-
سلنیم
سلنیوم یک عنصر شیمیایی جدول تناوبی است که نماد آن Se و عدد اتمی آن 34 میباشد. این عنصر یک نافلز سمی بوده که از نظر شیمیایی به گوگرد و تلوریوم شباهت دارد. این عنصر در شکل های گوناگون وجود دارد ولی بیشتر به شکل شبه فلز مانند که هادی جریان الکتریسیته میباشد بوده ودر سلولهای نوری کاربرد دارد. این عنصر در معادن سولفید مانند پیریت یافت میشود.
خصوصیات قابل توجه
سلنیوم به حالتهای گوناگونی یافت میشود. سلنیوم به صورت پودر به رنگ قرمز بوده و در حالت آزمایشگاهی سیاه میباشد. کریستال شش گوش سلنیم به رنگ خاکستری فلزی میباشد و این در حالی است که کریستال منو کلینیک به رنگ قرمز تیره است.
این عنصر همچنیناثر فتو ولتیک از خود نشان داده است که نور را به الکتریسیته تبدیل کرده و تاثیر رسانای نوری دارد که در این حالت خاصیت رسانایی سلنیوم که در مجاورت نور قرار گرفته است بیشتر میشود. سلنیوم در دماهای پایین تر از نقطه جوش یک نیمه رسانا از نوع P میباشد.
کاربردها
سلینویم یک ماده مغزی کوچک برای تمامی گونه های حیات بوده و مکمل یک اسید آمینو غیر معمول به نام Selenocyteine میباشد. سلنیوم به دلیل داشتن خاصیت رسانای نوری و فتو ولتیک به صورت وسیعی در الکترونیک به عنوان سلولهای تصویری و سلولهای خورشیدی بکار گرفته میشود.
سلنیوم برای پاک کردن رنگ از شیشه بکار گرفته شده و رنگ سبز رنگ که حاوی ناخالصیهای آهن دار است را به راحتی از بین میبرد. این عنصر همچنین در قرمز کردن شیشه و مینا کاری نیز کاربرد دارد. سلنیوم به صورت ماده ضد خش در لاستیکهای ولکانیزه نیز استفاده میشود. این عنصر در فتوکپی نیز کاربرد دارد.
کاربرد دیگر سلنیوم رنگ دادن به عکسها و تصاویر میباشد و به صورت گسترده توسط کمپانی های عکاسی مانند Kodak و Fotospeed فروخته میشود. کاربرد هنری آن در شدت دادن به طیف رنگها در تصاویر سیاه و سفید بوده و همچنین در افزایش طول عمر عکس نیز تاثیر دارد.
تاریخچه
سلنیوم که لاتین آن Selene به معنی ماه میباشد در سال 1817 توسط Jons Jacob Berzelius که ارتباط این عنصر با تلوریوم را دریافت کشف شد.
کاربردهای گسترده این عنصر از قبیل استفاده آن در ترکیبات لاستیکی آلیاز فولاد و یکسوکننده های سلنیومی باعث رشد چشمگیری در مصرف این عنصر شد. در سال 1970 سلنیوم جایگزین سیلیکن در یکسو کننده های برق شد اما کاربرد گسترده آن به عنوان رسانای نور در کاغذ کپی مهمترین استفاده آن بود.در طی دهه 1980 با تولیدرساناهی نور آلی استفاده از سلنیوم به عنوانرسانای نور منسوخ شد. در سال 1996 رابطه مثبتی در خصوص مصرف سلنیوم و خاصیت ضد سرطان آن کشف شد اما کاربرد گسترده و مستقیم این کشف بزرگ نمیتوانست به صورت قابل توجهی تقاضای آن را در دوز های مصرفی کوچک بکند. در اواخر دهه 1990 کاربرد سلنیوم (معمولا با بیسموت) به عنوان یک ماده اضافه کننده در لوله کشی برنجی برای داشتن یک محیط بدون سرب افزایش یافت.
پیدایش
سلنیوم به صورت سلنید از کانیهای سولفیدی مانند مس نقره و سرب بدست می آید. این عنصر از گل و لای آنودی مس و گل و لای سربی حاصل از گیاهان اسید سولفوریک به صورت یک محصول جانبی بدست میاید.
ایزوتوپها
سلنیوم 38 ایزوتوپ دارد که 5 ایزوتوپ از آنها پایدار میباشند.
هشدارها
اگرچه سلنیوم خالص سمی نمیباشد ولی ترکیبات آن بسیار سمی بوده و خواصی همانند آرسنیک دارند. سلنید هیدروژن و دیگر ترکیبات آن بسیار سمی میباشند. گیاهانی که در خاکهای حاوی سلنید رشد میکنند مانند Locoweed تاثیرات بسیار جدی بر تغذیه جانوران و حیوانات دارد.
سلنیوم و سلامت
سلنیوم یک عنصر ردیابی در انسان میباشد. که در حذف رادیکال آزاد و دیگر آنزمهای آنتی اکسیدان استفاده میشود. و در عملکرد غده تروئید نقش مهمی ایفا میکند. رژیم سلنیوم حاوی غلات گوشت ماهی و تخم مرغ میباشد.
کمبود سلنیوم در افراد سالم بسیار کم رخ میدهد و بیشتر در بیمارانی که از عمکلردهای نادرست روده ای رنج میبرند مشاهده میشود. رژیم غذایی پیشنهادی برای بزرگسالان عبارت است از 55 میکروگرم سلنیوم در هر روز. مصرف روزانه بیش از 400 میکروگرم موجب مسمومیت میشود.
-
تلوریم
تلوریم ، ((عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی با نشان Te و عدد اتمی 52 قرار دارد. تلوریم که شبه فلزی شکننده و سفیـــد نقره‌ای شبیه قلع میباشد، از نظر شیمیایی همانند سلنیم و گوگرد است. از این عنصر بیشتر در آلیاژها و بعنوان یک نیمه هادی استفاده میشود.
تاریخچـــــه
تلوریم (در زبان لاتین tellus به معنی زمین) در سال 1782 بوسیله "Franz Joseph Muller von Reichstein" در رومانی کشف شد. سال 1798، "Martin Heinrich Klaproth" کسی که قبلا" آنرا جدا کرده بود، این عنصر را نامگذاری کرد. دهه 70، دوران رونق کاربردهای ترموالکتریک تلوریم و نیز کاربرد آن در فولاد غیر ماشینی بود که کاربرد عمده آن دوران محسوب می‌شد.
پیدایــــــــش
تلوریم گاهی اوقات به شکل خالص یافت میشود، اما اغلب بصورت تلورید طلا (کالاوریت) و در ترکیب با سایر فلزات دیده میشود. منبع اصلی تلوریم رسوبات آند است که در خلال تصفیه الکترولیزی مس جوشدار بوجود می‌آید.
تلوریم به میزان تجاری و غیر سمی معمولا" به صورت پودر mesh-200 عرضه میشود، ولی بصورت تخته‌ای ، شمش ، لوله‌ای یا گرد نیز موجود است. قیمت هر پوند تلوریم در سال 2000 معادل 14 دلار آمریکا بود.
خصوصیات قابل توجه
تلوریم ، عنصر نسبتا" کمیابی است و از نظر شیمیایی جزو خانواده اکسیژن ، گوگرد ، سلنیم و پلونیوم ( chalcogens ) محسوب میشود. تلوریم در حالت بلوری به رنگ سفید نقره‌ای و در حالت خالص خود دارای درخشش فلزی است. تلوریم شبه فلزی شکننده است که براحتی له میشود. تلوریم غیر متبلور را بوسیله جداسازی آن از محلول دارای تلوریم یا اسید تلوریک بدست می‌آورند. بهر حال در این باره که آیا این شکل تلوریم واقعا" غیر بلورین است یا از بلورهای بسیار کوچک تشکیل شده است، اختلافاتی وجود دارد. تلوریم نیمه هادی ، p-type است که در شرایط خاص و بر اساس پیوند اتمی ، رسانایی بیشتری را نشان داده است.
چون از نظر شیمیایی مانند سلنیم و گوگرد است، رسانایی این عنصر در صورت مواجهه با نور تاحدی افزایش می‌یابد. تلوریم را میتوان به مس ، طلا ، نقره ، قلع و فلزات دیگر اضافه کرد. در صورت سوختن در هوای عادی شعله‌هایی به رنگ آبی مایل به سبز ایِجاد میکند که نتیجه آن تولید اکسید تلوریم است. این عنصر در حالت مذاب موجب فرسایش مس ، آهن و فولاد ضد زنگ می‌گردد.
کاربردهــــــا
از این عنصر بیشتر برای ساخت آلیاژ با فلزات دیگر استفاده میشود. آن را به سرب اضافه میکنند تا استحکام و دوام آنرا افزایش داده ، تاثیر فرسایشی اسید سولفوریک را بر آن کاهش دهند. افزودن تلوریم به فولاد ضد زنگ و مس باعث افزایش کارآمدی آنها می‌گردد.
برای کنترل سرما بصورت چدن آلیاژ میشود.
در سرامیکها کاربرد دارد.
تلوریم بیسموت در وسایل ترموالکتریک بکار می‌رود.
تلوریم همچنین در کلاهکهای انفجاری مورد استفاده بوده ، دارای کاربردهای بالقوه در پهنه‌های آفتابگیر تلوریم کادمــــــــیم میباشد. بخشی از راندمان بالای تولید برق سلولهای خورشیدی مربوط به استفاده از این ماده میباشد، اما در عمل هنوز از این کاربرد استقبال نشده است.
ترکیبات
تلوریم در گروه گوگرد و سلنیم قرار دارد و ترکیباتی مشابه آنها می‌سازد. ترکیب با فلز یا هیدروژن و یونهای مشابه یک تلورید نامیده میشود. تلوریدهای طلا و نقره کانه‌های خوبی به حساب می‌آیند.
ایزوتوپهــــــــا
برای تلوریم 30 ایزوتوپ با جرمهای اتمی بین 108 تا 137 شناسایی شده است. تلوریم طبیعی دارای 8 ایزوتوپ است.
هشدارهــــــــا
افرادی که در معرض 0.01 میلیگرم یا کمتر تلوریم در هر متر مکعب هوا قرار می‌گیرند، با بویی شبیه بوی سیر مواجه می‌شوند. تلوریم و ترکیبات آن را باید سمی انگاشت و با کمال احتیاط با آنها رفتار کرد.
-
پلونیوم
پلونیوم یکی از عناصر شیمیایی جدول تناوبی است که نماد آن Po بوده و عدد اتمی آن 84 میباشد. پلونیوم به عنوان یک شبه فلز رادیو اکتیو نادر از نظر شیمیایی شبیه به Tellurium و Bismuth میباشد و از سنگ معدن اورانیوم به دست می آید. پولونیوم برای استفاده گرمایی در سفینه های فضایی مطالعه میشود.
خصوصیات قابل توجه
این ماده رادیو اکتیوی به صورت خیلی سریع در اسیدهای رقیق حل شده و این در حالی است که به مقدار بسیار کمی در Alkalis که از نظر شیمیایی بسیار شبیه به Bismuth و Tellurium میباشند قابل حل میشود.
پلونیوم 210 یک فلز سبک میباشد که 50% آن در هوا و بعد از 45 ساعت قرار گرفتن در دمای 328K بخار میشود. این ایزوتوپ یک ساتع کننده آفا بوده که نیمه عمر آن 138.39 روز میباشد. تنها یک میلیگرم از این فلز سبک ذرات آلفا به میزان 5 گرم رادیوم را از خود ساتع میکند.
در دوره تجزیه آن انرژی بسیار زیاده ساتع شده که نیم گرم آن به سرعت به دمای بالای 750k میرسد. چند Curie پلونیوم یک نور آبی رنگ ساتع میکند که باعث آشفتگی و برانگیختگی هوای مجاور میشود.
کاربردها
پولونیوم هنگامی که با برلیوم آلیاژ تشکیل دهد میتوان یک منبع نوترون باشد. موارد کاربردی دیگر عبارتند از:
این عنصر در ساخت وسایلی که بار الکتریکی استاتیک را در کاخانجات نساجی و دیگر نقاط از بین میبرند استفاده میشود با این وجود از منابع بتا که خطرات کمتری دارند بیشتر استفاده میشود.
پلونیوم در ساخت شانه هایی که گرد و غبار انباشته شده بر روی فلیمهای عکاسی را پاک میکنند نیز استفاده میشود. مقدار پولونیوم بکار رفته در این شانه ها کنترل شده و در نتیجه خطرات رادیو اکتیوی بسیار کمی دارند.
از آنجا که میتوان با ظرفهای معمولی تقریبا تابش تمام پرتوی آلفا را متوقف کرد و با حرارت دادن سطح آن انرژی آزاد کرد پلونیوم نیز به عنوان یک منبع گرمایی نیروهای سلولهای ترمو متریک در ماهواره های مصنوعی پیشنهاد میشود.
تاریخچه
پلونیوم که آن را Radium F نیز مینامند در سال 1898 توسط Marie Curie و Pierre Curie کشف شد و بعدها از روی نام Poland «لهستان) سرزمین مادری ماری کوری نامگذاری شد.
این عنصر توسط کوری ها هنگامی آنها برای یافتن دلیل خاصیت رادیو اکتیویته pitchblende تحقیق میکردند کشف شد. پیچپلنت بعد از جداسازی اورانیوم و رادیوم رادیو اکتیوتر بود .این انها را ترغیب کرد که عنصر را بیابند .الکتروسکوپ آن را هنگام جدا شدن از Bismuth نشان میداد.
پیدایش
پلونیوم که یک عنصر بسیار کمیاب در طبیعت است در معادن اورانیوم با میزان 100 میکروگرم در هر تن یافت میشود. فراوانی طبیعی آن تقریبا 0.2% رادیوم میباشد.
در سال 1934 یک تجربه نشان داد که هنگامی که Bismuth Bi209 توسط نوترونها بمباران میشود Bi-210 که در واقع مادر پلونیوم است به وجود میاید. امروزه پلونیوم در مقادیر میلیگرمی در فرایند ذوب نوترونی در رآکتورهای هسته ای به وجود می آید.
ایزوتوپها
پلونیوم از تمامی عناصر دیگر بیشتر ایزوتوپ دارد که تمام آنها رادیو اکتیو میباشند. 25 ایزتوپ پلونیوم با جرم اتمی از 194 تا 218 شناخته شده است. Po210 در دسترس ترین نوع آن میباشد و po209 با نیمه عمر 103 سال و Po208 با نیمه عمر 2.9 سال توسط بمباران Deteron سرب یا Bismuth در یک Cyclotron به وجود میاید. با این وجود ساخت این ایزوتپها بسیار گران میباشد .
خصوصیات قابل توجه
این ماده رادیو اکتیوی به صورت خیلی سریع در اسیدهای رقیق حل شده و این در حالی است که به مقدار بسیار کمی در Alkalis که از نظر شیمیایی بسیار شبیه به Bismuth و Tellurium میباشند قابل حل میشود.
پلونیوم 210 یک فلز سبک میباشد که 50% آن در هوا و بعد از 45 ساعت قرار گرفتن در دمای 328K بخار میشود. این ایزوتوپ یک ساتع کننده آفا بوده که نیمه عمر آن 138.39 روز میباشد. تنها یک میلیگرم از این فلز سبک ذرات آلفا به میزان 5 گرم رادیوم را از خود ساتع میکند.
در دوره تجزیه آن انرژی بسیار زیاده ساتع شده که نیم گرم آن به سرعت به دمای بالای 750k میرسد. چند Curie پلونیوم یک نور آبی رنگ ساتع میکند که باعث آشفتگی و برانگیختگی هوای مجاور میشود.
کاربردها
پولونیوم هنگامی که با برلیوم آلیاژ تشکیل دهد میتوان یک منبع نوترون باشد. موارد کاربردی دیگر عبارتند از:
این عنصر در ساخت وسایلی که بار الکتریکی استاتیک را در کاخانجات نساجی و دیگر نقاط از بین میبرند استفاده میشود با این وجود از منابع بتا که خطرات کمتری دارند بیشتر استفاده میشود.
پلونیوم در ساخت شانه هایی که گرد و غبار انباشته شده بر روی فلیمهای عکاسی را پاک میکنند نیز استفاده میشود. مقدار پولونیوم بکار رفته در این شانه ها کنترل شده و در نتیجه خطرات رادیو اکتیوی بسیار کمی دارند.
از آنجا که میتوان با ظرفهای معمولی تقریبا تابش تمام پرتوی آلفا را متوقف کرد و با حرارت دادن سطح آن انرژی آزاد کرد پلونیوم نیز به عنوان یک منبع گرمایی نیروهای سلولهای ترمو متریک در ماهواره های مصنوعی پیشنهاد میشود.
تاریخچه
پلونیوم که آن را Radium F نیز مینامند در سال 1898 توسط Marie Curie و Pierre Curie کشف شد و بعدها از روی نام Poland «لهستان) سرزمین مادری ماری کوری نامگذاری شد.
این عنصر توسط کوری ها هنگامی آنها برای یافتن دلیل خاصیت رادیو اکتیویته pitchblende تحقیق میکردند کشف شد. پیچپلنت بعد از جداسازی اورانیوم و رادیوم رادیو اکتیوتر بود .این انها را ترغیب کرد که عنصر را بیابند .الکتروسکوپ آن را هنگام جدا شدن از Bismuth نشان میداد.
پیدایش
پلونیوم که یک عنصر بسیار کمیاب در طبیعت است در معادن اورانیوم با میزان 100 میکروگرم در هر تن یافت میشود. فراوانی طبیعی آن تقریبا 0.2% رادیوم میباشد.
در سال 1934 یک تجربه نشان داد که هنگامی که Bismuth Bi209 توسط نوترونها بمباران میشود Bi-210 که در واقع مادر پلونیوم است به وجود میاید. امروزه پلونیوم در مقادیر میلیگرمی در فرایند ذوب نوترونی در رآکتورهای هسته ای به وجود می آید.
ایزوتوپها
پلونیوم از تمامی عناصر دیگر بیشتر ایزوتوپ دارد که تمام آنها رادیو اکتیو میباشند. 25 ایزتوپ پلونیوم با جرم اتمی از 194 تا 218 شناخته شده است. Po210 در دسترس ترین نوع آن میباشد و po209 با نیمه عمر 103 سال و Po208 با نیمه عمر 2.9 سال توسط بمباران Deteron سرب یا Bismuth در یک Cyclotron به وجود میاید. با این وجود ساخت این ایزوتپها بسیار گران میباشد .
هشدارها
پلونیوم یک عنصر بسیار رادیو اکتیو و سمی بوده و کار کردن با آن بسیار خطرناک است. حتی مقادیر میلیگرمی یا میکروگرمی آن در پلونیوم 210 بسیار خطرناک بوده و کار کردن با آنها نیاز به تجهیزات خاصی دارد. همچنین آسیبهای جدی از جذب انرژی توسط بافتهای سلولی از طریق ذرات آفا به وجود می آید.
مقدار مجاز پلونیوم برای بدن تنها 0.03 میکروکوری که معادل وزن 6.8 x 10-12 گرم بوده، میباشد. پولونیوم تقریبا
منبع
http://periodic.lanl.gov/elements/84.html Los Alamos National Laboratory - Polonium
-
فلوئور
"Georigius Agricola" در سال 1529 ، فلورین را (از واژه لاتین fluere به معنی جریان یا تغییر مداوم) به شکل فلورسپار و به خاطر کاربرد آن بعنوان یک گداز آور ( ماده ای که برای بهبود جوشکاری فلزات یا کانی‌ها)) بکار می‌رود ) شناسایی کرد. "Schwandhard" در سال 1670 متوجه شد سطح شیشه در صورتیکه در معرض فلورسپار همراه با اسید قرار گیرد، نقشهایی بر روی آن حک می‌گردد. "Karl Scheele" و بسیاری از محققان ، بعد از او از جمله Humphry Davy ، Gay-Lussac Antoine Lavoisier و Louis Thenard همگی با اسید هیدروفلوریک به آزمایش پرداختند. ( بعضی از آزمایشات به یک فاجعه ختم شد).
این عنصر سالهای زیادی بعد از آن بدست نیامد، چون هنگامیکه آنرا از یکی از ترکیباتش جدا میکردند ، فورا" به مواد باقی مانده آن ترکیب حمله می‌کرد. سرانجام بعد از تقریبا" 74 سال تلاش مداوم ، "Henri Moissan" در سال 1886 موفق به تهیه فلوئور شد.
اولین تولید تجاری فلوئور ، در پروژه بمب اتمی ، پروژه Manhattan ، در جنگ جهانی دوم بود که ازترکیب هگزا فلورئورید اورانیم (UF6) برای جداسازی ایزوتوپهای اورانیوم استفاده شد. این فرآیند ، هنوز هم در تجهیزات نیروی هسته‌ای کاربرد دارد.
اطلاعات کلی
فلوئور ، عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی با نشان F و عدد اتمی 9 یافت میشود. این عنصر ، گازی یک‌ظرفیتی ، هالوژن ، به رنگ زرد کمرنگ و سمی میباشد و از تمامی عناصر ، الکترونگاتیوتر و واکنش‌پذیرتر است. نوع خالص آن ، بسیار خطرناک و درصورت تماس با پوست ، سوختگی‌های شیمیائی شدید ایجاد میکند.
خصوصیات قابل توجه
فلوئور خالص ، گاز زرد رنگ و فرسایشگری است که عامل اکسید کننده ای قوی میباشد. این گاز از تمامی عناصر ، الکترونگاتیوتر و واکنش‌پذیرتر است و با بیشتر عناصر دیگر از جمله گازهای بی‌اثر ، زنون و رادون تولید ترکیب ایجاد میکند. فلوئور ، حتی در تاریکی و شرایط سرد با هیدروژن بصورت انفجاری واکنش میدهد. در فوران گاز فلوئور ، شیشه ، فلزات ، آب و مواد دیگر بصورت شعله‌های درخشان می‌سوزند. این گاز ، همیشه بصورت ترکیب وجود داشته ، چنین تمایلی را با سایر عناصر مخصوصا" سیلیکون دارد که نه میتوان آنرا در ظروف شیشه‌ای تهیه و نه در آنها نگهداری کرد.
فلوئور در محلولهای آبی عموما" به شکل یون فلورید -F دیده میشود. حالتهای دیگر آن ، کمپلکسهای فلوئور ، مانند -FeF4 یا +H2F هستند. فلورایدها ، ترکیباتی هستند که در آنها فلوئورید با بعضی از بقایای مثبت بار شده ، ترکــیب میشود و اغلب آنها یون‌دار میباشند.
کاربردها
فلوئور در تولید پلاستیکهای کم‌اصطکاک از قبیل تفلون و نیز در هالونها مانند فریون کاربرد دارد. سایر کاربردهای آن ، عبارتند از:
اسید هیدرو فلوئوریک ( فرمول شیمیایی HF ) برای حکاکی روی شیشه در لامپ و محصولات دیگر بکار می‌رود.
از فلوئور تک اتمی در تولید نیمه هادی به‌منظور Plasma ashing استفاده می‌گردد.
فلوئور به همراه ترکیباتش در تولید اورانیوم ( از هگزا فلوراید) و بیش از صد نوع ماده شیمیایی فلورین‌دار تجاری از جمله تعداد زیادی از پلاستیکهای مقاوم در برابر حرارتهای زیاد ، کاربرد دارد.
فلوئورو کلرو هیدروکربنها Fluoro chloro hydrocarbons ، در تهویه هوا و در سرد سازی کاربرد وسیعی دارند. استفاده از فلوئورو کلرو کربنها Chloro fluoro carbons در این موارد ممنوع شده است، چون آنها مشکوک به بزرگ کردن سوراخ اوزون میباشند. هگزا فلوراید گوگرد Sulfur hexafluoride ، گازی بسیار راکد و غیر سمی است. این گروه از ترکیبات گازهای گلخانه ای قوی هستند.
آلومینیات هگزافلورید پتاسیم ، که – اصطلاحا" Cryolite یا یخ‌سنگ نامیده میشود، در الکترولیز آلومینیوم مورد استفاده قرار می‌گیرد.
از فلوئورید سدیم بعنوان یک حشره کش بخصوص علیه سوسکها استفاده میشود.
بعضی دیگر از فلوئوریدها برای جلوگیری از پوسیدگی دندان به خمیر دندان و به منابع آب شهری افزوده می‌شوند.
بعضی از محققین ، امکان استفاده از گاز فلورین خالص را بعنوان سوخت موشک بررسی کرده‌اند، چون این گاز ، دارای ضربه مخصوص بالائی میباشد.
ترکیبات
فلوئور اغلب می‌تواند در ترکیبات آلی جایگزین هیدروژن شود. با این مکانیسم ، فلوئور می‌تواند ترکیبات بسیار زیادی داشته باشد. ترکیبات فلورین که شامل گازهای نادر هستند با فلوئوریدهای کریپتون ، رادون و زنون تایید شده‌اند. این عنصر از fluotite ، cryolite و fluorapatite بازیافت میشود.
هشدارها
در کار با فلوئور و HF باید با دقت زیادی رفتار شود و از هرگونه تماس آنها با پوست و چشم جدا" اجتناب گردد.
یونهای فلوراید و فلوئور خالص هردو بسیار سمی هستند. فلورین وقتی عنصر آزاد است، دارای بوی تندی است که با غلظتی به کمی ppb 20 قابل شناشائی میباشد. حداکثر غلظت مجاز برای تماس 8 ساعته روزانه با آن PPM 1 پیشنهاد میشود ( کمتر از مثلا" اسید پروسیک). با اینهمه ، روشهای ایمن جابجائی این عنصر ، امکان حمل و نقل فلورین مایع را بصورت مقادیر تنی امکان‌پذیر میکند.
نام, علامت اختصاری, شماره Fluorine, F, 9
گروه شیمیایی هالوژنها
گروه, تناوب, بلوک 17 «VIIA), 2 , p
جرم حجمی , سختی 1.696 kg/m3 (273 K), NA
رنگ گاز زرد مایل به سبز کمرنگ
خواص اتمی
وزن اتمی 18.9984 amu
شعاع اتمی (calc.) 50 (42) pm
شعاع کووالانسی 71 pm
شعاع وندروالس 147 pm
ساختار الکترونی He]2s2 2p5]
-e بازای هر سطح انرژی 2, 7
درجه اکسیداسیون (اکسید) -1 (اسید قوی)
ساختار کریستالی مکعبی
خواص فیزیکی
حالت ماده Gas (غیر مغناطیسی)
نقطه ذوب 53.53 K (-363.32 °F)
نقطه جوش 85.03 K (-306.62 °F)
حجم مولی 11.20 ((scientific notation|ש»10-6 m3/mol
گرمای تبخیر 3.2698 kJ/mol
گرمای هم جوشی 0.2552 kJ/mol
فشار بخار اطلاعات موجود نیست
سرعت صوت اطلاعات موجود نیست
متفرقه
الکترونگاتیویته 3.98 (درجه پائولینگ)
ظرفیت گرمایی ویژه 824 J/kg*K
رسانائی الکتریکی اطلاعات موجود نیست
رسانائی گرمایی 0.0279 ((وات بر متر کلوین|W/m*K
1st پتانسیل یونیزاسیون 1681.0 kJ/mol
2nd پتانسیل یونیزاسیون 3374.2 kJ/mol
3rd پتانسیل یونیزاسیون 6050.4 kJ/mol
4th پتانسیل یونیزاسیون 8407.7 kJ/mol
5th پتانسیل یونیزاسیون 11022.7 kJ/mol
6th پتانسیل یونیزاسیون 15164.1 kJ/mol
7th پتانسیل یونیزاسیون 17868 kJ/mol
8th پتانسیل یونیزاسیون 92038.1 kJ/mol
9th پتانسیل یونیزاسیون 106434.3 kJ/mol
-
کلر
کلر ( از واژه یونانی χλωρος به معنی زرد مایل به سبز ) را "Carl Wilhelm Scheele" در سال 1774 کشف نمود و اشتباها" تصور کرد، این عنصر حاوی اکسیژن است. "Humphry Davy" در سال 1810 ، نام کلر را برای این ماده انتخاب کرد و اصرار داشت که این ماده در واقع یک عنصر است.
پیدایش
بوسیله الکترولیز محلول آبداری از کلرید سدیم ، کلر تولید میشود. این عنصر در طبیعت فقط بصورت ترکیب با سایر عناصر و عمدتا" سدیم به شکل نمک طعام (NaCl) و همچنین در کارنالیت و سیلویت یافت میشود.
اطلاعات کلی
کلر ، عنصر شیمیایی با عدد اتمی 17 و نشان Cl میباشد. کلر ، هالوژن است و در جدول تناوبی در گروه IV قرار دارد. گاز کلر ، زرد مایل به سبز است، دو و نیم مرتبه از هوا سنگین‌تر ، دارای بوی بسیار بد و خفه کننده و بسیار سمی است. این عنصر ، عاملی اکسید کننده ، سفید کننده و گندزدا میباشد. کلر ، بعنوان بخشی از نمکهای طعام و ترکیبات دیگر به مقدار زیادی در طبیعت و لزوما" در بیشتر جانداران وجود دارد.
خصوصیات قابل توجه
نوع خالص این عنصر شیمیایی به شکل گازی دو اتمی و سبز رنگ میباشد. نام کلر برگرفته از کلمه chloros به معنی سبز است که اشاره به رنگ این گاز دارد. این عنصر ، جزئی از گروه هالوژنهای نمک‌ساز میباشد و بوسیله اکسیداسیون کلریدها یا به روش رایج الکترولیز تهیه می‌گردد. کلر گازی است به رنگ زرد مایل به سبز که تقریبا" با تمامی عناصر به‌سرعت ترکیب میشود. در 1 لیتر آب 10 °C ، 3.10 لیتر و در آب 30 درجه تنها 77/1 لیتر کلر حل می شود.
کاربردها
کلر ، عنصر شیمیایی مهمی در تصفیه آب ، مواد گندزدا در سفید کننده و نیز در گاز خردل به‌شمار می‌رود. همچنین کلر در ساخت طیف وسیعی از اقلام روزمره کاربرد دارد.
برای از بین بردن باکتری و سایر میکروبهای موجود در ذخائر آب آشامیدنی بکار می‌رود. امروزه حتی به ذخائر کوچک آب همواره کلر افزوده می‌گردد.
در تولید محصولات کاغذی ، مواد ضدعفونی کننده ، رنگدانه‌ها ، مواد غذائی ، حشره کشها ، رنگها ، فرآورده‌های نفتی ، پلاستیک ، دارو ، منسوجات ، حلالها و محصولات مصرفی بسیار زیاد دیگری کاربرد دارد. در ترکیبات آلی در صورتیکه کلر جایگزین هیدروژن شود، (لاستیک مصنوعی) ، اغلب باعث ایجاد خصوصیات مورد نیاز در این ترکیبات می‌گردد، لذا در ترکیب آلی از این عنصر بعنوان عامل اکسید کننده و جانشین ، بطور گسترده استفاده می‌گردد.
سایر موارد کاربرد کلر در تولید کلراتها ، کلروفرم ، تترا کلرید کربن و در استخراج برم میباشد.
ترکیبات
کلریدها ، کلریتها ، کلراتها ، پرکلراتها و کلرامینها ، از جمله ترکیبات کلر هستند.
ایزوتوپها
دو ایزوتوپ پایدار اصلی برای کلر با جرم 35 و 37 وجود دارد که به نسبتهای به ترتیب 3:1 یافت شده ، وزن اتمی مقادیر عمده و مشهود 35,5 را در اتمهای کلر ایجاد میکنند. کلر دارای 9 ایزوتوپ با Mass number ( عدد جرمی ) بین 32 و 40 میباشد که تنها سه عدد از این ایزوتوپها بصورت طبیعی یافت می‌شوند. کلر پایدار 35 (75,77%) ، کلر 37(24,23%) و کلر رادیواکتیو 36 .
نسبت کلر 36 به کلر پایدار در محیط زیست تقریبا" E -15 : 1 700 است. Cl-36 در جو بوسیله پراشیدن Ar-36 بر اثر فعل و انفعالات پروتونهای اشعه کیهانی حاصل می‌گردد. در زیر سطح زمین Cl-36 عمدتا" در نتیجه جذب نوترون توسط Cl-35 یا جذب موآن بوسیله Ca-40 تولید می‌گردد. Cl-36 به‌صورت S-36 و Ar-36 با نیمه عمر درهم 308000 سال متلاشی میشود. نیمه عمر این ایزوتوپ آبدوست و غیر واکنشی ، آنرا مناسب تاریخ‌گذاری زمین شناسی با دامنه ای از 60000 تا 1 میلیون سال می‌نماید.
بعلاوه ، مقادیر زیادی Cl-36 بوسیله پرتوافشانی بر آب دریا ، در خلال انفجارات جوی سلاحهای اتمی بین سالهای 1958 و 1952تولید شد. مدت زمان حضور Cl-36 در جو ، تقریبا" یک هفته است، بنابراین Cl-36 بعنوان رویداد شمار آبهای داخل خاک و زیرزمینی دهه 50 برای تاریخ‌گذاری آبهای کمتر از 50 سال پیش نیز سودمند است. Cl-36 در مراحل دیگری از علم زمین شناسی از جمله تاریخ‌گذاری یخها و رسوبات بکار می‌رود.
هشدارها
کلر ، موجب تحریک دستگاه تنفسی بخصوص در کودکان و کهنسالان میشود. کلر در حالت گازی ، باعث تورم غشای مخاطی شده ، درحالت مایع موجب سوختگی پوست میشود. مقدار 3.5ppm آن لازم است تا بعنوان بویی متمایز شناخته شود و مقدار ppm 1000 آن کشنده است. به همین علت ، در طول جنگ جهانی اول ، کلر یکی از گازهایی بود که بعنوان گاز جنگی مورد استفاده قرار گرفت.
مواجهه با این گاز نباید از 0.5 ppmفراتر رود ( با میانگین وزنی زمان 8 –40 ساعت در هفته ). مواجهه شدید با مقدار زیاد کلر غلیظ ( اما نه مقدار کشنده) می‌تواند باعث ادم ریه یا آب آوردن آن که وضعیتی بسیار ناگوار است، گردد. تماس دائم با مقادیر کم آن ریه‌ها را ضعیف کرده ، آسیب پذیری ریه‌ها را در برابر بیماریهای دیگر افزایش میدهد. در صورت مخلوط شدن مواد سفید کننده با آمونیاک ، اوره و سایر محصولات شوینده ، احتمال تولید گازهای سمی وجود دارد. این گازها حاوی مخلوطی از گاز کلر و تری‌کلرید نیتروژن هستند؛ بنابراین باید از چنین ترکیبی اجتناب کرد.
روند شیمیائی تولید گاز کلر
کلر را میتوان از الکترولیز محلول سدیم کلراید ، مانند بورین ، بدست آورد.
الکترولیز سلول جیوه
الکترولیز سلول جیوه ، اولین روش تولید کلر در مقیاس صنعتی بود. آندهای تیتانیوم بالای یک کاتد جیوه مایع قرار می‌گیرد. محلولی از کلرید سدیم بین دو الکترود قرار داده میشود. وقتی جریان الکتریکی برقرار میشود، کلراید در سمت آندهای تیتانیم آزاد شده ، در همین حال ، سدیم بصورت ملغمه ای در جیوه رسوب میکند.
ملغمه را میشود با فعال کردن مجددش توسط آب ، به جیوه تبدیل کرد که ایجاد هیدروژن و هیدروکسید سدیم میکند. اینها خود ، محصولات جنبی مفیدی هستند. این روش ، مقادیر زیاد انرژی را مصرف میکند و در عین حال ، نگرانی‌هایی درباره خروج جیوه به محیط نیز وجود دارد.
الکترولیز سلول دیافراگم
یک صفحه آزبست ، روی شبکه آهنی کاتد قرار می‌گیرد تا از اخلاط مجدد کلرین تشکیل شده در آند و هیدروکسید سدیم تشکیل شده در کاتد جلوگیری نماید. این روش ، از روش سلول جیوه کمتر انرژی مصرف میکند، اما هیدروکسید سدیم را به‌سختی میتوان جمع‌آوری و به ماده ای مفید تبدیل کرد.
الکترولیز سلول پوسته
سلول الکترولیز توسط یک پوسته که به‌عنوان یک تبادل کننده یون عمل میکند، به دو قسمت تقسیم میشود. محلول کلرید سدیم خیس در سمت آند قرار گرفته ، آب مقطر در سمت کاتد قرار داده میشود. این روش ، تقریبا به اندازه سلول دیافراگم به‌صرفه بوده ، باز هم تولید هیدروکسید سدیم بسیار خالص میکند.
شناخت محیط رشد:کلر
لزوم کلر برای گیاهان به تازگی مورد تایید قرار گرفته است. اما از آنجا که این عنصر هم در هوا و هم در محلول خاک (Soil solution) وجود دارد به ندرت کمبود آن گزارش می شود کلر برای آزاد کردن اکسیژن به هنگام فتوسنتز لازم است و کمبود کلر باعث پژمردگی گیاه می گردد. در خاک ، یون آن بصورت Clx موجود است که به راحتی قابل استفاده گیاه می باشد. در صورت کمبود می توان از کلرورپتاسیم استفاده کرد.
نام , علامت اختصاری , شماره Chlorine, Cl, 17
گروه شیمیایی هالوژنها
گروه, تناوب, بلوک 17 «VIIA), 3 , p
جرم حجمی , سختی 3.214 kg/m3 (273 K), NA
رنگ سبز مایل به زرد
خواص اتمی
وزن اتمی 35.5 amu
شعاع اتمی (calc.) 100 (79) pm
شعاع کووالانسی 99 pm
شعاع واندروالس 175 pm
ساختار الکترونی Ne]3s2 3p5]
-eبازای هر سطح انرژی 2, 8,7
درجه اکسیداسیون ( اکسید ) ±1,3,5,7 (اسید قوی)
ساختار کریستالی اورتورومبیک
خواص فیزیکی
حالت ماده gas (غیر مغناطیسی)
نقطه ذوب 171.6 K (150.7 °F)
نقطه جوش 239.11 K (29.27 °F)
حجم مولی 17.39 ש»10-6 ««متر مکعب بر مول
گرمای تبخیر 10.2 kJ/mol
گرمای هم جوشی 3.203 kJ/mol
فشار بخار 1300 Pa
سرعت صوت اطلاعات موجود نیست
متفرقه
الکترونگاتیویته 3.16 (درجه پائولینگ)
ظرفیت گرمایی ویژه 480 J/kg*K
رسانائی الکتریکی اطلاعات موجود نیست
رسانائی گرمایی 0.0089 W/m*K
1st پتانسیل یونیزاسیون 1251.2 kJ/mol
2nd پتانسیل یونیزاسیون 2298 kJ/mol
3rd پتانسیل یونیزاسیون 3822 kJ/mol
4th پتانسیل یونیزاسیون 5158.6 kJ/mol
5th پتانسیل یونیزاسیون 6542 kJ/mol
6th پتانسیل یونیزاسیون 9362 kJ/mol
7th پتانسیل یونیزاسیون 11018 kJ/mol
8th پتانسیل یونیزاسیون 33604 kJ/mol
9th پتانسیل یونیزاسیون 38600 kJ/mol
10th پتانسیل یونیزاسیون 43961 kJ/mol
-
برومین
تاریخچه اکتشاف برم
برم ( bromos یونانی ، بمعنای بوی گند ) بوسیله "Antoin Balard" در سال 1826 کشف شد، اما تا سال 1860 به مقدار زیاد تولید نشد.
پیدایش
برم در طبیعت بصورت نمکهای برمید و بصورت مقادیر بسیار پراکنده در سنگهای پوسته زمین وجود دارد. چون نمکهای برمید شسته شده در آب دریاها انباشته می‌شوند، ppm )85 ) ممکن است بصورت اقتصادی تا ppm 5000 از چاههای آب شور و بحرالمیت بازیافت گردند. تقریبا" هر سال 500 میلیون کیلوگرم (350 میلیون USDآمریکا) برم در جهان تولید میشود و آمریکا و اسرائیل تولید کنندگان عمده آن هستند.
معرفی
برم یکی از عناصرشیمیائی جدول تناوبی است که دارای نشان Br و عدد اتمی 35 میباشد. برم که عنصری هالوژن است، در حرارت اتاق به صورت مایع قرمز رنگ فراری میباشد که با کلر و ید واکنش پذیری دارد. این عنصر در حالت مایع برای بافتهای بدن انسان مضر و بخار آن چشم و گلو را تحریک میکند.
خصوصیات قابل توجه
برم تنها عنصر غیر فلز مایع در حرارت اتاق است. این عنصر ، مایعی سنگین ، سیال و قهوه‌ای متمایل به قرمز است که براحتی در دما و فشار استاندارد تبخیر میشود ( رنگ آن شبیه دی‌اکسید نیتروژن است) و بوی بسیار ناخوشایندی دارد. برم که هالوژن میباشد، از نظر شیمیایی مثل کلر اما با فعالیتی کمتر است، (اما بهرحال از ید فعال‌تر است.) برم در آب یا دی‌سولفید کربن بسیار قابل حل بوده ، تولید محلولی قرمز رنگ میکند. این عنصر براحتی با عناصر زیادی پیوند برقرار کرده ، از قدرت سفید کنندگی بالایی برخوردار است.
برم بسیار واکنشگر و عامل اکسید کننده قوی در حضور آب است. این عنصر علاوه بر هیدروکربنهای معطر ،کتونها و اسیدها ، (اینها با اضافه شدن و یا بوسیله جایگزینی با برم ترکیب می‌شوند) ، به‌شدت با آمینها ، آلکینها و فنلها واکنش نشان می‌دهند. برم بی‌آب نسبت به برم همراه آب ، با بسیاری از عناصر و فلزات کمتر واکنش انجام میدهد. اما برم خشک به‌شدت با آلومینیوم ، تیتانیوم ، جیوه ، فلزات قلیایی و قلیایی خاکی واکنش دارد.
کاربردها
برم عنصری ، برای تولید انواع گسترده ای از ترکیبات برم که در صنعت و کشاورزی کاربرد دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرد. از نظر سنتی بیشترین کاربرد برم در تولید دی‌برمید اتیلین بود که بعنوان عامل محلول ضد ضربه در بنزینهای سرب دار (که به سوخت اتومبیل می‌افزایند) استفاده می‌شد، اما در حال حاضر به دلیل ملاحظات زیست محیطی از رده خارج شده است.
بعلاوه برم در ساخت fumigants (گازهای دودگر) ، عوامل ضدآتش ، ترکیبات تصفیه آب ، رنگ مو ، داروها ، پاک‌کننده‌ها ، برمیدهای معدنی برای عکاسی و غیره بکار می‌رود.
هشدارها
برم عنصری به‌شدت سمی بوده ، لمس یا استنشاق آن بیشتر از مقادیر بسیار کم (10ppm) می‌تواند موجب مشکلات سلامتی آنی و مرگ شود. برم باعث تحریک چشم و گلو شده ، بعد از تماس با پوست منجر به سوزشهای دردناک می‌گردد. استفاده نابجا از این عنصر سلامتی را جدا" به خطر انداخته ، لذا به حداکثر هشدارهای ایمنی نیاز است.
-
ید
ید عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی دارای نشان I و عدد اتمی 53 می باشد. عنصری است حل نشدنی که مقدار بسیار کم آن برای موجودات زنده لازم است.واکنش پذیری ید از تمامی هالوژنها کمتراست و الکترون دهنده ترین هالوژن شبه فلز می باشد.از ید عمدتا" در پزشکی ، عکاسی و رنگ استفاده می شود.
خصوصیات قابل توجه
ید عنصر جامد درخشانی است به رنگ آبی مایل به سیاه که در دماهای استاندارد به بخاری بنفش رنگ و بد بو تبدیل می گردد.این هالوژن همچنین با بسیاری از عناصر، ترکیباتی را می سازد اما از سایر عناصر گروه هالوژنها فعالیت کمتری داشته و دارای خصوصیاتی شبیه فلزات است.ید به راحتی در کلروفرم، تتراکلرید کربن یا دی سولفید کربن حل شده و محلولهای ارغوانی رنگی بوجود می آورد( تنها به مقدار کمی در آب قابل حل است) .رنگ آبی سیر با محلول نشاسته ویژگی ید آزاد می باشد.
کاربردهــــــا
در مناطقی که غذای آنها حاوی مقدار کم ید می باشد – مثلا" مناطق دور افتاده از دریا که هیچگونه غذای دریایی مصرف نمی شود- کمبود ید ابتلا به بیماری گواتر اصطلاحا" گواتر محلی را افزایش می دهد.در بیشتر ( نه تمامی) این مناطق با افزودن مقدار کم یدید سدیم به نمک طعام از ابتلا به این بیماری جلوگیری شده است.این محصول به نام نمک ید دار نیز معروف است.کاربردهای دیگر این عنصر:
یکی از هالوژنها است که وجود آن به مقدار کم برای موجودات زنده حیاتی است ؛ هورمون تیروئید تیروکسین و تری یدوتیرونین حاوی اتمهای ید می باشد.
تنتور ید ( 3% ید عنصری در پایه آب / اتانول) از اجزاء مهم تمامی وسایل کمکهای اولیه می باشد که هم برای ضد عفونی کردن زخمها و هم برای پاکسازی آبهای شرب سطحی مورد استفاده قرار می گیرد( 3 قطره در هر لیتر ، پس از 30 دقیقه تاثیر می کند).
ترکیبات ید در رشته شیمی آلی مهم و در پزشکی بسیار سودمند هستند.
از یدیدها و تیروکسین که حاوی ید هستند در پزشکی داخلی و در ترکیب با الکل ( بعنوان تنتور ید) برای ضد عفونی نمودن زخمهای بیرونی استفاده می شود.
یدید پتاسیم در عکاسی کاربرد دارد.
یدید تنگستن برای تقویت افروزه لامپها مورد استفاده قرار می گیرد.
تری یدید نیتروژن برای کاربردهای تجاری بسیار انفجاری و ناپایدار است اما جزو شوخیهای معمول دانشگاهی به حساب می آید.
تاریخچــــه
ید ( واژه یونانِ iodes به معنی بنفش) در سال 1811 توسط Barnard Courtois کشف شد.
پیدایــــش
ید بسیار خالص را می توان از واکنش یدید پتاسیم با سولفات مس تهیه کرد.البته روشهای دیگری نیز برای جداسازی این عنصر وجود دارد.
ایزوتوپهـــــــا
برای ید 30 ایزوتوپ وجود دارد که تنها یکی از آنها I-127 پایدار است.از ایزوتوپ رادیواکتیو مصنوعی I-131 ( ساطع کننده بتا) که دارای نیمه عمر 8 روز است برای درمان سرطان و دیگر بیماریهای غده تیروئید استفاده می گردد.معمول ترین ترکیبات ید عبارتند از یدیدهای سدیم و پتاسیم ( KI) و یدیتها ( KIO3).
ید فقط یک ایزوتوپ پایدار I-127 دارد.با این همه ایزوتوپهای رادیواکتیو ید کاربردهای وسیعی دارند.I-129 با نیمه عمر 17 میلیون سال محصولی از پراش Xe-129 در اتمسفر است اما نتیجه فروپاشی U-238 نیز می باشد.چون U-238در خلال فعالیتهای مربوط به انرژی هسته ای تولید می شود، وجود آن ( به نسبت I-129/I) می تواند فعالیتهای در حال انجام در هر مکان را مشخص کند.به همین علت از I-129 در مطالعات آب باران بعد از حادثه چرنوبیل استفاده شد.از آن همچنین بعنوان ردیاب آبهای زیر زمینی و نشان دهنده پراکندگی فضولات در محیط زیست استفاده می گردد.سایر کاربردها ممکن است بوسیله تولید I-129 در پوسته زمین ازطریق تعدادی مکانیسم فروپاشی مختل شود.
I-129 از جهات زیادی شبیه Cl-36|chlorine است. این ایزوتوپ ، هالوژنی قابل حل و نسبتا" واکنش ناپذیر است که بیشتر بصورت آنیونی non-sorbing یافت شده و بوسیله واکنشهای کیهانزاد ، حرارت اتمی و ثابت تولید می شود. درمطالعات آب شناسی چگاله های I-129 معمولا" به نسبت I-129 به مقدار کلی I گزارش می شود( که عملا" I-127 است).چون نسبتهـــــــــای Cl-36/Cl,I-129/I در طبیعت تقریبا" کم می باشد ( 14-10تا 10-10) اوج حرارت اتمی I-129/I در طول دهه 70 و 80 تقریبا" به 7-10رسید.I-129 با Cl-36 در بعضی موارد فرق دارد ؛ نیمه عمر آن طولانی تر است ( vs6/1 ، 3/0 میلیون سال)، به شدت biophilic است و به اشکال یونی چندگانه وجود دارد ( معمولا" I- و یودیت) که دارای رفتار شیمیایی متفاوتی هستند.
هشدارهـــــــــا
تماس مستقیم آن با پوست ممکن است آسیبهایی را به همراه داشته باشد پس هنگام کار با ید باید بسیار احتیاط نمود.بخار ید باعث دردناک شدن چشم و غشاء مخاطی می شود.حداکثر مقدار مجاز ید در هوا نباید از 1 میلی گرم در هر متر مکعب فراتر رود. (؟)
-
استتین
استتین ، عنصر شیمیایی است که با نشان At و عدد اتمی 85 در جدول تناوبی قرار دارد. این عنصر رادیواکتیو بصورت طبیعی از فروپاشی اورانیوم و توریوم حاصل میشود و سنگین‌ترین هالوﮊنها است.
تاریخچه
استتین ( واﮊه یونانی astatos به معنی ناپایدار ) برای اولین بار در سال 1940 بوسیله "دیل کارسون" ، "مک کنزی" و "امیلیو سگرو" در دانشگاه برکلی کالیفرنیا و با استفاده از حمله ذرات آلفا به بیسموت تولید شد.
پیدایش
استتین ، بوسیله بمباران بیسموت با ذرات انرﮊیک آلفا تولید میشود تا 209- At و211- At نسبتا" پر دوام را تولید کنند. این مواد با کمک حرارت و در حضور هوا خارج می‌شوند.
ویژگیهای قابل توجه
بوسیله طیف سنج جرمی اثبات شده است که این عنصر شدیدا" رادیواکتیو ، از نظر شیمیایی رفتاری شبیه سایر هالوﮊنها بخصوص ید دارد. (احتمالا" این عنصر همانند ید در غده تیروئید وجود دارد.) ظاهرا" استتین نسبت به ید از خصوصیات فلزی بیشتری برخوردار است. محققان در آزمایشگاه ملی بروکهاون ، آزمایشاتی را انجام داده‌اند که واکنشهای اولیه استتین را اندازه‌گیری و مشخص کرده است. مقدار استتین موجود در پوسته زمین در هر زمانی کمتر از 28 گرم تخمین زده شده است.
ایزوتوپها
استتین ، دارای 20 ایزوتوپ شناخته شده است که تمامی آنها رادیواکتیو هستند. بادوام‌ترین آنها 210- At است که دارای نیمه عمری تنها 3,8 ساعت است. استتین هالوﮊن است و احتمالا" در غده تیروئید وجود دارد.
-
هلیم
هلیم ، عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی با نشان He و عدد اتمی 2 وجود دارد. هلیم که گاز بی‌اثر بی‌رنگ و بی‌بویی است، دارای پایین‌ترین نقطه جوش در میان عناصر است و تنها تحت فشار بسیار زیاد به حالت جامد در می‌آید. این عنصر بصورت گاز تک‌اتمی یافت میشود، از نظر شیمیایی خنثی میباشد و بعد از هیدروژن فراوانترین عنصر در جهان به حساب می‌آید.
هلیم در جو زمین به میزان بسیار کم براثر فرسایش مواد معدنی خاصی یافت شده ، در بعضی از آبهای معدنی هم وجود دارد. هلیم در گازهای طبیعی خاصی بصورت مقادیر قابل تهیه تجاری وجود دارد و از آن بعنوان گاز بالابرنده در بالونها ، مایع سردکننده سرمازا در آهنرباهای ابر رسانا و گاز وزن افزا در غواصی در آبهای عمیق استفاده می‌گردد.
تاریخچــــــــه
هلیم ( از واژه یونانی helios به معنی خورشید ) درسـال 1868 توسط "Pierre Janssen" فرانســوی و "Norman Lockyer" انگلیسی که مستقل از هم فعالیت میکردند، کشف شد. هر دوی آنها هنگام یک خورشید گرفتگی در همان سال ، مشغول مطالعه بر روی نور خورشید بودند و بطور طیف‌نمایی متوجه خط انتشار عنصر ناشناخته ای شدند. "Eduard Frankland" ضمن تایید یافته‌های Janssen ، نام این عنصر را با توجه به نام خدای خورشید در یونان ،Helios پیشنهاد کرد و چون انتظار می‌رفت این عنصر جدید ، فلز باشد، پسوند ium – را به آن افزود.
"William Ramsay" سال 1895 این عنصر را از clevite جدا نمود و در نهایت متوجه غیر فلز بودن آن گشت، اما نام این عنصر تغییری نکرد. "Nils Langlet" و "Per Theodor Cleve" شیمیدانان سوئدی که بطور مستقل از Ramsay کار میکردند، تقریبا" در همان زمان موفق به جداسازی هلیم از Clevite شدند.
سال 1907 "Thomas Royds" و "Thomas Royds" موفق به اثبات این واقعیت شدند که ذرات آلفا ، هسته‌های اتم هلیم میباشند. "Heike Kamerlingh Onnes" فیزیکدان آلمانی درسال 1908 اولین مایع هلیم را بوسیله سرد کردن این گاز تا 9K بدست آورد و به سبب این کار بزرگ ، جایزه نوبل را به او اهداء کردند.
سال 1926، یکی از شاگردان او به نام "Willem Hendrik Keesom " برای اولین بار هلیم را بصورت جامد تبدیل نمود.
پیدایــــــــش
هلیم بعد از هیدروژن فراوانترین عنصر در جهان است و تقریبا" 20% ماده ستارگان را تشکیل میدهد. این گاز همچنین دارای نقش مهمی در واکنشهای پروتون – پروتون و چرخه کربن در ستارگان است که تشکیل دهنده بیشترین انرژی آنها میباشد. فراوانی هلیم بیشتر از آن است که با تولید توسط ستارگان توجیه شود، اما با مدل انفجار بزرگ (Big Bang ) سازگار است و اکثر هلیم موجود در جهان در سه دقیقه اول شکل‌گیری جهان بوجود آمده‌اند.
این عنصر در جو زمین و به مقدار 1 در 000 00 2 وجود داشته ، بعنوان یک محصول فروپاشی در کانیهای رادیواکتیو گوناگونی یافت میشود؛ بخصوص این عنصر در کانیهای اورانیوم و توریم مانند clevites ، pitchblende، carnotite ، monazite و beryl ، بعضی از آبهای معدنی ( در بعضی از چشمه های ایسلند به میزان 1 در 1000 هلیم وجود دارد )، در گازهای آتشفشانی و در گازهای طبیعی خاصی در آمریکا (که بیشتر هلیم تجاری جهان از این منطقه بدست می‌آید) دیده میشود.
هلیم را می توان از طریق بمباران لیتیم با بور بوسیله پروتونهای سریع تولید نمود.
خصوصیات قابل توجه
هلیم در دما و فشار طبیعی بصورت گازی تک‌اتمی وجود دارد و فقط در شرایط بسیار غیر عادی متراکم میشود. هلیم دارای پایین‌ترین نقطه ذوب در میان عناصر است و تنها مایعی است که با کاهش دما به جامد تبدیل نمی‌شود و در فشار استاندارد تا دمای صفر مطلق به حالت مایع باقی می‌ماند؛ (تنها با افزایش فشار میتوان آنرا به جامد تبدیل نمود.)
در واقع دمای بحرانی که بالاتر از آن بین حالات مایع و گاز هیچ تفاوتی وجود ندارد، تنها 19,5K است. He-4 و He-3 جامد از این نظر که یک محقق می‌تواند با استفاده از فشار حجم آنها را بیش از 30% تغییر دهد، منحصر به فرد هستند. ظرفیت گرمایی ویژه گاز هلیم بسیار زیاد است و بخار آن بسیار متراکم میباشد، بطوری‌که در صورت گرم شدن در دمای اطاق سریعا" منبسط می‌گردد.
هلیم جامد فقط در فشار بالا و در تقریبا" 100 مگا پاسکال در 15- درجه کلوین است که بین دمای پایین و بالا یک جابجایی انجام میدهد که در آن ، اتمها دارای آرایشهای به‌ترتیب مکعبی و شش‌ضلعی می‌شوند. در یک لحظه از این دما و فشار ، حالت سومی بوجود می‌آید که در آن ، اتمها آرایشی مکعبی به خود می‌گیرند، در حالیکه جرم آن در مرکز قرار دارد.
تمامی این حالات از نظر انرژی و چگالی مشابه هستند و دلایل این تغییرات به جزئیات چگونگی شکل‌گیری اتمها بر می‌گردد.
کاربردهـــــــا
هلیم بیشتر بعنوان گازی بالابرنده در بالونها استفاده میشود که از آنها به‌ترتیب برای تبلیغات ، تحقیقات جوی ، شناسایی‌های نظامی و بعنوان یک چیز بدیع استفاده میشود. بعلاوه هلیم دارای قدرت بالابرندگی 92,64% هیدروژن است، اما بر خلاف آن قابل اشتعال نبوده ، بنابراین ایمن‌تر از هیدروژن به‌حساب می‌آید.
سایر کاربردهای آن
هلیم – اکسیژن برای تنفس در محیطهای پرفشار مثل لباس غواصی یا زیردریائیها بکار می‌رود، چون هلیم ساکن است و کمتر از نیتروژن ، در خون قابل حل میباشد و 2,5 مرتبه سریعتر از نیتروژن منتشر میشود. این مسئله موجب کاهش مدت زمان لازم برای از بین بردن گاز در هنگام فشارزدایی میشود و خطر خواب نیتروژنی را از بین میبرد و احتمال تمرکز آن مثل حبابهای متصل وجود ندارد.
دارای پایین‌ترین نقطه ذوب و جوش در میان عناصر است که این خصوصیت ، مایع هلیم را به خنک کننـده ای ایده‌آل برای مقاصدی که دمای بسیار پایین نیاز دارند، تبدیل میکند، از جمله آهنرباهای ابررسانا و تحقیقات سرما شناسی که در آنها دمای نزدیک به صفر مطلق نیاز است.
هلیم بعنوان یک خنثی و حامل بعنوان مثال در گاز رنگ‌کاری)) مورد استفاده قرار می‌گیرد.
همجوشی هیدروژن به هلیم انرژی لازم برای بمبهای اتمی را تامین میکند.
از هیدروژن همچنین برای موشکهای با سوخت مایع فشرده ، بعنوان حفاظ گاز در جوشکاری برقی ، بعنوان گازی محافظ برای تولید بلورهای سیلیکون و ژرمانیم ، بعنوان عامل خنک کننده برای رآکتورهای اتمی و برای تونلهای بادی فراصوتی استفاده میشود.
همزمان با پیشرفت تکنولوژی MRI) magnetic resonance imaging) در مصارف پزشکی ، استفاده از هلیم مایع در MRI رو به افزایش است.
ترکیبات
هلیم اولین عنصر در گروه گازهای بی‌اثر است و برای بسیاری از اهداف عملی واکنش‌ناپذیر میباشد. اما در اثر تخلیه الکتریکی یا بمباران الکترونی ، ترکیباتی را با تنگستن ، ید ، فلوئور ، گوگرد و فسفر بوجود می‌آورد.
ایزوتوپهــــــــــا
معمولترین ایزوتوپ هلیم ، He-4 میباشد که هسته آن ، دارای دو پروتون و دو نوترون است. چون تعداد نوکلئونها عجیب است، این یک آرایش اتمی غیرعادی پایدار به‌حساب می‌آید، یعنی نوکلئونها در لایه‌های کامل آرایش یافته‌اند. بسیاری از هسته‌های سنگین‌تر بر اثر انتشار هسته‌های He-4 متلاشی می‌شوند، فرآیندی که فروپاشی آلفا نامیده شده ، به همین علت هسته‌های هلیم را ذرات آلفا مینامند و بیشتر هلیم زمین با این فرآیند تولید میشود.
دومین ایزوتوپ هلیم ، He-3 است که هسته آن تنها دارای یک نوترون میباشد. علاوه بر اینها هلیم چندین ایزوتوپ سنگین تر رادیواکتیو دارد. He-3 عملا" در سطح زمین ناشناخته است، چون منابع درونی هلیم ، زمانیکه ذرات آلفا و هلیم اتمسفری در دوران زمین شناسی نسبتا" کوتاهی وارد فضا می‌شوند، فقط ایزوتوپ He-4 تولید میکنند.
He-3و He-4 هر دو در انفجار بزرگ (Big Bang) تولید شده‌اند و بعد از هیدروژن ، فراوانترین عنصر موجود در طبیعت هلیم است. هلیم اضافی بوسیله همجوشی هیدروژن درون هسته‌های اختری و از طریق فرآیندی که زنجیره پروتون – پروتون نامیده میشود، تولید می‌گردد.
گونه‌هــــــــا
هلیم مایع ( He-4) به دو صورت یافت میشود : He-4II و He-4I که در نقطه تحول فعالی در دمای 1768,2K و در فشار بخار آن مشترک هستند. He-4I ( بالای این نقطه) مایعی نرمال است، اما He-4II ( پایین این نقطه) شبیه هیچ یک از مواد شناخته شده نمیباشد.
وقتی در دمای بالاتر از 1768,2K و در فشار بخار خود ( به اصطلاح نقطه لامدا ) سرد شد، تبدیل به یک ابر شار به نام هلیم مایع II می‌گردد ( برعکس هلیم مایعI که نرمال است) که به علت تاثیرات کوانتومی ، ویژگیهای غیر عادی زیادی داشته ، یکی از اولین نمونه‌های مشاهده شده از اثرات کوانتومی است که درمقیاس macroscopic عمل میکند.
چون این تاثیر متکی به تراکم بوزونها( bosons ) است، این تحولات در He-3 در دمایی پایین‌تر از He-4 رخ میدهد، اما هسته‌های He-3 فرمیونها ( fermions ) هستند که نمی‌توانند جداگانه متراکم شوند، ولی در جفتهای بوزونی باید اینگونه باشند. چون این دگرگونی منظم است، بدون گرمای نهان در نقطه لامدا این دو نوع مایع هرگز همزیستی نمی‌کنند.
هلیم II دارای ویسکوزیته صفر است و خاصیت هدایت حرارتی آن از تمام مواد دیگر بیشتر است. بعلاوه هلیم II پدیده ترمومکانیکال را بروز میدهد؛ اگر دو ظرف حاوی هلیمII بوسیله یک لوله بسیار باریک به هم متصل باشند و یکی از آنها را گرم کنیم، جریانی از هلیم II به طرف ظرف گرم شده بوجود می‌آید. بر عکس در پدیده مکانیک حرارتی ، سرد کردن هلیم II که در حال خارج شدن از لوله باریک است، باعث ایجاد جریان اجباری هلیم II در لوله ای باریک میشود.
تغییرات حرارتی وارده بر هلیم II ، همانند آنچه که در تغییرات تراکم صدا وجود دارد ( پدیده ای که " صدای دوم " نامیده میشود ) سرتاسر این مایع انتشار می‌یابد.سطوح سختی که با هلیم II در تماسند، بوسیله لایه نازکی به قطر 50 تا 100 اتم پوشیده می‌شوند که در طول آن می‌تواند جریان بدون اصطکاک این مایع انجام پذیرد؛ در نتیجه نگهداری هلیم II در ظرف باز ، بدون خارج شدن این مایع از لبه آن امکان پذیر نیست.
جابجائی‌های فراوان هلیم II بوسیله لایه آن با سرعت ثابت انجام میشود که فقط به دما بستگی دارد. در آخر اینکه یک حجم زیادی از هلیم II بصورت یک واحد گردش نخواهد داشت. در عوض تلاش برای گردش آنها منجر به vortice های کوچک بدون اصطکاکی در این مایع خواهد شد.
هشدارهـــــا
محفظه‌هایی که با هلیم گازی در دمای 5 تا 10 کلوین پر شده‌اند، باید طوری نگهداری شوند که گویی دارای هلیم مایع هستند، چون گرم شدن این گاز در دمای اطاق منجر به افزایش شدید فشار آن می‌گردد.
-
نئون
نئون یک عنصر شیمایی جدول تناوبی است که نماد آن Ne بوده ، عدد اتمی آن 10 میباشد. نئون تقریباً یک گازنجیب بی‌حرکت و بی‌رنگ میباشد که اگر در لوله‌های خلاء و یا لامپهای نئون بکار برده شوند، نور مایل به قرمز واضحی را تولید میکند.
تاریخچه
نئون که یونانی آن ، Neos به معنی جدید میباشد، توسط "William Ramsay" و "Morris Travers" در سال 1898 کشف شد.
پیدایش
نئون معمولا به شکل گاز با مولکولهایی که حاوی یک اتم نئون میباشند، یافت میشود. نئون که از گازهای نادر است، در قسمت اول اتمسفر زمین در ارتفاع 65000 متری یافت میؤ‌شود که با سرد کردن هوا و تقطیر آن ، میتوان مایع برودتی نئون را بدست آورد.
خصوصیات قابل توجه
نئون دومین گازنجیب سبک بوده که در لامپهای خلاء ، نور نارنجی مایل به قرمز از خود ساطع میکند. نئون در بیشتر موارد به‌عنوان خنک کننده ارزانتری در مقایسه با هلیوم در نظر گرفته میشود. نئون در میان گازهای کمیاب در ولتاژ معمولی بیشترین تخلیه را دارد.
کاربردها
نور نارنجی مایل به قرمزی که لامپ نئون ساطع میکند، به‌طور بسیار گسترده ای در علائم تبلیغاتی استفاده میشود. نئون معمولا برای بوجود آوردن این گونه نورها استفاده میشود و این در حالی است که بسیاری از گازهای دیگر برای تولید نور با رنگهای دیگر استفاده میشود.
شاخص اندازه‌گیری ولتاژ بالا
بازدارنده برقی
تونل اندازه گیری موج
لامپ تلویزیون
نئون و هلیوم برای تولید گازهای لیزری نیز استفاده می‌شوند.
نئون مایع ، مصرف اقتصادی داشته ، به‌عنوان عامل خنک کننده در سیستمهای برودتی استفاده میشود.
ترکیبات
اگر چه نئون در بسیاری از موارد عملی یک گاز بی‌اثر است، اما در ترکیب با فلوئور در آزمایشگاه ، ترکیبات رنگین جالبی را بوجود می آورد. این عمل باعث شده که تصور شود که ترکیب نئون بصورت طبیعی وجود دارد، اما مدارک و شواهد می‌گویند که این فرضیه ممکن است درست باشد و ممکن است صحیح نباشد. یونهای +Ne و +NeH و +NeAr و +HeNe نیز درطیف سنجی جرمی مشاهده شده‌اند. همچنین نئون می‌تواند یک هیدرات ناپایدار را بوجود آورد.
ایزوتوپها
نئون سه ایزوتوپ پایدار دارد: Ne-20 (%90.48) , Ne- 21(%0.27) , Ne-22(%9.25).
Ne- 21 و Ne- 22 نوکلئوژنیک (nucleogenic) بوده ، اختلاف آنها به‌خوبی مشخص میشود. اما Ne- 20 به‌صورت نوکلئوژنیک (nucleogenic ) شناخته نشده و تغییرات آن در زمین مورد بحث و بررسی میباشد. اصلی‌ترین واکنشهای شیمیایی که ایزوتوپهای نئون را بوجود می‌آورند، عبارتند از: واکنشهای ارسال نوترون ، فروپاشی آلفا ( انتشار بار الکتریکی خنثی و از بین رفتن آلفا ) در Mg-24 و Mg-25 که Ne- 21 و Ne- 22 را تولید میکنند.
ذرات آلفا از اورانیوم حاصل می‌شوند، در حالیکه نوترونها از طریق واکنش دوم ذرات آلفا تولید می‌شوند. تجزیه ایزوتوپی سنگهای خاکی ، پیدایش اولیه Ne-21 را نشان میدهد. این ایزوتوپ توسط واکنشهای هسته‌ای بر Mg ، Na ، Si و Al بوجود می‌آیند. با تجزیه سه ایزوتوپ ترکیبات اولیه از نئون ماگمایی و نئون هسته‌ای تعیین میشود. این عمل به ما نشان میدهد که نئون ، یک ابزار مناسب جهت تعیین دوره زمین شناسی سنگی و شهاب سنگی میباشد.
نئون نیز همانند زنون از گازهای آتشفشانی بوده که با Ne-20 و Ne-21 غنی شده‌اند. حجم ایزوتوپی نئون با توجه به نمونه‌های بدست آمده به ما نشان میدهد که نئون منبعی غیر جوی دارد. ترکیبات غنی شده Ne-20 از عناصر اولیه گازهای نادر در زمین بوده که احتمالاً معرف نئون خورشیدی میباشند. Ne-20 غنی شده همچنین در الماسها وجود دارد که دلیلی دیگر بر وجود نئون خورشیدی در زمین میباشد.
