاده از این فلز در لایه آینههای تلسکوپهای نجومی است.
برخی از کاربردهای فراوان آلومینیوم عبارتند از:
حمل و نقل ( اتومبیلها ، هواپیماها ، کامیونها ، کشتیها ، ناوگانهای دریایی ، راه آهن و ... )
بستهبندی ( قوطیها ، فویل و... )
ساختمان ( درب ، پنجره ، دیوار پوشها و ... )
کالاهای با دوام مصرف کننده ( وسایل برقی خانگی ، وسایل آشپزخانه ، ... )
خطوط انتقال الکتریکی ( بهعلت وزن سبک اگرچه هدایت الکترِکی آن تنها 60% هدایت الکتریکی مس میباشد )
ماشین آلات
اکسید آلومینیوم (آلومینا) بطور طبیعی و بصورت کوراندوم ، سنگ سمباده (emery) ، یاقوت (ruby) و یاقوت کبود (sapphire) یافت میشود که در صنعت شیشهسازی کاربرد دارد. یاقوت و یاقوت کبود مصنوعی در لیزر برای تولید نور همنوسان بکار میروند. آلومینیوم با انرژی زیادی اکسیده میشود و در نتیجه در سوخت موشکهای با سوخت و دمازاها مورد استفاده واقع میشود.
استخراج آلومینیوم
آلومینیوم یک فلز واکنشگر است و نمیتواند از سنگ معدن خود بوکسیت (Al2O ) بوسیله کاهش با کربن جدا شود. در عوض روش جداسازی این فلز از طریق الکترولیز است. (این فلز در محلول اکسیده شده ، سپس بصورت فلز خالص جدا میشود.) لذا جهت این کار ، سنگ معدن باید درون یک مایع قرار بگیرد. اما بوکسیت دارای نقطه ذوب بالایی است (2000 درجه سانتیگراد) که تامین این مقدار انرﮊی از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست.
برای سالهای زیادی بوکسیت را در فلورید سدیم و آلومینیوم مذاب قرار میدادند و نقطه ذوب آن تا 900درجه سانتیگراد کاهش مییافت. اما امروزه مخلوط مصنوعی ازآلومینیوم ، سدیم و فلوئورید کلسیم ، جایگزین فلورید سدیم و آلومینیوم شده است. این فرایند هنوز مستلزم انرژی بسیار زیاد است و کارخانجات آلومینیوم دارای ایستگاههای برق مخصوص خود در اطراف این کارخانهها هستند.
الکترودهایی که در الکترولیز بوکسیت بکار میروند، هر دو کربن هستند. وقتی سنگ معدن در حالت مذاب است، یونهای آن آزادانه حرکت میکنند. واکنش در کاتد منفی اینگونه است:
Al3+ + 3e ----> Al
در اینجا یون آلومینیوم در حالت کاهش است(الکترونها اضافه میشوند). سپس فلز آلومینیوم به سمت پایین فرو میرود و خارج میشود.
آند مثبت ، اکسیژن بوکسیت را اکسیده میکند که بعد از آن با الکترود کربنی واکنش کرده تا تولید دیاکسید کربن نماید.
این کاتد باید عوض شود، چون اغلب تبدیل به دیاکسید کربن میشود. بر خلاف هزینه الکترولیز ، آلومینیوم فلزی ، ارزان با کاربرد وسیع است. امروزه آلومینیوم را میتوان از خاکه معدنی (clay) استخراج کرد، اما این فرایند ، اقتصادی نیست.
ایزوتوپها
آلومینیوم ، دارای 9 ایزوتوپ است که عمدهترین آنها بین 23 تا 30 مرتب شدهاند. تنها Al-27 ( ایزوتوپ پایدار ) و AL-26 (ایزوتوپ رادیو اکتیو) بطور طبیعی وجود دارند. AL-26 از پراشیدن ذرات اتم آرگون در اتمسفر که در نتیجه پروتونهای اشعه کیهانی رخ میدهد، تولید میشود. ایزوتوپهای آلومینیوم ، کاربردهای عملی در تعیین قدمت رسوبات دریایی ، خاستگاه منگنز ، یخهای دوران یخبندان ، کوارتز در صخرهها و شهاب سنگها دارد.
AL-26 اولین بار در مطالعات ماه و شهابسنگها بکار رفت. اجزاء شهابسنگها بعد از جدا شدن از پیکره مادر در مدت سفر خود در فضا در معرض شدید بمباران اشعه کیهانی هستند که باعث تولید آلومینیوم 27 پایدار میشود. بعد از سقوط روی زمین ، حفاظ اتمسفر مانع از تولید AL-26 بیشتر از قطعات شهابسنگها میشود و واپاشی آن در تعیین عمر زمینی آنها موثر است. تحقیقات روی شهابسنگها ثابت کرده است که AL-26 در زمان شکلگیری سیاره ما نسبتا به مقدار فراوان وجود داشته است. احتمالا انرژی آزاد شده در نتیجه واپاشی AL-26 ، ذوب شدن مجدد و جدایی سیارکها بعد از شکل گیری آنها را 2-4 میلیارد سال پیش در پی داشته است.
هشدارها
آلومینیوم یکی از معدود عناصر فراوانی است که ظاهرا هیچ فعالیت موثری در سلولهای زنده ندارد. اما درصد کمی از مردم به آن حساسیت دارند. آنها تجربه کردهاند تماس هر نوع از آن موجب التهاب پوستی میشود. مصرف داروهای بند آورنده خون و مواد ضد عرق باعث ایجاد جوشهای خارش آور و سوء هاضمه میگردد. عدم جذب مواد غذایی مفید از غذاهای پخته شده در ظروف آلومینیومی همچنین تهوع و سایر علائم مسمومیت در نتیجه خوردن اینگونه محصولات مانند Maalox ، Amphojel ، Kaopectate .
در سایر افراد آلومینیوم مانند فلزات سنگین ، سمی نیست، اما در صورت مصرف زیاد علائمی از مسمومیت دیده شده است. اگرچه استفاده از ظروف غذای آلومینیومی به خاطر مقاومت در برابر زنگزدگی و خاصیت هدایت گرمایی بالای آنها بسیار رایج است، در کل ، هیچگونه علامتی در مورد ایجاد مسمومیت آنها دیده نشده است. مصرف زیاد داروهای ضد اسید و مواد ضد عرق که حاوی ترکیبات آلومینیومی هستند، احتمال مسمومیت بیشتری دارند. بعلاوه احتمال ارتباط آلومینیوم با بیماری آلزایمر مطرح شده است، گرچه اخیرا این فرضیه رد شده است.
املا
املاء رسمی این عنصر ، IUPAK) Aluminium) است، گرچه عموما آمریکاییها و کاناداییها آنرا بصورت Aluminum نوشته و تلفظ میکنند. "همفری دیوی" در سال1807 Aluminum را برای عنصر کشف شده در آن زمان ارائه کرد، اما بعدا تصمیم گرفت تا این نام را به Aluminium تغییر دهد که با وجود ium در نام بیشتر عناصر تطبیق کند. بعدها املا Aluminium در بریتانیا و آمریکا متداول شد، اما بعد بتدریج آمریکاییها برای اهداف غیرتخصصی این نام را به Aluminum برگرداندند. نام رسمی این عنصر در آمریکا و در رشته شیمی تا سال 1926 بصورت Aluminium بکار رفت. از این تاریخ به بعد انجمن شیمی آمریکا تصمیم به استفاده از املاء Aluminum در نشرِات خود گرفت.
گالیم
اطلاعات اولیه
گالیم عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی دارای نشان Ga و عدد اتمی 31 میباشد. گالیم فلز پست نرم ، کمیاب و نقرهای رنگ است که در حرارت پایین شکننده بوده ، اما در بالاتر از دمای اطاق به حالت مایع در میآید و واقعا در کف دست میجوشد. این عنصر در مقادیر بسیار کم در سنگ معدن بوکسیت و روی وجود دارد. آرسنید گالیم بعنوان نیمه هادی و بیشتر در دیودهای نور افشان (LED ها) مورد استفاده میباشد.
تاریخچه
گالیم را ( از واژه لاتین Gallia به معنی "فرانسه" و نیز gallus به معنی خروس ) Lecoq de Boisbaudran در سال 1875 با مشخصه طیفنمایی خود ( 2 خط بنفش ) و در آزمایش یک مخلوط روی از کوههای پیرنه کشف نمود. قبل از کشف بیشتر ویژگیهای این عنصر توسط "دیمتری مندلیف" بر مبنای جایگاهش در جدول تناوبی پیش بینی و توصیف شده بود؛ ( او این عنصر فرضی را eka-aluminum نامید).
بعدها Boisbaudran در سال 1875 با الکترولیز هیدروکسید در محلول KOH این عنصر آزاد را بدست آورد. او نام این عنصر را از نام سرزمین مادری اش فرانسه اقتباس کرد و در یکی از جناسهای چند زبانه مورد علاقه دانشمندان اوایل قرن نوزدهم ، نام این عنصر را از نــام Lecoq به معنی خروس گرفتند و کلمه لاتین برای خروس ، gallus است.
پیدایش
این فلز حقیقی اغلب بصورت اجزاء بسیار کم در بوکسیت ، زغال سنگ ، دیاسپور ، ژرمانیت و اسفالریت یافت میشود. غبار لوله حاصل از سوخت زغال سنگ دارای مقادیر به بزرگی 5/1 درصد گالیم میباشد.
خصوصیات قابل توجه
گالیم با درجه خلوص بالا رنگ نقرهای جذابی داشته و فلز جامد آن مانند شیشه میشکند. فلز گالیم در صورت سخت شدن 3,1 درصد انبساط مییابد، بنابراین نباید آنرا در ظروف شیشهای یا فلزی نگهداری کرد. همچنین گالیم ، بیشتر فلزات دیگر را با نفوذ در شبکه فلزی آنها فرسوده میکند. گالیم یکی از چهار فلزی ( سزیم ، جیوه و روبیدیم ) است که در دمای نزدیک به دمای معمولی اطاق به شکل مایع هستند و بنابراین میتوان از آنها در دماسنجهای دمای بالا استفاده نمود. از نکات قابل توجه این عنصر ، دارا بودن یکی از بزرگترین بازههای مایع (منظور فاصله بین دمای ذوب و دمای تبخیر میباشد) برای یک فلز و دارا بودن فشار بخار کم در دماهای زیاد است.
این فلز تمایل شدیدی به فوق سرد شدن زیر نقطه ذوب خود دارد، لذا برای سخت نمودن آن استفاده از ریزبلورها ( ذرات ریزی که برای منجمد کردن بکار میرود ) ضروری است. گالیم با درجه خلوص بالا توسط اسیدهای معدنی بهآهستگی مورد حمله قرار میگیرند. نقطه ذوب آن بسیار پایین است (T=30°C) و چگالی آن در حالت مایع بیشتر از حالت بلوری آن میباشد، ( همانند آب ، برای فلزات معمولا" تاثیرات معکوس دیده میشود).
گالیم بصورت هیچ یک از ساختارهای بلوری ساده متبلور نمیشود. حالت پایدار در شرایط عادی بهصورت قائمالزاویه با 8 اتم در سلول واحد معمولی میباشد. هر اتم تنها یک همسایه نزدیک ( در مسافت A 44,2 ) و شش همسایه دیگر در 39,0A دارد. بسیاری از حالات پایدار و فراپایدار ، تابع دما و فشار هستند.
عامل اتصال اتمهای نزدیکتر ، ویژگی کووالانسی است، بنابراین دوتائی های Ga2 اساسیترین بخش این ساختار بلوری میباشد. ترکیب آرسنید گالیم قادر است الکتریسیته را مستقیما" به نور همفاز تبدیل کند ( این ویژگی برای دیودهای نورفشان ضروری است ).
کاربردها
عمدهترین مورد استفاده گالیم در IC های آنالوگ است و دومین کاربرد نهائی عمده آن در دستگاههای الکترونیک نوری ( بیشتر دیودهای لیزری و دیودهای نور فشان ) میباشد.
گالیم چون باعث خیس شدن شیشه یا چینی میشود، در ساخت آئینههای بسیار شفاف بکار میرود.
بهطور وسیع برای استحکام نیمههادیها داشته و در ساخت ابزار جامد مثل ترانزیستور مورد استفاده قرار میگیرد.
گالیم بهراحتی با بیشتر فلزات آلیاژ تشکیل داده و بعنوان بخشی از آلیاژهای زود ذوب بکار میرود.
استفاده از گالیت منیزیم دارای ناخالصی (مانند Mn+2 )، در ساخت پودر فسفر فعال شده با اشعه ماورای بنفش آغاز گشته است.
ایندیم
اطلاعات اولیه
ایندیم ، عنصر شیمیایی است که با نشان In و عدد اتمی 49 در جدول تناوبی وجود دارد. این فلز حقیقی کمیاب که نرم و چکشخوار بوده و بهراحتی ذوب میشود، از نظر شیمیایی مانند آلومینیوم و گالیم است، اما از نظر ظاهری بیشتر شبیه روی میباشد (همچنین سنگ معدن روی منبع اولیه ایندیم است). در حال حاضر ، عمده کاربرد آن در ساخت لایههای نازکی است که از آنها بعنوان لایههای روغنکاری شده استفاده میشود. (در جنگ جهانی دوم بعنوان پوشش چرخ دنده هواپیماهایی که در ارتفاع بالا پرواز میکردند، کاربرد زیادی داشت).
تاریخچه
"Ferdinand Reich" و "Theodore Richter" در سال 1863 هنگامیکه برای یافتن تالیم با یک طیف نگار ، مشغول آزمایش سنگ معدن روی بودند، ایندیم را ( نام آن از خط نیلی در طیف اتمی اش اقتباس شد. Richter تا جداسازی این عنصر در سال 1867 به فعالیت ادامه داد.
پیدایش
ایندیم را بیشتر از تهمانده هایی که در طول پردازش سنگ معدن روی بجا مانده است، تولید میکنند. اما در سنگ معدن آهن ، سرب و مس نیز یافت میشود. بیشترین مقدار ایندیم مصرف شده مربوط به تولید جهانی LCD است. افزایش راندمان تولید و بازیافت آن ( بخصوص در ژاپن ) بین عرضه و تقاضا تعادل ایجاد کرده است. میانگین قیمت ایندیم در سال 2000 هر کیلوگرم 188 دلار آمریکا بود.
تاسال 1924 مقدار ایندیم جدا شده در زمین تنها حدود یک گرم بود. ایندیم موجود در زمین حدود ppm 1,0 برآورد شده که با این حساب فراوانی آن به مقدار نقره است. کانادا با تولید بیش از000 1000 اونس تروی در سال 1997 تولیدکننده عمده این عنصر به حساب میآید.
خصوصیات قابل توجه
ایندیم ، فلز حقیقی سفید رنگ و بسیار نرمی است که دارای سطح درخشانی میباشد. این فلز اگر خالص باشد، هنگام خم شدن تولید صدایی ممتد و زیر میکند. گالیم و ایندیم هر دو توانایی خیس کرده شیشه را دارند.
کاربردها
اولین و عمدهترین کاربرد ایندیم در پوشش چرخ دندههای موتور هواپیماهای بلند پرواز در طول جنگ جهانی دوم بود. بعدا" که کاربردهای بیشتری برای آن در آلیاژها، لحیمها و علم الکترونیک یافت شد، تولید آن بهتدریج افزایش یافت. در اواسط و اواخر دهه 90 تولید نیمه هادیهای فسفید ایندیم و لایههای نازک اکسید ایندیم – قلع برای liquid crystal displays یعنی همان LCD بیشتر مورد توجه قرار گرفت. تا پایان سال 1992 این لایههای نازک عمده ترین کاربرد این عنصر بود.
در ساخت آلیاژهای با نقطه ذوب پایین کاربرد دارد. آلیاژی که حاوی 24% ایندیم و 76% گالیم میباشد، در دمای اطاق به حالت مایع است.
برای ساخت نور رسانها ، ژرمانیم ،(ترانزیستور ، یکسو کنندهها و دما یابها بکار میرود.
از آن میتوان روکش فلزات استفاده کرد و با بخار آن روی شیشه تولید آئینههایی نمود که به همان خوبی آئینههای ساخته شده با نقره است، اما در مقابل فرسایش مقاومت بیشتری دارد.
اکسید آن برای ساخت صفحات کلید (Panels) برق درخشی (electroluminescent) مورد استفاده میباشد.
هشدارها
مدارک تایید نشده ای مبنی بر میزان پایین سمی بودن ایندیم وجود دارد. اما در صنایع جوشکاری و نیمههادیها که در آنها مقدار مواجهه با این عنصر زیاد است، هیچ گزارشی درباره اثرات جانبی مسمومیت در دست نیست.
تالیم
اطلاعات اولیه
تالیم ، یک عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی دارای نشان Tl و عدد اتمی 81 میباشد. این فلز ضعیف نرم و چکشخوار و خاکستری رنگ شبیه قلع است، ولی در معرض هوا رنگ خود را از دست میدهد. تالیم بهشدت سمی است و در سم موش و حشرات بکار میرود، اما این کاربرد آن بهعلت احتمال سرطانزایی در بسیاری از کشورها متوقف شده است. همچنین از این عنصر در یابندههای اشعه مادون قرمز بکار میرود.
تاریخچه
تالیم ( واژه یونانی thallos به معنی جوانه یا شاخه کوچک سبز ) در سال 1861 در انگلستان توسط "Sir William Crookes" هنگامیکه مشغول بررسیهای طیفنمایی برای تالیم موجود در باقیماندههای اسید سولفوریک گیاه بود، کشف نمود. نام آن از خطوط طیفی درخشان سبز تالیم گرفته شده است. "Crookes" و "Claude-Auguste Lamy" سال 1862 مستقلا" این فلز را جدا کردند.
پیدایش
اگرچه این عنصر به مقدار فراوان در پوسته زمین و به میزان تقریبا" ppm7,0% وجود دارد، تالیم بیشتر بصورت ترکیب با مواد معدنی پتاسیم در خاک معدنی ،خاکها و گرانیت دیده میشود و بنابراین عموما" بطور تجاری از این موارد بازیافت نمیشود. منبع اصلی تالیم تجاری مقادیر کم آن در کانیهای مس ، سرب ، روی و سایر کانیهای سولفید است.
تالیم در مواد معدنیcrooksite ، hutchinsonite و lorandite یافت میشود. این فلز در پیریتها هم وجود دارد و بعنوان یک محصول جانبی تولید اسید سولفوریک هنگام تسویه کانی پیریت جدا میگردد. روش دیگر تهیه این فلز از ذوب کانیهای غنی سرب و روی میباشد.
ریز گرههای کوچک منگنز نیز که در کف اقیانوسها وجود دارند، حاوی تالیم هستند، اما استخراج این ریز گرهها بسیار گران و از نظر زیست محیطی مخرب است. علاوه بر اینها مواد معدنی بسیار زیاد دیگری برای تالیم که حاوی 16% تا 60% تالیم هستند، مثل ترکیبات سلنید یا سولفید با آنتیمونی ، آرسنیک ، مس ، سرب و نقره وجود دارند. ولی کمیاب بوده ، بعنوان منابع این عنصر اهمیت تجاری ندارند.
خصوصیات قابل توجه
این عنصر بسیار نرم و چکشخوار بوده ، با چاقو بریده میشود. تالیم در اولین مواجهه با هوا دارای درخشش فلزی است، اما بهسرعت با تهرنگ خاکستری مایل به آبی همانندسرب کدر میشود ( آنرا با نگهداری زیر آب حفظ میکنند ). اگر در هوا باقی بماند، لایه ای از اکسید روی تالیم ایجاد شده ، در حضور آب ، هیدرید تالیم تولید میگردد.
کاربردها
در گذشته از سولفات تالیم بیبو و بیطعم ، بعنوان کشنده موش و مورچه استفاده میشد. در ایالات متحده و بسیاری کشورهای دیگر به دلایل سلامتی ، این کاربرد مجاز نیست.
رسانای الکتریکی سولفید تالیم در معرض نور مادون قرمز تغییر میکنند، بنابراین از این ترکیب در سلولهای نوری بهره میبرند.
بلورهای یدید-برمید تالیم ، بعنوان مواد نورشناختی اشعه مادون قرمز بکار میروند.
از اکسید تالیم در ساختشیشه هایی که دارای ضریب شکست بالا هستند، استفاده میشود.
در مواد نیمه هادی برای یکسو کنندههای سلنیم کاربرد دارند.
در وسایل ردیابی اشعه گاما کاربرد دارد.
در مایعات با چگالی بالا برای جداسازی به روش شناور - ته نشینی مواد معدنی بکار میروند.
برای درمان کچلی موضعی و سایر بیماریهای پوستی مورد استفاده قرار میگیرد. اما این کاربرد ، بهعلت اختلاف کوچکی که بین سمیت و منافع درمانی آن وجود دارد، محدود گشته است.
تالیم رادیواکتیو 201 برای اهداف تشخیصی در پزشکی هستهای کاربرد دارد، بخصوص در تستهای تنشی که برای رده بندی خطر در بیماران مبتلا به ناراحتی شریانهای قلبی بکار میرود (CAD).
تالیم در ترکیب با گوگرد ، سلنیم و آرسنیک در ساخت شیشههای دارای چگالی زیاد که نقطه ذوب پایین بین 125 تا 150 درجه سانتیگراد دارند، مورد استفادهاند. این شیشهها ویژگیهای دمای اطاق را دارند که مشابه شیشههای معمولی است و بادوام و نامحلول در آب هستند و ضریبهای شکست منحصر به فردی دارند.
علاوه بر اینها تحقیقاتی بر روی تالیم در حال انجام است تا مواد ابررسانا در دماهای بسیار زیاد برای کاربردهایی چون MRI ، ذخیره انرژی مغناطیسی ، رانشگران مغناطیسی ، تولید نیروی برقی و دستگاه انتقال نیرو ساخته شود.
ایزوتوپها
تالیم دارای 25 ایزوتوپ است که دارای جرم اتمی بین 184 تا 210 هستند. Ti-203 و Tl-205 تنها ایزوتوپهای پایدار هستند و Tl-204 پایدار ترین ایزوتوپ رادیواکتیو با نیمه عمر 3,78 سال به حساب میآید.
هشدارها
تالیم و ترکیبات آن بهشدت سمی هستند و باید با کمال احتیاط با آنها رفتار شود. مسمومیت زایی این عنصر موجب استفاده از آن بهعنوان سم موش شده است ( و هنوز در بسیاری از کشورها از آن استفاده میشود ). از میان اثرات مختلف مسمومیتزایی تالیم میتوان به ریزش مو و صدمه به اعصاب سطح بدن اشاره کرد. تماس آن با پوست بدن خطرناک و هنگام ذوب این فلز باید تهویه مناسب انجام شود. تماس با ترکیبات قابل حل تالیم نباید از 0,1 میلی گرم در هر متر مکعب پوست بدن در میانگین دوره 8 ساعته (40 ساعت کار هفتگی ) فراتر رود. احتمال سرطانزایی تالیم در انسان وجود دارد.
ریزش مو نتیجه استفاده از تالیم در درمان کچلی موضعی است، اما این کاربرد مدت زیادی است که متوقف شده است. داستانی مبنی بر تلاش CIA بهمنظور بیآبرویی "Fidel Castro" با استفاده از مسموم کردن او بوسیله تالیم که منجر به ریزش ریش او میشد، وجود دارد. اما تشخیص او مانع از به ثمر رسیدن تلاش آنها شد.
br>"آگاتا کریستی" نویسنده داستانهای پلیسی که بهعنوان یک داروساز کار کرده بود، از تالیم بهعنوان عامل قتل در داستان خود به نام The pale horse استفاده نموده است (اولین سرنخ روش قتل از ریزش موی قربانیان به دست آمد)
فیلم The Young Poisoner's Handbook در سال 1996 بر اساس فعالیتهای "Graham Frederick Young" بود که در دهههای 60 و 70 حداقل 3 نفر را با تالیم کشته بود.
جدول تناوبی عناصر شیمیایی نمایشی از عناصر شیمیایی است که براساس ساختار الکترونی مرتب شده است، بطوریکه بسیاری از خواص شیمیایی بصورت منظم در طول جدول تغییر نماید. جدول اولیه بدون اطلاع از ساختار داخلی اتمها ساخته شد: اگر عناصر را بر حسب جرم اتمی آنها مرتب نمائیم، و آنگاه نمودار خواص معین دیگر آنها را بر حسب جرم اتمی رسم نمائیم، میتوان نوسان یا تناوب این خواص را بصورت تابعی از جرم اتمی مشاهده نمود. اولین کسی که توانست این نظم را مشاهده نماید، یک شیمیدان آلمانی به نام Johann Wolfgang D?einer بود.
و به دنبال او، شیمیدان انگلیسی John Alexander Reina Newlands متوجه گردید که عناصر از نوع مشابه در فاصلههای هشت تایی یافت می شوند، که آنها را با نتهای هشتگانه موسیقی شبیه نمود، هرچند که قانون نتهای او مورد تمسخر معاصرین او قرار گرفت. سرانجام شیمیدان آلمانی Lothar Meyer و شیمیدان روسی Dmitry Ivanovich Mendeleev تقریبا بطور همزمان اولین جدول تناوبی را، با مرتب نمودن عناصر بر حسب جرمشان، توسعه دادند( ولی مندلیف تعداد کمی از عناصر را خارج از ترتیب صریح جرمی، برای تطابق بهتر با خواص همسایگانشان رسم نمود – این کار بعدها با کشف ساختار الکترونی عناصر در اواخر قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم توجیه گردید). فهرست عناصر بر اساس نام، علامت اختصاری و عدد اتمی موجود میباشد. شکل زیر جدول تناوبی عناصر شناخته شده را نمایش میدهد. هر عنصر با عدد اتمی و علامتهای شیمیایی. عناصر در یک ستون ("گروه") از لحاظ شیمیایی مشابه می باشند.
گروه های اصلی
گروه 1
هیدروژن
هیدروژن یا آبزا، یک عنصر شیمیایی در جدول تناوبی است كه با حرف H و عدد اتمی ۱ نشان داده شده است. هیدروژن عنصری بی رنگ، بی بو، غیر فلز، یک ظرفیتی و گازی دو اتمی، با خاصیت شعله وری فوق العاده بالا است. هیدروژن سبکترین و فراوانترین عنصر در جهان بوده و در آب و نیز در تمامی ترکیبات آلی و موجودات زنده یافت میشود. هیدرژن قابلیت واکنش شیمیایی با بیشتر عناصر را دارد.
هیدروژن سبکترین عنصر شیمیایی بوده با معمولترین ایزوتوپ آن که شامل تنها یک پروتون و الکترون است. در شرایط فشار و دمای استاندارد هیدروژن یک گاز،H۲، دو اتمی با نقطه جوش ۲۰.۲۷° K و نقطه ذوب ۱۴.۰۲° K را میسازد. در صورتیکه این گاز تحت فشار فوق العاده بالایی، مانند شرایطی که در مرکز غولهای گازی وجود دارد، قرار گیرد مولکولها ماهیت خود را از دست داده و هیدروژن بصورت فلزی مایع در میآید.اما در فشارهای بسیار پایین مانند شرایطی که در فضا یافت میشود، به این علت که هیچ راهی برای ترکیب اتمهایش وجود ندارد، هیدروژن تمایل دارد تا بصورت اتمهای مجزا در آمده؛ابرهای H۲ (هیدروژنی) تشکیل میشود که به شکل گیری ستارگان نیز مرتبط است.
این عنصر نقش بسیار حیاتی در تأمین انرژی جهان از طریق واکنش پروتون-پروتون و چرخه کربن-نیتروژن به عهده دارد.
هیدروژن (فرانسه به معنی سازنده آب و واژه یونانی hudôr یعنی "آب" و gennen یعنی "تولید کننده") برای اولین بار در سال ۱۷۷۶ بهوسیله هنری کاوندیش بهعنوان یک ماده مستقل شناخته شده، آنتونی لاوازیه نام هیدروژن را برای این عنصر انتخاب کرد.
پروتیوم، معمولیترین ایزوتوپ هیدروژن فاقد نوترون است گرچه دو ایزوتوپ دیگر به نام دوتریوم دارای یک نوترون و تریتیوم رادیو اکتیویته دارای دو نوترون، وجود دارند. دو ایزوتوپ پایدار هیدروژن پروتیوم(H-۱) و دیتریوم(D، H-۲) هستند. هیدروژن تنها عنصری است که ایزوتوپهای آن اسمی مختلفی دارند.
لیتیم
این عنصر را برای اولین بار "W.T. Brande" و "Humphrey Davy" با استفاده از الکترولیز اکسید لیتیم جدا کردند. تولید تجاری فلز لیتیم در سال 1923 بوسیله شرکت آلمانی Metallgesellschaft AG و با استفاده از الکترولیز کلرید لیتیم و کلرید پتاسیم مذاب محقق گشت. ظاهرا" نام لیتیم به این علت انتخاب شد که این عنصر در یک ماده معدنی کشف شد، در حالیکه سایر فلزات قلیایی اولین بار در بافتهای گیاهی دیده شدهاند.
لیتیم ، عنصر شیمیایی است، با نشان Li و عدد اتمی 3 که در جدول تناوبی به همراه فلزات قلیایی در گروه 1 قرار دارد. این عنصر در حالت خالص ، فلزی نرم و به رنگ سفید خاکستری میباشد که بهسرعت در معرض آب و هوا اکسید شده ، کدر میگردد. لیتیم ، سبکترین عنصر جامد بوده ، عمدتا" در آلیاژهای انتقال حرارت ، در باطریها بکار رفته ، در بعضی از تثبیتکنندههای حالت mood stabilizers مورد استفاده قرار میگیرد.
لیتیم ، سبکترین فلزات و دارای چگالی به اندازه نصف چگالی آب است. این عنصر همانند همه فلزات قلیایی بهراحتی در آب واکنش داده ، به سبب فعالیتش هرگز در طبیعت بصورت آزاد یافت نمیشود. با این وجود ، هنوز هم واکنشپذیری آن از سدیم کمتر است. وقتی لیتیم روی شعله قرار گیرد، رنگ زرشکی جالبی تولید میکند، اما اگر به شدت بسوزد، شعلههایی سفید درخشان ایجاد میکند. هنچنین لیتیم ، عنصری تکظرفیتی است.
لیتیم ، بهعلت گرمای ویژه اش ( بالاتر از تمامی جامدات) در انتقال حرارت مورد استفاده قرار میگیرد. بهعلت خاصیت electrochemical ، ماده مهمی در آند باطریها محسوب میشود.
لیتیم ، بطور طبیعی متشکل از 2 ایزوتوپ پایدار Li-7 و Li-6 است که Li-7 فراوانتر است ( وفور طبیعی 5/92%). 6 رادیوایزوتوپ هم برای آن وجود دارد که پایدارترین آنها ، Li-8 با نیمه عمر 838 هزارم ثانیه و Li-9 با نیمه عمر 3/178 هزارم ثانیه میباشد.
لیتیم همانند فلزات قلیایی دیگر در حالت خالص ، شدیدا" آتش زا و در معرض هوا و مخصوصا" آب تا حدی انفجاری است. این فلز همچنین خورنده بوده ، لذا باید توجه خاص داشت و از تماس آن با پوست بدن اجتناب کرد. در صورت ذخیره ، باید آنرا در هیدروکربن مایع قابل اشتعالی مانند نفت نگهداری نمود. لیتیم ، هیچگونه نقش بیولوژیکی نداشته ، تا حدی سمی محسوب میشود.
سدیم
سُديم یک عنصر شیمیایی جدول تناوبی است که نماد آن Na و عدد اتمی آن 11 است. سدیم یک فلز واکنشدهنده نرم و مومیشکل است که به گروه فلزات قلیایی که از نظر ترکیبات طبیعی فراوان هستند (بویژه آب نمک و هالیدها) تعلق دارد. این عنصر بسیار واکنشدهنده است و با شعله زرد رنگی میسوزد در آزمایشهای مربوط به هوا اکسید میشود و به شدت با آب واکنش میدهد از این رو باید همیشه در زیر نفت یا روغن نگهداری شود.
سدیم مانند دیگر فلزات قلیایی نرم سبک وزن سفید مایل به نقرهای و واکنش دهنده است و از این جهت هرگز به صورت آزاد در طبیعت یافت نمیشود. سدیم در آب غوطه ور شده و آن را تجزیه کرده هیدروژن آزاد میکند و هیدرواکسید میسازد. سدیم در آب فوراً آتش میگیرد ولی در آزمایشهای مربوط به هوای معمولی در دمای زیر ۳۸۸ کلوین آتش نمیگیرد.
مدت زمان زیادی است که سدیم (soda) بصورت ترکیبی شناخته شده است. این عنصر در سال 1807توسط Sir Humphry Davy از طریق عمل الکترولیز هیدروکسید سدیم جدا شد. در اروپای قرون وسطی ترکیبی از سدیم با نام لاتین Sodanum برای تسکین سردرد استفاده میشد. نماد جدید سدیم Na از لاتین جدید Natrium که در زبان یونانی که نوعی نمک طبیعی است میآید گرفته شده است.
سدیم در ستارگان فراوان است و این فراوانی در خطوط طیفی D در نور ستارگان مشهود تر است. سدیم حدودا 2.6% از پوسته زمین را به خود اختصاص داده است که چهارمین عنصر از نظر فراوانی در پوسته زمین و فروانترین فلز قلیایی است.
نمک طعام یا کلرید سدیم معمولترین ترکیب سدیم است. اما سدیم در کانیهای بسیار دیگری از قبیل آمفیبول کریولیت, هالیت, soda niter, زئولیت و ... بوجود میآید.
ترکیبات سدیم برای صنایع شمیایی شیشه سازی فلزی ساخت کاغذ صنعت نفت ساخت صابون و نساجی کاربرد دارد. صابون معمولاً یک نمک سدیم از اسیدهای چرب است.
برای این عنصر ۱۳ ایزوتوپ شناسایی شده است که تنها ایزوتوپ پایدار آن Na-23 است. سدیم همچنین دو ایزوتوپ پرتوزا (رادیواکتیو) نیز دارد که عبارتاند از: Na22 با نیمه عمر 2.605 سال و Na24 با نیمه عمر ۱۵ ساعت.
هشدار: سدیم در حالت پودر در آب خاصیت انفجاری خواهد داشت و با عناصر دیگر به راحتی تجزیه و ترکیب میشود. همیشه باید با ان عنصر با مراقبت کامل کار کرد.
پتاسیم
پتاسیم یکی از عناصر شمیایی جدول تناوبی است که نماد آن K و عدد اتمی آن 19 میباشد. پتاسیم ، فلز قلیایی سفید مایل به نقرهای است که بهطور طبیعی بهصورت ترکیبی با عناصر دیگر در آب دریا و دیگر کانیها یافت میشود. این عنصر بهسرعت در هوا اکسید شده ، بسیار واکنش پذیر است(مخصوصا در آب ) و از نظر شمیایی همانند سدیم است.
پتاسیم ( انگلیسی ، potash و لاتین ، kalium ) در سال 1807 توسط "Sir Huphry Davy" که آن را از پتاس سوزآور ( KOH )بدست آورد، کشف شد. این فلز قلیایی تنها فلزی بود که توسط عمل الکترولیز از هم جدا شده بود.
این عنصر حدودا 2.4% از وزن پوسته زمین را تشکیل میدهد و از نظر فراوانی هفتمین عنصر در آن میباشد. بدست آوردن پتاسیم از کانیها بدلیل خاصیت نامحلولی و ماندگاری آن بسیار دشوار است.
پتاسیم که دومین فلز سبک میباشد، در میان فلزات ، واکنشپذیرترین و الکتروپوزیتیوترین است. این فلز ، بسیار نرم بوده ، با چاقو بهراحتی برش میخورد و در سطوح صاف به رنگ نقرهای میباشد. از آنجا که به در هوا بهسرعت اکسید میشود، باید زیر روغن معدنی یا نفت نگهداری شود. پتاسیم مانند دیگر فلزات قلیایی در آب تجزیه شده و هیدروژن آزاد میکند. در آب فورا آتش میگیرد و نمک آن هنگامی که در معرض یک شعله قرار بگیرد، رنگ بنفش از خود ساطع میکند.
تا کنون 17 ایزوتوپ پتاسیم شناخته شدهاند.
پتاسیم یک یون مهم در بدن است و از آنجائی که تغییرات جزئی می توانند action potentials را مختل کند که در نتیجه مشکلات عصبی و قلبی ایجاد میشود، تجمع آن در خون بدقت تنظیم میشود.
روبیدیم
روبیدیوم ، یکی از عناصر شیمیایی جدول تناوبی است که نماد آن ، Rb و عدد اتمی آن 37 میباشد و عدد جرمی آن ۸۵٫۴۶. روبیدیوم یکی از عناصر فلزی نرم به رنگ سفید مایل به نقرهای است که از گروه فلزات قلیایی میباشد. ایزوتوپ Rb-87 که بهصورت طبیعی بوجود میآید، کمی رادیواکتیو است. روبیدیوم مانند دیگر عناصر گروه اول بسیار واکنشپذیر است؛ مثلا در هوا فورا آتش میگیرد.
این عنصر ، شانزدهمین عنصر از نظر فراوانی در سطح پوسته زمین میباشد که بهصورت طبیعی در معادن Leucite ، pollucite و Zinnwaldite بوجود میآید که حدوداً یک در صد آن اکسید میباشد.
یکی از منابع قابل توجه این عنصر ذخایر Pollucite در Bernic Lake است. فلز روبیدیوم از طریق کم کردن کلرید روبیدیوم با کلسیم بدست میآید.
روبیدیوم ، دومین عنصر از عناصر قلیایی است که الکترون مثبت دارد و در دمای اطاق بهصورت مایع میباشد. مانند دیگر عناصر گروه اول به سرعت در هوا آتش میگیرد و با شدت بسیار زیاد در آب واکنش نشان داده ، هیدروژنهای آتشین از خود آزاد میکند. مانند دیگر فلزات قلیایی با مس ترکیب شده ، Amalgam بوجود میآورد. همچنین با طلا و سزیم و سدیم و پتاسیم ، آلیاژ میشود. این عنصر در هنگام مجاورت با آتش ، شعله بنفش رنگی بوجود میآورد.
24 ایزوتوپ روبیدیوم شناخته شده است.
روبیدیوم به شدت با آب واکنش نشان میدهد و میتواند تولید آتش کند. برای نگهداری امنیت بالا بهصورت خالص این عنصر میبایست زیر روغن معدنی خشک در خلاء یا هوای بیاثر نگهداری شود.
سزیم
سزیم(سیزیم) عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی با نشان Cs و عدد اتمی 55 و عدد جرمی 132.9055مشخص می باشد.در دور ششم و این عنصرنرم ونقره فام از فلزات قلیائی بوده و یکی از سه فلزی است که در حرارت اطاق به حالت مایع می باشند.قابل توجه ترین کاربرد این عنصر در ساعتهای اتمی است.
این عنصر همچنین در باطریهای – نوری کاربرد دارد.
علاوه بر اینها سزیم بعنوان کاتالیزوردر هیدروژنه کردن ترکیبات آلی خاصی مورد استفاده قرار می گیرد.
اخیرا" از این عنصر در سیستم رانش یونی استفاده شده است.
سیزیم ( واژه لاتین caesius به معنی آبی آسمانی) در سال 1860 بوسیله Robert Bunsen و Gustav Kirchhoff در آب معدنی Durkheim وبصورت طیف نمایی کشف شد.
فلز قلیایی سیزیم در لپدولیت ، پلوسیت ( هیدرات سیلیکات آلومینیوم و سزیم ) و منابع دیگری یافت می شود. یکی از مهمترین و غنی ترین منابع این فلز در دریاچهBernic واقع در Manitoba می باشد.
سیزیم دارای 32 ایزوتوپ شناخته شده است که از تمامی عناصر دیگر بیشتر می باشد.جرم اتمی این ایزوتوپها بین 114 تا 145 می باشد. اگرچه این عنصر بیشترین تعدادایزوتوپها را دارا می باشد ، تنها یک ایزوتوپ پایدار طبیعی ( Cs-133) دارد.
سیزیم در آب سرد بسیار انفجاری است. این عنصر رامی توان به شدت سمی انگاشت.
فرانسیم
فرانسیوم با نام قدیمی اکا-سزیوم و یا آکتینیوم k، عنصری شیمیایی با نماد Fr و عدد اتمی ۸۷ است که در گروه IA (فلزهای قلیایی) و دوره هفتم قرار گرفتهاست. این عنصر، یک الکترون ظرفیتی دارد و در میان همه عناصر جدول تناوبی، دارای کمترین الکترونگاتیوی است. دمای ذوب و جوش فرانسیم به ترتیب ۲۷ و ۶۷۷ درجه سانتیگراد، و شعاع اتمی آن ۲۷۰ پیکومتر است.
مارگوریت پری، فرانسیوم را در سال ۱۹۳۹ در فرانسه کشف کرد، به همین دلیل این عنصر فرانسیوم نام گرفت. این عنصر آخرین عنصر کشف شدهای است که در طبیعت به طور آزاد وجود دارد و پس از استاتین کمیابترین عنصر شناخته شدهاست.
فرانسیوم در بیرون از آزمایشگاه، به طور بسیار ناچیزی در سنگ معدن اورانیوم و توریوم یافت میشود، جایی که ایزوتوپ ۲۲۳ آن به طور پی در پی تشکیل و متلاشی میشود. تخمین زده میشود که حدود ۳۰ گرم فرانسیوم در پوسته زمین وجود داشته باشد. سایر ایزوتوپهای فرانسیوم به طور مصنوعی و در آزمایشگاه ساخته میشوند. بیشترین مقداری که تاکنون از فرانسیوم به طور مصنوعی ایجاد شده، یک خوشه ۱۰٬۰۰۰ اتمی بودهاست که از طریق ابر اتمی سرد و در دانشگاه استونی بروک و در سال ۱۹۹۷ ساخته شده است. فرانسیوم پس از فروپاشیدن به استاتین، رادیوم و رادون تبدیل میشود.
گروه 2
بریلیم
بریلیوم عنصری شیمیایی با عدد اتمی ۴ و نماد Be است.
بریلیم عنصری است فلزی با عدد اتمی ۴ در گروه IIA و دوره دوم جدول تناوبی جای دارد. جرم اتمی آن 9.0121 و ظرفیت آن ۲ است. ایزتوپ پایدار ندارد. در طبیعت به صورت بریل که یکی از سنگهای گرانبهاست، یافت میشود.
مشخصات: فلزی است سخت، شکننده، به رنگ سفید خاکستری، دارای جرم حجمی 1.85 و نقطه ذوب 1280 است. در اسید ها(به جز اسید نیتریک) و قلیاها محلول است. دربرابر عمل اکسایش در دماهای معمولی مقاوم است. رسانایی گرمایی و ظرفیت گرمایی آن زیاد است. سبک ترین فلز شناخته میشود. جوشکاری و زردجوش آن مشکل است. نسبت به اشعه ایکس بسیار خوب نفوذپزیر است.
بریل، کانی بریلیم، عمدتاْ در آفریقای جنوبی، زیمباوه، برزیل، آرژانتین و هندوستان یافت میشود. منابع اصلی آن آمریکاست در کانادا نیز یافت میشود.
به شدت سمی است. خورنده در 0.002 میلی گرم در متر مکعب هوا
شکلهای قابل دسترس: ورقه، لوله، میله، سیم، گرد، پرس گرم، پرس سرد و قطعهها
فلز اصلی در صنعت فضایی است، در راکتورهای هستهای به عنوان کندکننده و منعکس کننده نوترونها به کار میرود. هنگامی که باذرههای آلفا بمباران کنیم منبع نوترونی است پنجرههای مخصوص برای اشعه ایکس، آلیاژهای آن در صنعت تهیه لامپ چراغ کاربرد دارد. در چرخش نماها، در قسمتهای مختلف کامپیوتر٬در موشکها
منیزیم
منیزیم فلزی است ضعيف و نادر به رنگ سفيد تا نقرهای با نماد Mg، عدد اتمی ۱۲، وزن اتمی ۲۴٫۳۰۵۰ و ساختار بلور آن شش گوش یا هگزاگونال متراكم است. نام منيزيم از واژه یونانی Magnesia حوضهای در Thessaly یا از نام شهر قدیمی Magnesia در آسیای صغیر گرفته شده است. منیزیم هشتمین عنصر فراوان در پوسته زمين و سومین عنصر فراوان و قابل حل در آب دریاست.
منيزيم در گروه دو (IIA) جدول تناوبی به عنوان فلز قلیایی خاکی قرار دارد.
منیزیم معدنی برای قلب، عضله و کلیه مهم و مفید است. این ماده قسمتی از دندان و استخوان شما را میسازد. مهمتر از همه، این ماده آنزیمها را فعال میکند، به شما انرژی میدهد و به کارکردن بهتر بدن کمک میکند. این ماده همچنین استرس، افسردگی و بیخوابی را کاهش میدهد.
کلسیم
کلسیم از عنصرهای شمیایی جدول تناوبی است. نشانه کوتاه آن Ca و عدد اتمی آن ۲۰ است و عدد جرمی آن 40.078 است.
منابع کلسیم در پهنه زمین گسترده بوده و در هر یک از سرزمینها بوفور یافت میشود. این عنصر در حیات گیاهی و جانوری دارای نقش حیاتی بوده و در استخوانها و دندانها و پوسته تخم مرغ ، انواع مرجانها و بسیاری از خاکها وجود دارد.
کلسیم دراستخوانها وجود دارد و کمبود آن موجب پوکی استخوان میشود.کلسیم به میزان فراوان درشیروجوددارد. کلسیم، فراوان ترین ماده کانی موجود در بدن است. بدن انسان تقریبا ً۱kg کلسیم دارد.
در صنعت ، فلز کلسیم را میتوان از الکترولیز کلسیم کلرید و مخلوط فلوئورید و پتاسیم کلرید تهیه نمود.
این عنصر 6 ایزوتوپ پایدار دارد و ظرفیت آن 2 است.
نقطه جوش آن C˚1487 است و نقطه ذوب آن C˚810 است.
استرانسیم
استرانسیوم ، یکی از عناصر شیمیایی جدول تناوبی است که نماد آن Sr و عدد اتمی آن 38 میباشد و عدد جرمی آن ۸۷٫۶۲ است.
استرانسیوم ، یک فلز قلیایی است که به رنگ سفید مایل به نقرهای یا زرد براق است و بهشدت واکنش پذیر میباشد. این فلز هنگام مواجه با هوا به رنگ زرد در میآید و در Celestite و Strontianite بوجود میآید. Sr-90 بهصورت ذرات رادیو اکتیو بوده ، نیمه عمری معادل 28 سال دارد.
استرانتیوم معمولا در طبیعت بوجود میآید و %0.034 تمام سنگها و صخرههای آتشفشانی را به خود اختصاص میدهد.
از آنجا که این عنصر بسیار با هوا واکنش میدهد، در حالت طبیعی بهصورت ترکیبی با عناصر دیگر در کانیهای Strontianite ، Celestite و دیگر کانیها وجود دارد.
استرانسیوم که یک فلز قلیایی میباشد، چهار ایزوتوپ طبیعی و پایدار دارد.
استرانسیوم بهصورت خالص بسیار با آب واکنش میدهد و فورا آتش گرفته ، تولید آتش میکند و ممکن است که خطرات آتشسوزی را به همراه داشته باشد. بدن انسان نمیتواند از نظر شیمیایی فرقی مابین استورنیوم و کلسیم قائل شود و استرانسیوم را نیز همانند کلسیم بهراحتی جذب میکند. استرانسیوم پایدار تهدیدات جدی برای سلامتی به همراه ندارد، اما استرانسیوم رادیواکتیو میتواند باعث بیماریهای استخوانی از جمله سرطان استخوان شود.
باریم
باریوم (Barium) از عنصرهای شیمیایی جدول تناوبی است. نشانه کوتاه آن Ba و عدد اتمی آن ۵۶ است و عدد جرمی آن ۱۳۷٫۳۲ است.
نقطه ذوب آنC° ۷۲۹ است و نقطه جوش آن C° ۱۸۰۵ است.
رنگ این عنصر سفید نقره ای است.
رادیم
رادیوم ، یکی از عناصر شمیایی جدول تناوبی است که نماد آن Ra و عدد اتمی آن 88 میباشد. ظاهرش تقریبا کاملا سفید است که در مجاورت با هوا سیاه میشود. رادیوم از گروه فلزات قلیایی خاکی بوده و همراه با اورانیوم یافت میشود. این عنصر بهشدت رادیواکتیو بوده و ایزوتوپ پایدار آن 226Ra با نیم عمر 1602 سال است که به گاز کشنده رادون تبدیل میشود.
رادیوم در سال 1898 ، در Bitchblende در شمال Bohemia توسط پیرو ماری کوری کشف شد.
آنها در طی مطالعاتشان بر روی اورانیت با حذف کردن اورانیوم به ماده ای برخوردند که هنوز خاصیت رادیو اکتیوی داشت. آنها با این عمل یک مخلوط رادیو اکتیو جدا کردند که بیشتر آن را باریم که شعله ای قرمز رنگ و درخشان داشت و هرگز قبلا ثبت نشده بود، تشکیل میداد.
رادیوم که سنگینترین فلزات قلیایی خاکی میباشد، بسیار رادیو اکتیو بوده و از نظر شیمیایی به فلز باریم شباهت دارد. این فلز بهصورت ترکیبی و در مقادیر بسیار کم در معادن اورانیوم یافت میشود.
موارد استفاده عملی از رادیوم به خواص رادیواکتیوی آن برمیگردد. البته برخی از ایزوتوپهای رادیواکتیوی که اخیرا کشف شدهاند، مانند کبالت 8 و سزیم 137 جایگزین رادیوم شدهاند، چرا که بیشتر آنها قدرتمندتر بوده و کار کردن با آنها سادهتر و ایمنتر است.
رادیوم ، 25 ایزوتوپ گوناگون دارد که چهار تا از آنها در طبیعت یافت میشوند که رادیوم 226 بیشترین و پایدارترین آنهاست.
رادیوم حدودا 1 میلیون برابر اورانیوم خاصیت رادیو اکتیوی دارد. تجزیه رادیوم در شش مرحله انجام میگیرد.
رادیوم ، سمی است. رادیوم به شدت رادیو اکتیو بوده و محصول تجزیه آن ، رادون ، برای شش بسیار کشنده است از آنجا که رادیوم با کلسیم در ارتباط است، میتواند صدمات جدی را بدلیل جایگزینی در استخوان بوجود آورد. استنشاق ، تزریق و یا تماس بدنی با رادیوم میتواند موجب سرطان شده و مشکلات جسمی دیگری را بوجود آورد. رادیوم ذخیره شده باید به هوا داده شود تا از جمع شدن و انباشتگی رادون جلوگیری به عمل آید.
گروه 3
بور
اطلاعات اولیه
بورون ( بور ) ، عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی دارای نشان B و عدد اتمی 5 میباشد. این عنصر ، شبه فلز سه ظرفیتی به مقدار فراوان در سنگ معدن بوره (borax) وجود دارد. این عنصر به دو شکل ایزوتوپ یافت میشود: بورون غیر بلورین که بصورت پودر قهوهای رنگ و بورون فلزی که سیاه رنگ است. نوع فلزی آن سخت بوده ( 9,3 در مقیاس Mohs ) که رسانای خوبی در حرارت اطاق نمیباشد. بورون هرگز بصورت آزاد در طبیعت یافت نمیشود.
خصوصیات قابل توجه
بورون ، کمبود الکترون داشته ، دارای یک اوربیتال p آزاد است. ترکیبات بورون ، رفتاری همانند اسیدهای لوییس دارند و بهسرعت ، جهت ارضاء میل بورون به جذب الکترون ، به گونههای دارای الکترون زیاد میچسبند. از ویژگیهای ظاهری این عنصر ، گسیل اشعه مادون قرمز است. در حرارتهای استاندارد ، بورون رسانای الکتریکی ضعیفی است، اما در حرارت بالا خاصیت هدایت الکتریکی خوبی دارد.
خاصیت کشش پذیری بورون از تمامی عناصر شناخته شده بیشتر است. از نیترید بورون میتوان در ساخت موادی به سختی الماس استفاده نمود. از این نیترید بعنوان عایق استفاده میگردد، اما خاصیت هدایت حرارتی شبیه یک فلز دارد. این عنصر همچنین دارای خاصیت روان کننده مثل گرافیت است. بورون مانند کربن دارای توانایی ایجاد شبکههای مولکولی با پیوند کووالانسی است.
کاربردها
مهمترین ترکیب بورون از نظر اقتصادی تترابورات سدیم Na2B4O7, 5H2O یا بوراکس است که به میزان بسیار زیادی در ساخت عایقهای فایبر گلاسی و سفید کننده پربورات سدیم بکار میرود.
بورون غیر بلورین بهسبب رنگ سبز مخصوصی که دارد، در فشفشههای نورافشان بکار میرود.
اسید بوریک ، ترکیب مهمی است که در محصولات پارچهای مورد استفاده قرار میگیرد.
ترکیبات بورون دردر ترکیبات آلی و تولید شیشههای بوروسیلیکات کاربرد وسیعی دارند.
سایر ترکیبات ، بعنوان نگهدارندههای چوب مورد استفاده قرار میگیرند و ویژگی خاصی که در این مورد دیده میشود، درجه پایین سمی بودن آنها است.
بورون- 10بهعنوان سپری در برابر تشعشعات و نوترون یاب در کنترل رآکتورهای اتمی بکار گرفته میشود.
مفتولهای بورون ، موادی سبک و بسیار مقاوم هستند و عمدتا" در سازههای پیشرفته هوا-فضا کاربرد دارند.
مطالعه بر روی ترکیبات بورون در حال انجام است تا از آنها در موارد گسترده دیگری از جمله غشاهای نفوذ پذیر قند ، دریافتگرهای کربوهیدرات و bioconjugates استفاده شود.
مطالعه بر روی کاربردهای دارویی نیز در حال انجام است، از جمله درمان با جذب نوترون بورون و تولید دارو. سایر ترکیبات بورون نیز نوید بخش معالجه ورم مفاصل (آرتروز) هستند.
تاریخچه
ترکیبات بورون ( از ریشه عربی Buraq و فارسی بوره ) هزاران سال پیش شناخته شدهاند. در یونان باستان ، وابسته به سنگ معدنی به نام natron بود که علاوه بر سایر نمکهای معمول ، حاوی بورات نیز بود. لعابهای بوراکس درچین ، از 300 بعد از میلاد بکار میرفت و در روم باستان نیز از ترکیبات بورون در تولید شِشه استفاده میشد.
Sir Humphrt Davy، Gay-Lussac و L.J.Thenard در سال 1808 این عنصر را با درصد خلوص 50 جدا کردند. آنها این ماده را بعنوان یک عنصر نپذیرفتند. در ســال 1824 "Jٱٱ Jacob Berzelius" بورون را بعنوان یک عنصر شناسایی کرد. "W.Weintraub" شیمیدان آمریکایی اولین کسی بود که سال 1909 موفق به تولید بورون خالص شد.
پیدایش
آمریکا و ترکیه ، بزرگترین تولید کنندگان بورون هستند. این عنصر در طبیعت بهصورت اصلی خود یافت نمیشود، بلکه بصورت ترکیب در بوراکس ، اسید بوریک ، بورات کلسیم ، کربنیت ، ulexite و بوراتس وجود دارد. بوریک اسید گاهی در آب چشمههای آتشفشانی یافت میشود. Ulexite نوعی کانی است که بطور طبیعی خصوصیات فیبرهای نوری را دارا میباشد.
ایزوتوپها
بورون دارای دو ایزوتوپ طبیعی پایدار است:( B-11 ( 1/80% و ( B-10( 9/19%. نتایج بسیار متفاوت در رشته وسیعی از 11 δB-، آنرا در آبهای طبیعی بین 16- تا 59+ برآورد می کند.(؟) شکنش ایزوتوپی بورون بوسیله واکنشهای تبادلی گونه های بورون ( BOH3 و BOH4 ) کنترل میشود. همچنین ایزوتوپهای بورون در خلال تبلور معدنی ، در طی تغییرات فازی H2O nv سیستمهای آب گرمایی ( hydrothermal ) و دگرگونی آب گرمائی سنگ شکنش مییابند. این تاثیر آخری ( ترجیحا خروج گونه یون 10B(OH)4 ) احتمالا" باعث غلظت بالای 11B در آب دریا به نسبت پوسته های اقیانوسی و قارهای است.
هشدارها
بورون عنصری و بوراتها سمی نیستند، لذا هنگام سروکار با آنها نیاز به ملاحظات خاصی نیست. بعضی از ترکیبات هیدروژن –بورون سمی هستند که هنگام کار با آنها نیاز به توجهات ویژهای میباشد.
آلومینیوم
تاریخچه کشف آلومینیوم
"فردریک وهلر" بطور کلی به آلومینیوم خالص اعتقاد داشت .(لاتین :alum alumen). اما این فلز دو سال پیشتر بوسیله "هانس کریستین ارستد" شیمیدان و فیزیکدان دانمارکی بدست آمد. در روم و یونان باستان این فلز را بعنوان ثابت کننده رنگ در رنگرزی و نیز بعنوان بند آورنده خون در زخمها بکار میبردند و هنوز هم بعنوان داروی بند آورنده خون مورد استفاده است. در سال 1761 ، "گویتون دموروو" پیشنهاد کرد تا alum را آلومین (alumin) بنامند.
پیدایش و منابع
اگر چه Al ، یک عنصر فراوان در پوسته زمین است(18%) ، این عنصر در حالت آزاد خود بسیار نادر است و زمانی یک فلز گرانبها و ارزشمندتر از طلا به حساب میآمد. بنابراین ، بعنوان فلزی صنعتی اخیرأ مورد توجه قرار گرفته و در مقیاسهای تجاری تنها بیش از 100 سال است که مورد استفاده است. در ابتدا که این فلز کشف شد، جدا کردن آن از سنگها بسیار مشکل بود و چون کل آلومینیوم زمین بصورت ترکیب بود، مشکلترین فلز از نظر تهیه به شمار میآمد.
آلومینیوم برای مدتی از طلا با ارزشتر بود، اما بعد از ابداع یک روش آسان برای استخراج آن در سال 1889 ، قیمت آن رو به کاهش گذاشت و سقوط کرد. تهیه مجدد این فلز از قطعات اسقاط (از طریق بازیافت) تبدیل به بخش مهمی از صنعت آلومینیوم شد. بازیافت آلومینیوم موضوع تازه ای نیست، بلکه از قرن نوزدهم یک روش رایج برای این کار وجود داشت. با اینهمه تا اواخر دهه 60 این یک کار کم منفعتی بود تا زمانیکه بازیافت قوطیهای آلومینیومی آشامیدنیها بالاخره بازیافـت این فلز را مورد توجه قرار داد. منابع بازیافت آلومینیوم عبارتند از: اتومبیلها ، پنجره ها ، درها ، لوازم منزل ، کانتینرها و سایر محصولات ... .
معرفی
آلومینیوم ، عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی دارای علامت Al و عدد اتمی 13 میباشد. آلومینیوم که عنصری نقرهای و انعطافپذیر است، عمدتأ به صورت سنگ معدن بوکسیت یافت میشود و از نظر مقاومتی که در برابر اکسیداسیون دارد، همچنین وزن و قدرت آن ، قابل توجه است. آلومینیوم در صنعت برای تولید میلیونها محصول مختلف بکار میرود و در جهان اقتصاد ، عنصر بسیار مهمی است.
اجزای سازههایی که از آلومینیوم ساخته میشوند، در صنعت هوانوردی و سایر مراحل حمل و نقل بسیار مهم هستند. همچنین در سازههایی که در آنها وزن پایداری و مقاومت لازم هستند، وجود این عنصر اهمیت زیادی دارد.
ویژگیهای قابل توجه
آلومینیوم ، فلزی نرم و سبک ، اما قوی است، با ظاهری نقرهای - خاکستری مات و لایه نازک اکسیداسیون که در اثر برخورد با هوا در سطح آن تشکیل میشود، از زنگ خوردگی بیشتر جلوگیری میکند. وزن آلومینیوم تقریبأ یک سوم فولاد یا مس است.ِ چکش خوار ، انعطاف پذیر و به راحتی خم میشود. همچنین بسیار بادَوام و مقاوم در برابر زنگ خوردگی است. بعلاوه ، این عنصر غیر مغناطیسی ، بدون جرقه ، دومین فلز چکش خوار و ششمین فلز انعطافپذیر است.
کاربردها
چه از نظر کیفیت و چه از نظر ارزش ، آلومینیوم کاربردیترین فلز بعد از آهن است و تقریبأ در تمامی بخشهای صنعت دارای اهمیت میباشد. آلومینیوم خالص ، نرم و ضعیف است، اما میتواند آلیاژهایی را با مقادیر کمی از مس ، منیزیوم ، منگنز ، سیلیکون و دیگر عناصر بوجود آورد که این آلیاژها ویژگیهای مفید گوناگونی دارند. این آلیاژها اجزای مهم هواپیماها و راکتها را میسازند.
وقتی آلومینیوم را در خلاء تبخیر کنند، پوششی تشکیل میدهد که هم نور مرئی و هم گرمای تابشی را منعکس میکند. این پوششها لایه نازک اکسید آلومینیوم محافظ را بوجود میآورند که همانند پوششهای نقره خاصیت خود را از دست نمیدهند. یکی دیگر از موارد استفاده از این فلز در لایه آینههای تلسکوپهای نجومی است.
برخی از کاربردهای فراوان آلومینیوم عبارتند از:
حمل و نقل ( اتومبیلها ، هواپیماها ، کامیونها ، کشتیها ، ناوگانهای دریایی ، راه آهن و ... )
بستهبندی ( قوطیها ، فویل و... )
ساختمان ( درب ، پنجره ، دیوار پوشها و ... )
کالاهای با دوام مصرف کننده ( وسایل برقی خانگی ، وسایل آشپزخانه ، ... )
خطوط انتقال الکتریکی ( بهعلت وزن سبک اگرچه هدایت الکترِکی آن تنها 60% هدایت الکتریکی مس میباشد )
ماشین آلات
اکسید آلومینیوم (آلومینا) بطور طبیعی و بصورت کوراندوم ، سنگ سمباده (emery) ، یاقوت (ruby) و یاقوت کبود (sapphire) یافت میشود که در صنعت شیشهسازی کاربرد دارد. یاقوت و یاقوت کبود مصنوعی در لیزر برای تولید نور همنوسان بکار میروند. آلومینیوم با انرژی زیادی اکسیده میشود و در نتیجه در سوخت موشکهای با سوخت و دمازاها مورد استفاده واقع میشود.
استخراج آلومینیوم
آلومینیوم یک فلز واکنشگر است و نمیتواند از سنگ معدن خود بوکسیت (Al2O ) بوسیله کاهش با کربن جدا شود. در عوض روش جداسازی این فلز از طریق الکترولیز است. (این فلز در محلول اکسیده شده ، سپس بصورت فلز خالص جدا میشود.) لذا جهت این کار ، سنگ معدن باید درون یک مایع قرار بگیرد. اما بوکسیت دارای نقطه ذوب بالایی است (2000 درجه سانتیگراد) که تامین این مقدار انرﮊی از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست.
برای سالهای زیادی بوکسیت را در فلورید سدیم و آلومینیوم مذاب قرار میدادند و نقطه ذوب آن تا 900درجه سانتیگراد کاهش مییافت. اما امروزه مخلوط مصنوعی ازآلومینیوم ، سدیم و فلوئورید کلسیم ، جایگزین فلورید سدیم و آلومینیوم شده است. این فرایند هنوز مستلزم انرژی بسیار زیاد است و کارخانجات آلومینیوم دارای ایستگاههای برق مخصوص خود در اطراف این کارخانهها هستند.
الکترودهایی که در الکترولیز بوکسیت بکار میروند، هر دو کربن هستند. وقتی سنگ معدن در حالت مذاب است، یونهای آن آزادانه حرکت میکنند. واکنش در کاتد منفی اینگونه است:
Al3+ + 3e ----> Al
در اینجا یون آلومینیوم در حالت کاهش است(الکترونها اضافه میشوند). سپس فلز آلومینیوم به سمت پایین فرو میرود و خارج میشود.
آند مثبت ، اکسیژن بوکسیت را اکسیده میکند که بعد از آن با الکترود کربنی واکنش کرده تا تولید دیاکسید کربن نماید.
این کاتد باید عوض شود، چون اغلب تبدیل به دیاکسید کربن میشود. بر خلاف هزینه الکترولیز ، آلومینیوم فلزی ، ارزان با کاربرد وسیع است. امروزه آلومینیوم را میتوان از خاکه معدنی (clay) استخراج کرد، اما این فرایند ، اقتصادی نیست.
ایزوتوپها
آلومینیوم ، دارای 9 ایزوتوپ است که عمدهترین آنها بین 23 تا 30 مرتب شدهاند. تنها Al-27 ( ایزوتوپ پایدار ) و AL-26 (ایزوتوپ رادیو اکتیو) بطور طبیعی وجود دارند. AL-26 از پراشیدن ذرات اتم آرگون در اتمسفر که در نتیجه پروتونهای اشعه کیهانی رخ میدهد، تولید میشود. ایزوتوپهای آلومینیوم ، کاربردهای عملی در تعیین قدمت رسوبات دریایی ، خاستگاه منگنز ، یخهای دوران یخبندان ، کوارتز در صخرهها و شهاب سنگها دارد.
AL-26 اولین بار در مطالعات ماه و شهابسنگها بکار رفت. اجزاء شهابسنگها بعد از جدا شدن از پیکره مادر در مدت سفر خود در فضا در معرض شدید بمباران اشعه کیهانی هستند که باعث تولید آلومینیوم 27 پایدار میشود. بعد از سقوط روی زمین ، حفاظ اتمسفر مانع از تولید AL-26 بیشتر از قطعات شهابسنگها میشود و واپاشی آن در تعیین عمر زمینی آنها موثر است. تحقیقات روی شهابسنگها ثابت کرده است که AL-26 در زمان شکلگیری سیاره ما نسبتا به مقدار فراوان وجود داشته است. احتمالا انرژی آزاد شده در نتیجه واپاشی AL-26 ، ذوب شدن مجدد و جدایی سیارکها بعد از شکل گیری آنها را 2-4 میلیارد سال پیش در پی داشته است.
هشدارها
آلومینیوم یکی از معدود عناصر فراوانی است که ظاهرا هیچ فعالیت موثری در سلولهای زنده ندارد. اما درصد کمی از مردم به آن حساسیت دارند. آنها تجربه کردهاند تماس هر نوع از آن موجب التهاب پوستی میشود. مصرف داروهای بند آورنده خون و مواد ضد عرق باعث ایجاد جوشهای خارش آور و سوء هاضمه میگردد. عدم جذب مواد غذایی مفید از غذاهای پخته شده در ظروف آلومینیومی همچنین تهوع و سایر علائم مسمومیت در نتیجه خوردن اینگونه محصولات مانند Maalox ، Amphojel ، Kaopectate .
در سایر افراد آلومینیوم مانند فلزات سنگین ، سمی نیست، اما در صورت مصرف زیاد علائمی از مسمومیت دیده شده است. اگرچه استفاده از ظروف غذای آلومینیومی به خاطر مقاومت در برابر زنگزدگی و خاصیت هدایت گرمایی بالای آنها بسیار رایج است، در کل ، هیچگونه علامتی در مورد ایجاد مسمومیت آنها دیده نشده است. مصرف زیاد داروهای ضد اسید و مواد ضد عرق که حاوی ترکیبات آلومینیومی هستند، احتمال مسمومیت بیشتری دارند. بعلاوه احتمال ارتباط آلومینیوم با بیماری آلزایمر مطرح شده است، گرچه اخیرا این فرضیه رد شده است.
املا
املاء رسمی این عنصر ، IUPAK) Aluminium) است، گرچه عموما آمریکاییها و کاناداییها آنرا بصورت Aluminum نوشته و تلفظ میکنند. "همفری دیوی" در سال1807 Aluminum را برای عنصر کشف شده در آن زمان ارائه کرد، اما بعدا تصمیم گرفت تا این نام را به Aluminium تغییر دهد که با وجود ium در نام بیشتر عناصر تطبیق کند. بعدها املا Aluminium در بریتانیا و آمریکا متداول شد، اما بعد بتدریج آمریکاییها برای اهداف غیرتخصصی این نام را به Aluminum برگرداندند. نام رسمی این عنصر در آمریکا و در رشته شیمی تا سال 1926 بصورت Aluminium بکار رفت. از این تاریخ به بعد انجمن شیمی آمریکا تصمیم به استفاده از املاء Aluminum در نشرِات خود گرفت.
گالیم
اطلاعات اولیه
گالیم عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی دارای نشان Ga و عدد اتمی 31 میباشد. گالیم فلز پست نرم ، کمیاب و نقرهای رنگ است که در حرارت پایین شکننده بوده ، اما در بالاتر از دمای اطاق به حالت مایع در میآید و واقعا در کف دست میجوشد. این عنصر در مقادیر بسیار کم در سنگ معدن بوکسیت و روی وجود دارد. آرسنید گالیم بعنوان نیمه هادی و بیشتر در دیودهای نور افشان (LED ها) مورد استفاده میباشد.
تاریخچه
گالیم را ( از واژه لاتین Gallia به معنی "فرانسه" و نیز gallus به معنی خروس ) Lecoq de Boisbaudran در سال 1875 با مشخصه طیفنمایی خود ( 2 خط بنفش ) و در آزمایش یک مخلوط روی از کوههای پیرنه کشف نمود. قبل از کشف بیشتر ویژگیهای این عنصر توسط "دیمتری مندلیف" بر مبنای جایگاهش در جدول تناوبی پیش بینی و توصیف شده بود؛ ( او این عنصر فرضی را eka-aluminum نامید).
بعدها Boisbaudran در سال 1875 با الکترولیز هیدروکسید در محلول KOH این عنصر آزاد را بدست آورد. او نام این عنصر را از نام سرزمین مادری اش فرانسه اقتباس کرد و در یکی از جناسهای چند زبانه مورد علاقه دانشمندان اوایل قرن نوزدهم ، نام این عنصر را از نــام Lecoq به معنی خروس گرفتند و کلمه لاتین برای خروس ، gallus است.
پیدایش
این فلز حقیقی اغلب بصورت اجزاء بسیار کم در بوکسیت ، زغال سنگ ، دیاسپور ، ژرمانیت و اسفالریت یافت میشود. غبار لوله حاصل از سوخت زغال سنگ دارای مقادیر به بزرگی 5/1 درصد گالیم میباشد.
خصوصیات قابل توجه
گالیم با درجه خلوص بالا رنگ نقرهای جذابی داشته و فلز جامد آن مانند شیشه میشکند. فلز گالیم در صورت سخت شدن 3,1 درصد انبساط مییابد، بنابراین نباید آنرا در ظروف شیشهای یا فلزی نگهداری کرد. همچنین گالیم ، بیشتر فلزات دیگر را با نفوذ در شبکه فلزی آنها فرسوده میکند. گالیم یکی از چهار فلزی ( سزیم ، جیوه و روبیدیم ) است که در دمای نزدیک به دمای معمولی اطاق به شکل مایع هستند و بنابراین میتوان از آنها در دماسنجهای دمای بالا استفاده نمود. از نکات قابل توجه این عنصر ، دارا بودن یکی از بزرگترین بازههای مایع (منظور فاصله بین دمای ذوب و دمای تبخیر میباشد) برای یک فلز و دارا بودن فشار بخار کم در دماهای زیاد است.
این فلز تمایل شدیدی به فوق سرد شدن زیر نقطه ذوب خود دارد، لذا برای سخت نمودن آن استفاده از ریزبلورها ( ذرات ریزی که برای منجمد کردن بکار میرود ) ضروری است. گالیم با درجه خلوص بالا توسط اسیدهای معدنی بهآهستگی مورد حمله قرار میگیرند. نقطه ذوب آن بسیار پایین است (T=30°C) و چگالی آن در حالت مایع بیشتر از حالت بلوری آن میباشد، ( همانند آب ، برای فلزات معمولا" تاثیرات معکوس دیده میشود).
گالیم بصورت هیچ یک از ساختارهای بلوری ساده متبلور نمیشود. حالت پایدار در شرایط عادی بهصورت قائمالزاویه با 8 اتم در سلول واحد معمولی میباشد. هر اتم تنها یک همسایه نزدیک ( در مسافت A 44,2 ) و شش همسایه دیگر در 39,0A دارد. بسیاری از حالات پایدار و فراپایدار ، تابع دما و فشار هستند.
عامل اتصال اتمهای نزدیکتر ، ویژگی کووالانسی است، بنابراین دوتائی های Ga2 اساسیترین بخش این ساختار بلوری میباشد. ترکیب آرسنید گالیم قادر است الکتریسیته را مستقیما" به نور همفاز تبدیل کند ( این ویژگی برای دیودهای نورفشان ضروری است ).
کاربردها
عمدهترین مورد استفاده گالیم در IC های آنالوگ است و دومین کاربرد نهائی عمده آن در دستگاههای الکترونیک نوری ( بیشتر دیودهای لیزری و دیودهای نور فشان ) میباشد.
گالیم چون باعث خیس شدن شیشه یا چینی میشود، در ساخت آئینههای بسیار شفاف بکار میرود.
بهطور وسیع برای استحکام نیمههادیها داشته و در ساخت ابزار جامد مثل ترانزیستور مورد استفاده قرار میگیرد.
گالیم بهراحتی با بیشتر فلزات آلیاژ تشکیل داده و بعنوان بخشی از آلیاژهای زود ذوب بکار میرود.
استفاده از گالیت منیزیم دارای ناخالصی (مانند Mn+2 )، در ساخت پودر فسفر فعال شده با اشعه ماورای بنفش آغاز گشته است.
ایندیم
اطلاعات اولیه
ایندیم ، عنصر شیمیایی است که با نشان In و عدد اتمی 49 در جدول تناوبی وجود دارد. این فلز حقیقی کمیاب که نرم و چکشخوار بوده و بهراحتی ذوب میشود، از نظر شیمیایی مانند آلومینیوم و گالیم است، اما از نظر ظاهری بیشتر شبیه روی میباشد (همچنین سنگ معدن روی منبع اولیه ایندیم است). در حال حاضر ، عمده کاربرد آن در ساخت لایههای نازکی است که از آنها بعنوان لایههای روغنکاری شده استفاده میشود. (در جنگ جهانی دوم بعنوان پوشش چرخ دنده هواپیماهایی که در ارتفاع بالا پرواز میکردند، کاربرد زیادی داشت).
تاریخچه
"Ferdinand Reich" و "Theodore Richter" در سال 1863 هنگامیکه برای یافتن تالیم با یک طیف نگار ، مشغول آزمایش سنگ معدن روی بودند، ایندیم را ( نام آن از خط نیلی در طیف اتمی اش اقتباس شد. Richter تا جداسازی این عنصر در سال 1867 به فعالیت ادامه داد.
پیدایش
ایندیم را بیشتر از تهمانده هایی که در طول پردازش سنگ معدن روی بجا مانده است، تولید میکنند. اما در سنگ معدن آهن ، سرب و مس نیز یافت میشود. بیشترین مقدار ایندیم مصرف شده مربوط به تولید جهانی LCD است. افزایش راندمان تولید و بازیافت آن ( بخصوص در ژاپن ) بین عرضه و تقاضا تعادل ایجاد کرده است. میانگین قیمت ایندیم در سال 2000 هر کیلوگرم 188 دلار آمریکا بود.
تاسال 1924 مقدار ایندیم جدا شده در زمین تنها حدود یک گرم بود. ایندیم موجود در زمین حدود ppm 1,0 برآورد شده که با این حساب فراوانی آن به مقدار نقره است. کانادا با تولید بیش از000 1000 اونس تروی در سال 1997 تولیدکننده عمده این عنصر به حساب میآید.
خصوصیات قابل توجه
ایندیم ، فلز حقیقی سفید رنگ و بسیار نرمی است که دارای سطح درخشانی میباشد. این فلز اگر خالص باشد، هنگام خم شدن تولید صدایی ممتد و زیر میکند. گالیم و ایندیم هر دو توانایی خیس کرده شیشه را دارند.
کاربردها
اولین و عمدهترین کاربرد ایندیم در پوشش چرخ دندههای موتور هواپیماهای بلند پرواز در طول جنگ جهانی دوم بود. بعدا" که کاربردهای بیشتری برای آن در آلیاژها، لحیمها و علم الکترونیک یافت شد، تولید آن بهتدریج افزایش یافت. در اواسط و اواخر دهه 90 تولید نیمه هادیهای فسفید ایندیم و لایههای نازک اکسید ایندیم – قلع برای liquid crystal displays یعنی همان LCD بیشتر مورد توجه قرار گرفت. تا پایان سال 1992 این لایههای نازک عمده ترین کاربرد این عنصر بود.
در ساخت آلیاژهای با نقطه ذوب پایین کاربرد دارد. آلیاژی که حاوی 24% ایندیم و 76% گالیم میباشد، در دمای اطاق به حالت مایع است.
برای ساخت نور رسانها ، ژرمانیم ،(ترانزیستور ، یکسو کنندهها و دما یابها بکار میرود.
از آن میتوان روکش فلزات استفاده کرد و با بخار آن روی شیشه تولید آئینههایی نمود که به همان خوبی آئینههای ساخته شده با نقره است، اما در مقابل فرسایش مقاومت بیشتری دارد.
اکسید آن برای ساخت صفحات کلید (Panels) برق درخشی (electroluminescent) مورد استفاده میباشد.
هشدارها
مدارک تایید نشده ای مبنی بر میزان پایین سمی بودن ایندیم وجود دارد. اما در صنایع جوشکاری و نیمههادیها که در آنها مقدار مواجهه با این عنصر زیاد است، هیچ گزارشی درباره اثرات جانبی مسمومیت در دست نیست.
تالیم
اطلاعات اولیه
تالیم ، یک عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی دارای نشان Tl و عدد اتمی 81 میباشد. این فلز ضعیف نرم و چکشخوار و خاکستری رنگ شبیه قلع است، ولی در معرض هوا رنگ خود را از دست میدهد. تالیم بهشدت سمی است و در سم موش و حشرات بکار میرود، اما این کاربرد آن بهعلت احتمال سرطانزایی در بسیاری از کشورها متوقف شده است. همچنین از این عنصر در یابندههای اشعه مادون قرمز بکار میرود.
تاریخچه
تالیم ( واژه یونانی thallos به معنی جوانه یا شاخه کوچک سبز ) در سال 1861 در انگلستان توسط "Sir William Crookes" هنگامیکه مشغول بررسیهای طیفنمایی برای تالیم موجود در باقیماندههای اسید سولفوریک گیاه بود، کشف نمود. نام آن از خطوط طیفی درخشان سبز تالیم گرفته شده است. "Crookes" و "Claude-Auguste Lamy" سال 1862 مستقلا" این فلز را جدا کردند.
پیدایش
اگرچه این عنصر به مقدار فراوان در پوسته زمین و به میزان تقریبا" ppm7,0% وجود دارد، تالیم بیشتر بصورت ترکیب با مواد معدنی پتاسیم در خاک معدنی ،خاکها و گرانیت دیده میشود و بنابراین عموما" بطور تجاری از این موارد بازیافت نمیشود. منبع اصلی تالیم تجاری مقادیر کم آن در کانیهای مس ، سرب ، روی و سایر کانیهای سولفید است.
تالیم در مواد معدنیcrooksite ، hutchinsonite و lorandite یافت میشود. این فلز در پیریتها هم وجود دارد و بعنوان یک محصول جانبی تولید اسید سولفوریک هنگام تسویه کانی پیریت جدا میگردد. روش دیگر تهیه این فلز از ذوب کانیهای غنی سرب و روی میباشد.
ریز گرههای کوچک منگنز نیز که در کف اقیانوسها وجود دارند، حاوی تالیم هستند، اما استخراج این ریز گرهها بسیار گران و از نظر زیست محیطی مخرب است. علاوه بر اینها مواد معدنی بسیار زیاد دیگری برای تالیم که حاوی 16% تا 60% تالیم هستند، مثل ترکیبات سلنید یا سولفید با آنتیمونی ، آرسنیک ، مس ، سرب و نقره وجود دارند. ولی کمیاب بوده ، بعنوان منابع این عنصر اهمیت تجاری ندارند.
خصوصیات قابل توجه
این عنصر بسیار نرم و چکشخوار بوده ، با چاقو بریده میشود. تالیم در اولین مواجهه با هوا دارای درخشش فلزی است، اما بهسرعت با تهرنگ خاکستری مایل به آبی همانندسرب کدر میشود ( آنرا با نگهداری زیر آب حفظ میکنند ). اگر در هوا باقی بماند، لایه ای از اکسید روی تالیم ایجاد شده ، در حضور آب ، هیدرید تالیم تولید میگردد.
کاربردها
در گذشته از سولفات تالیم بیبو و بیطعم ، بعنوان کشنده موش و مورچه استفاده میشد. در ایالات متحده و بسیاری کشورهای دیگر به دلایل سلامتی ، این کاربرد مجاز نیست.
رسانای الکتریکی سولفید تالیم در معرض نور مادون قرمز تغییر میکنند، بنابراین از این ترکیب در سلولهای نوری بهره میبرند.
بلورهای یدید-برمید تالیم ، بعنوان مواد نورشناختی اشعه مادون قرمز بکار میروند.
از اکسید تالیم در ساختشیشه هایی که دارای ضریب شکست بالا هستند، استفاده میشود.
در مواد نیمه هادی برای یکسو کنندههای سلنیم کاربرد دارند.
در وسایل ردیابی اشعه گاما کاربرد دارد.
در مایعات با چگالی بالا برای جداسازی به روش شناور - ته نشینی مواد معدنی بکار میروند.
برای درمان کچلی موضعی و سایر بیماریهای پوستی مورد استفاده قرار میگیرد. اما این کاربرد ، بهعلت اختلاف کوچکی که بین سمیت و منافع درمانی آن وجود دارد، محدود گشته است.
تالیم رادیواکتیو 201 برای اهداف تشخیصی در پزشکی هستهای کاربرد دارد، بخصوص در تستهای تنشی که برای رده بندی خطر در بیماران مبتلا به ناراحتی شریانهای قلبی بکار میرود (CAD).
تالیم در ترکیب با گوگرد ، سلنیم و آرسنیک در ساخت شیشههای دارای چگالی زیاد که نقطه ذوب پایین بین 125 تا 150 درجه سانتیگراد دارند، مورد استفادهاند. این شیشهها ویژگیهای دمای اطاق را دارند که مشابه شیشههای معمولی است و بادوام و نامحلول در آب هستند و ضریبهای شکست منحصر به فردی دارند.
علاوه بر اینها تحقیقاتی بر روی تالیم در حال انجام است تا مواد ابررسانا در دماهای بسیار زیاد برای کاربردهایی چون MRI ، ذخیره انرژی مغناطیسی ، رانشگران مغناطیسی ، تولید نیروی برقی و دستگاه انتقال نیرو ساخته شود.
ایزوتوپها
تالیم دارای 25 ایزوتوپ است که دارای جرم اتمی بین 184 تا 210 هستند. Ti-203 و Tl-205 تنها ایزوتوپهای پایدار هستند و Tl-204 پایدار ترین ایزوتوپ رادیواکتیو با نیمه عمر 3,78 سال به حساب میآید.
هشدارها
تالیم و ترکیبات آن بهشدت سمی هستند و باید با کمال احتیاط با آنها رفتار شود. مسمومیت زایی این عنصر موجب استفاده از آن بهعنوان سم موش شده است ( و هنوز در بسیاری از کشورها از آن استفاده میشود ). از میان اثرات مختلف مسمومیتزایی تالیم میتوان به ریزش مو و صدمه به اعصاب سطح بدن اشاره کرد. تماس آن با پوست بدن خطرناک و هنگام ذوب این فلز باید تهویه مناسب انجام شود. تماس با ترکیبات قابل حل تالیم نباید از 0,1 میلی گرم در هر متر مکعب پوست بدن در میانگین دوره 8 ساعته (40 ساعت کار هفتگی ) فراتر رود. احتمال سرطانزایی تالیم در انسان وجود دارد.
ریزش مو نتیجه استفاده از تالیم در درمان کچلی موضعی است، اما این کاربرد مدت زیادی است که متوقف شده است. داستانی مبنی بر تلاش CIA بهمنظور بیآبرویی "Fidel Castro" با استفاده از مسموم کردن او بوسیله تالیم که منجر به ریزش ریش او میشد، وجود دارد. اما تشخیص او مانع از به ثمر رسیدن تلاش آنها شد.
br>"آگاتا کریستی" نویسنده داستانهای پلیسی که بهعنوان یک داروساز کار کرده بود، از تالیم بهعنوان عامل قتل در داستان خود به نام The pale horse استفاده نموده است (اولین سرنخ روش قتل از ریزش موی قربانیان به دست آمد)
فیلم The Young Poisoner's Handbook در سال 1996 بر اساس فعالیتهای "Graham Frederick Young" بود که در دهههای 60 و 70 حداقل 3 نفر را با تالیم کشته بود.
+ نوشته شده در شنبه هشتم خرداد 1389ساعت 10:55 توسط عرفان
|
