-
آرگون
اطلاعات اولیه
عنصر آرگون در جدول تناوبی با نشان Ar و عدد اتمی 18 قرار گرفته است . آرگون که سومین گاز بی‌اثر در گروه 8 است تقریبا 1% اتمسفر زمین را تشکیل می‌دهد.
تاریخچه
آرگون از واژه یونانی به معنی تنبل گرفته شده است. "هنری کاوندیش" در سال 1785 تصور می‌کرد که آرگون در هوا وجود دارد؛ اما سال 1894 ، "لرد ریلی" و "ویلیام رامسی" این حقیقت را کشف کردند.
پیدایش
این گاز از طرِیق تجزیه هوای مایع جدا می‌شود، چون اتمسفر ، حاوی تنها 94% آرگون است.
ویژگیهای قابل توجه
آرگون 2,5 مرتبه حل شدنی‌تر از نیتروژن در آب است و تقریبا قابلیت حل شدن آن شبیه اکسیژن است. این عنصر شیمیایی ساکن ، در هر دو حالت گاز و مایع خود بی‌اثر است. هیچگونه ترکیب واقعی که شامل آرگون باشد، شناخته نشده است.
کاربردها
چون آرگون با افروزه داخل لامپ حتی در حرات بالا واکنش نشان نمی‌دهد، از آن ، در لامپ روشنایی استفاده می‌شود و در موارد دیگری که از نیتروژن دو اتمی بعنوان گازی نیمه ساکن نمی‌توان استفاده کرد.
سایر کاربردها
بعنوان حفاظ گاز ساکن در جوشکاری برقی و برش
بعنوان پوششی بدون واکنش در تولید تیتانیوم و سایر عناصر واکنشی
بعنوان محیطی محافظ برای تشکیل بلورهای ژرمانیوم و سیلیکون
Ice coring و تخمین آبهای زیرزمینی
در سیستم تنفسی زیر آب غواصی
ایزوتوپها
اصلی‌ترین ایزوتوپهای آرگون که در زمین یافت می‌شوند، Ar-40 ، Ar-36 ، Ar-38 هستند. k -40 با نیمه عمر 10*250/1 سال بوسیله جذب الکترون و ارسال الکترون مثبت بطور طبیعی به شکل Ar-40 پایدار و با ارسال الکترون منفی به حالت Ca-40 پایدار متلاشی می‌گردد. این ویژگی‌ها و نسبتها برای تعیین عمر سنگها مورد استفاده قرار میگیرند.
در جو زمین Ar-39 بوسیله فعالیت اشعه کیهانی و اصولا با Ar-40 ساخته می‌شود. ولی در محیطهای زیر زمین بوسیله جذب نوترون ساخته می‌شود که این مساله از طریق K-39 یا ارسال آلفا توسط کلسیم انجام می‌پذیرد. آرگون37 از متلاشی شدن کلسیم 40 بوجود می‌آید (نتیجه انفجارات هسته‌ای زیرزمین) و دارای نیمه عمر 35 روز است.
-
کریپتون
کریپتون ، یکی از عناصر شیمیایی جدول تناوبی است که دارای نشان Kr و عدد اتمی 36 می‌باشد. کریپتون که گازی نجیب و بی‌رنگ است، به مقدار بسیار کم در اتمسفر وجود داشته ، بوسیله شکنش هوای مایع جدا می‌شود. همچنین از کریپتون به همراه سایر گازهای کمیاب در لامپهای فلورسنت استفاده می‌شود. این گاز برای بسیاری از اهداف عملی بی‌اثر است، اما ترکیباتی را با فلوئور ساخته است.
تاریخچــــــــــه
کریپتون را ( از واژه یونانی kryptos به معنی پنهان ) ، "Moris Travers" و "by William Ramsay" در سال 1898 در پس‌مانده‌های حاصل از تبخیر تقریبا" تمامی اجزاء هوای مایع کشف کردند. در سال 1960 و با یک توافق بین‌المللی ، متر بر اساس نور خارج شده از یک ایزوتوپ کریپتون تعریف شد. این توافق ، جایگزین standard meter پاریس شد که یک میله فلزی ساخته شده از آلیاژ ایریدیم – پلاتین بود، ( در ابتدا این میله یک ده میلیونیم ربع محیط قطبی زمین برآورد می‌شد). در اکتبر 1983 ، آژانس بین‌المللی اوزان و مقیاسات ، جایگزین معیار کریپتون شد. اکنون متر را بعـنوان مسافتی که نور در مـدت 458,1 ، 792 ، 299 ثانیه در خلاء طی می‌کند، تعریف می‌کنند.
پیدایـــــــــش
مقدار این گاز در اتمسفر زمین تقریبا" 1ppm است. این گاز را می‌توان بوسیله تقطیر شکنه‌ای هوای مایع بدست آورد.
خصوصیات قابل توجه
فعالیت شیمیایی کم کریپتون ، آنرا گازی بی‌اثر می‌نامند و رنگ نارنجی و سبز طیفی درخشان آن ، از خصوصیات این گاز محسوب می‌شود. کریپتون یکی از محصولات شکافش اورانیم می‌باشد. کریپتون جامدشده ، سفید و بلورین بوده و از ساختار کریستالی مکعبی که خصوصیت تمامی گازهای کمیاب است، ساخته شده است.
کاربردهـــــــا
از سال 1960 تا 1983 معیار بین‌المللی طول ، براساس نور خارج شده از اتمهای تحریک شده کریپتون تعریف شده بود: بخصوص متر بعنوان طول موجهای 73،763،650، 1خط ارسال نارنجی – قرمز که از اتمهای کریپتون 86 ساطع شده بود، تعریف گشت.
اندرون گیر کریپتون با هیدروکینون و فنل ساخته شده است. از Kr-85 در آنالیزهای شیمیایی استفاده می‌شود. وقتی آنرا در مواد جامد مختلفی قرار دهیم، کریپتونات‌ها بوجود می‌آیند و فعالیت آنها در واکنشهای شیمیایی سطحی حساس است. بعلاوه از این گاز نجیب در فلاشهای عکاسی که به عکس‌برداری سریع نیاز دارد، استفاده می‌شود، اما این کاربرد به‌علت قیمت گران کریپتون محدود است.
ترکیبــــــــات
کریپتون مانند سایر گازهای کمیاب از نظر شیمیایی شدیدا" بی‌اثر به‌حساب می‌آید، اما مطالعاتی که در سال 1960صورت گرفت، بعضی از ترکیبات کریپتون را شناسایی نمود. دی‌فلورید کریپتون بصورت مقادیر گرمی و از راههای متفاوتی بدست آمده است. فلوریدهای دیگر کریپتون و یک نمک آن به نام اکسی اسید نیز شناسایی شده است. یونها و مولکول ArKr و KrH کشف شده و شواهدی مبنی بر وجود KrXe و KrXe وجود دارد.
ایزوتوپهــــــــا
کریپتون بطور طبیعی متشکل از شش ایزوتوپ پایدار می‌باشد. نشانه طیفی کریپتون به‌راحتی با تعدادی خط بسیار باریک بوجود می‌آید.Kr-81 ، ایزوتوپ رادیواکتیو با نیمه عمر 250000 سال ، محصولی از واکنشهای جوی با سایر ایزوتوپهای طبیعی کریپتون است. کریپتون همانند زنون ، نزدیک آبهای سطحی به‌شدت ناپایدار است، بنابراین از Kr-81 برای تاریخ گذاری ( 000، 00 8 تا 000، 50 سال ) آبهای زیرزمینی استفاده می‌شود.Kr-85
گاز نجیب رادیواکتیو بی‌اثر ، با نیمه عمر 76، 10 سال است که بر اثر شکاف اتمی اورانیم و پلوتونیم تولید می‌گردد. منابع آن عبارت است از: آزمایش بمب اتمی ، رآکتورهای اتمی و رها شدن Kr-85 از رآکتورهای اتمی در خلال فرآیند مجدد میله‌های سوخت.
درجه شیب زیادی بین نیمکره شمالی و جنوبی وجود دارد که به‌علت مخلوط همرفتی ، چگاله‌ها در قطب شمال 30% بیشتر از قطب جنوب است
-
زنون
اطلاعات اولیه
زنون یا گزنون ، عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی با نشان Xe و عدد اتمی 54 وجود دارد. زنون گازی است بی‌رنگ ، بی‌بو ، بسیار سنگین و جزو گازهای نجیب که در جو زمین به مقدار بسیار کم وجود دارد و قسمتی از اولین ترکیب گاز بی‌اثر سنتز شده می‌باشد.
تاریخچــــــــه
"William Ramsay" و "Morris Travers" در سال 1898، زنون را ( واژه یونانی xenon به معنی غریب ) در پس‌مانده‌های حاصل از تبخیر ترکیبات هوای مایع کشف کردند.
پیدایــــــــش
به مقدار بسیار کم ، یک بخش در 20 میلیون در اتمسفر زمین وجود دارد. این عنصر را بصورت تجاری از باقیمانده‌های هوای مایع استخراج می‌کنند. این گاز نجیب ، بطور طبیعی در گازهایی که از چشمه‌های معدنی خارج می‌شوند، دیده می‌شود. Xe-133 و Xe-135 با روش برتابش نوترون در رآکتورهای اتمی خنک شونده با هوا تولید می‌کنند.
خصوصیات قابل توجه
زنون از اعضاء عناصر صفر ظرفیتی است که گازهای نجیب یا بی‌اثر نامیده می‌شوند. کلمه بی‌اثر دیگر برای توصیف این گروههای شیمیایی بکار نمی‌رود، چون برخی از عناصر صفر ظرفیتی تشکیل ترکیب می‌دهند. در لامپ خلاء ، هنگامیکه این گاز بوسیله تخلیه الکتریکی تحریک شود، نور آبی ، رنگ زیبایی بوجود می‌آورد. با استفاده از چند صد کیلوبار فشار ، زنون فلزی ساخته شده است.
کاربردها
از این گاز ، در سطحی وسیع در وسایل تولید نور از قبیل لامپهای باکتری‌کش ، لامپهای الکترونی ، لامپهای چرخان ، فلاشهای عکاسی و لامپهایی که برای تحریک لیزرهای سرخ تولیدکننده نور هم‌نوسان)) بکار می‌روند، استفاده می‌شود.
بعنوان بیهوش کننده عمومی
در مصارف انرژی هسته‌ای ، از آن در گنبد حبابی ، ردیاب و سایر موارد که وزن مولکولی زیاد ، کیفیتی مطلوب محسوب می‌شود، بهره می‌برند.
در شیمی تحلیلی از پرزنات آن بعنوان یک عامل اکسید کننده استفاده می‌شود.
ایزوتوپ Xe-133 ، یک رادیوایزوتوپ مفید به‌حساب می‌آید.
ترکیبــــــــات
تا قبل از سال 1962 ، عموما" گاز زنون و سایر گازهای نجیب را از نظر شیمیایی ، بی‌اثر به‌حساب می‌آوردند که قادر به تولید ترکیب نیستند. از این تاریخ به بعد دلایلی بدست آمد که نشان می‌داد زنون به همراه سایر گازهای نجیب به‌واقع تولید ترکیب می‌کنند. برخی از ترکیبات زنون عبارتند از : دی‌فلورید ، هگزافلورید ، پرزنات سدیم ، تترافلورید ، دوترات زنون و هیدرات زنون. تری‌اکسید زنون نیز که بسیار انفجاری می‌باشد، ساخته شده است.
حداقل 80 ترکیب زنون وجود دارد که در آنها فلوئور یا اکسیژن به زنون چسبیده‌اند. برخی ترکیبات زنون ، رنگی اما بیشتر آنها بی‌رنگ هستند.
ایزوتوپهـــــــــا
زنون بطور طبیعی دارای 8 ایزوتوپ پایدار و یک ایزوتوپ تا حدی رادیواکتیو است. بجز این شکلهای پایدار 20 ایزوتوپ ناپایدار هم مورد بررسی قرار گرفته است . زنون 129 توسط فروپاشی بتای I-129 تولید می‌شود؛( نیم عمر 16 میلیون سال)؛ زنون 131، زنون132، زنون 134و زنون 136 محصول شکافت اتمی U-238 و Pu-244 هستند، چون زنون یک ردیاب برای دو ایزوتوپ والد می‌باشد.
نسبتهای ایزوتوپ زنون در شهابسنگها ، ابزار مفیدی برای بررسی شکل‌گیری منظومه شمسی می‌باشد. روش تعیین قدمت Xe-I زمان سپری شده بین نوکلئوسنتز و تراکم یک ماده جامد از سحاب خورشیدی را مشخص می‌کند. همچنین ایزوتوپهای زنون ، ابزاری قوی برای فهم تمایزات زمینی هستند. گمان می‌رود منشاء زنون 129اضافی که در گازهای چشمه دی‌اکسید کربن در New Mexico یافت شده است، حاصل فروپاشی گازهای جبه زمین اندکی پس از شکل‌گیری زمین باشند.
هشدارهــــــا
این گاز را می‌توان با اطمینان در ظروف شیشه ای در بسته در فشار و دمای استاندارد نگهداری کرد. زنون ، سمی نیست، اما بسیاری از ترکیبات آن به‌علت خصوصیات اکسیداسیون قوییشان بسیار سمی هستند.
-
رادون
رادون یکی از عناصر شیمیایی جدول تناوبی است که نماد آن Rn و عدد اتمی آن 86 می‌باشد. این عنصر از گازهای بی‌اثر و رادیو اکتیو است که توسط رادیوم بوجود می‌آید. رادون یکی از سنگین‌ترین گازها بوده ، برای سلامتی مضر می‌باشد. پایدارترین ایزوتوپ آن Rn222 می‌باشد که نیمه عمرش 3.8 روز بوده ، در پرتودرمانی کاربرد دارد.
تاریخچه
رادون در سال 1900 توسط "Friedrich Ernst Dorn" که آن را Darium Emanation نامید، کشف شد. در سال 1908، "William Ramsay" و "Robert Whytlaw-Gray" (که آن را نیتون نامید) آن را جدا کرده و چگالی آن را تعیین کردند و فهمیدند که رادون سنگین‌ترین گاز شناخته شده در آن زمان می‌باشد. این گاز از سال 1923، رادون نامیده شد.
پیدایش
بطور میانگین در هر 2110 مولکول هوا یک مولکول رادون وجود دارد. و در هر یک مایل مربع از خاک به عمق 6 اینچ ، یک گرم رادیوم وجود دارد که به رادون تجزیه شده و مقادیر بسیار ناچیزی از این گاز کشنده را در هوا منتشر می‌کند. رادون همچنین در برخی از چشمه‌های آب گرم نیز یافت می‌شود.
خصوصیات قابل توجه
رادون که یک گاز بی‌اثر است، یکی از سنگین‌ترین گازها در دمای اتاق می‌باشد. (سنگین‌ترین گاز Tungsten Hexafluride ، WF6 است.) رادون در دما و فشار استاندارد ، یک گاز بی‌رنگ است، ولی با سرما دادن به آن تا زیر درجه انجماد به رنگ سبز فسفری و درخشانی در می‌آید که با پایین آوردن بیشتر دما به رنگ زرد و در نهایت در دمای ذوب به رنگ نارنجی مایل به قرمز تغییر می‌یابد.
برخی از تجربیات نشان می‌دهند که فلوئور می‌تواند با رادون واکنش دهد و فلوئورید رادون کلاثریت‌های clathrates رادون را گزارش کرده‌اند. تمرکز رادون طبیعی در جو ، بسیار ناچیز بوده ، آبهای طبیعی در تماس با جو همچنان رادون را در عمل تبخیر از دست می‌دهند. بنابراین آبهای زیر زمینی در مقایسه با آبهای سطحی تمرکز بیشتری از رادون 222 را در خود دارند. به‌علاوه مناطق اشباع شده یک خاک معمولا مقدار بیشتری رادون در برابر مناطق اشباع نشده دارند که این به دلیل کمبود انتشار رادون در جو می‌باشد.
کاربردها
برخی بیمارستانها با انجام عمل پمپاژ گاز رادون از یک منبع رادیومی و ذخیره آن در لوله‌های بسیار کوچک که سوزن یا دانه نامیده می‌شود، رادون تولید می‌کنند که در موارد درمانی کاربرد دارد. رادون به دلیل از بین رفتن سریعش در هوا در مطالعات آب شناسی (هیدرولوژیک) برای مطالعه در خصوص فعل و انفعالات در آبهای زیرزمینی نهرها و رودخانه‌ها استفاده می‌شود.
ایزوتوپها
برای عنصر رادون 20 ایزوتوپ شناخته شده است. پایدارترن ایزوتوپ رادون ، رادون 222 است که محصول فروپاشی (ایزوتوپهای دخترخوانده) رادیوم 226 می‌باشد که با نیم عمر 3.823 روز ، ذرات الفا رادیو اکتیو از خود ساطع می‌کند. رادیوم 220 حاصل تجزیه Thorium است که تورون نامیده می‌شود. که نیمه عمر آن 55.6 ثانیه می‌باشد و اشعه آلفا از خود ساطع می‌کند. رادون 219 از Actinium گرفته شده و آکتینون نامیده می‌شود که ساطع کننده اشعه آلفا بوده و نیمه عمرش 3.96 ثانیه است.
هشدارها
رادون یک گاز سرطان‌زاست. رادون یک ماده رادیو اکتیو است و همیشه باید با احتیاط کامل با آن کار کرد. از آنجا که این عنصر ذرات آلفا از خود ساطع می‌کند، استنشاق آن بسیار خطرناک است. همچنین محصولات تجزیه‌ای آن یک غبار تشکیل می‌دهد که به‌راحتی وارد جریان هوا شده ، برای همیشه در بافتهای ریه می‌چسبد و در یک قسمت از آن به‌سختی متمرکز می‌شود. محلهایی که در آنها رادیوم ، آکتینیوم و توریوم نگهداری شده‌اند، باید بدقت به باد داده شوند تا از انباشتگی آنها جلوگیری شود. انباشتگی رادون در هوا یکی از خطرات جدی در منابع سرب و اورانیوم می‌باشد. انباشتگی رادون در خانه‌ها نیز باعث بوجود آمدن نگرانیهای زیادی در این رابطه شده است، چرا که بسیاری از سرطانهای ریه بدلیل ارتباط با گاز رادون در هر سال گزارش می‌شوند.
-
اسکاندیم
اسکاندیم عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی دارای نشان Sc و عدد اتمی 21 می‌باشد. اسکاندیم که عنصری واسطه ، نرم و نقره‌ای سفید است، در مواد معدنی کمیاب موجود در اسکاندیناوی وجود داشته ، گاهی اوقات به همراه ایتریم و لانتانیدها بعنوان عنصر خاکی کمیاب طبقه‌بندی می‌شود.
تاریخچــــــه
اسکاندیم ( واژه لاتین Scandia به معنی اسکاندیناوی ) توسط "Lars Fredrick Nilson" در سال 1879 هنگامیکه او و گروهش مشغول جستجوی فلزات قلیایی خاکی بودند، کشف شد. نیلسون برای کشف عنصر جدید در مواد معدنی euxenite و gadolinite از تحلیل طیفی استفاده نمود. او برای جداسازی این عنصر از 10 کیلوگرم euxenite با باقیمانده سایر عناصر خاکی کمیاب استفاده کرد و تقریباً 2 گرم اکسید اسکاندیم بسیار خالص ( Sc2O3 ) تهیه نمود.
سال 1869 "Dmitri Mendeleev" با استفاده از قانون تناوبی نسبی عناصر خود ، وجود این عنصر و برخی خصوصیات آن را که ekaboron نامید، پیش بینی نمود. "Per Theodor Cleve" تقریباً همزمان با Nilson اکسید اسکاندیم را کشف کرد، اما بر خلاف نیلسون او اسکاندیم را مشابه ekaboron در نظر گرفت.
سال 1937 برای اولین بار اسکاندیم فلزی با روش الکترولیز خوش گدازه مذاب پتاسیم ، لیتیم و کلریدهای اسکاندیم در دمای 800-700 درجه سانتیگراد تهیه شد. مفتول تنگستن در حوضچه روی مایع ، الکترودهای دیر گداز گرافیت بودند. اولین پوند از فلز اسکاندیم تا قبل از سال 1960 تولید نشده بود.
پیدایـــــش
مواد معدنی کمیاب موجود در اسکاندیناوی و ماداگاسکار از قبیل thortveitite , euxenite و gadolinite تنها منابع شناخته شده این عنصر هستند ( که هرگز بصورت عنصر آزاد یافت نمی‌شود).
عنصر 21 ، بیست و سومین عنصر فراوان موجود در خورشید و ستارگان مشابه است اما در روی زمین پنجاهمین عنصر فراوان محسوب می‌شود. اسکاندیم بطور گسترده ای روی زمین پراکنده است و بصورت مقادیر بسیار ناچیز در بیش از 80 ماده معدنی وجود دارد. ظاهراً رنگ آبی گونه زمرد کبود بریل به سبب اسکاندیم است. این عنصر بخش مهمی از ماده معدنی کمیاب thortveitite است و در پس مانده هایی که پس از استخراج تنگستن از Zinnwald wolframite به جا می‌ماند، وجود دارد.
Thortveitite منبع اصلی اسکاندیم است. علاوه بر آن ، محصول جانبی مراحل پایانی کارخانه اورانیم نیز منبع مهم دیگری محسوب می‌شود. اسکاندیم خالص را بصورت تجاری از کاهش فلورید اسکاندیم بوسیله کلسیم تولید می‌کنند.
خصوصیات قابل توجه
اسکاندیم ، عنصری است فلزی ، کمیاب ، نرم ، سیمگون ، سه ظرفیتی و بسیار سبک که اگر در معرض هوا قرار بگیرد، رنگ تا حدی زردفام یا صورتی تولید می‌کند. این عنصر ، بیش از آلومینیم یا تیتانیم ( که در جدول تناوبی به آن نزدیکتر هستند) به ایتریم و فلزات خاکی کمیاب شبیه است. رایج‌ترین حالت اکسیداسیون اسکاندیم ، 3+ است و این فلز تحت تاثیر مخلوط 1:1 HNO3 و 48% HF قرار نمی‌گیرد.
کاربردهــــــــا
تقریباً سالانه 20 کیلوگرم اسکاندیم در آمریکا ( به شکل Sc2O) برای ساخت نورهای پر تنجش مورد استفاده قرار می‌گیرد. از ایزوتوپ رادیواکتیو Sc-46 در کراکرهای پالایش نفت بعنوان عامل ترسیم استفاده می‌شود. درصورت افزودن یدید اسکاندیم به لامپهای بخار جیوه ، یک منبع نوری مصنوعی شبیه نور خورشید و بسیار کارآمد ایجاد می‌شود که در مکانهای سرپوشیده یا تلویزیونهای رنگی ، شب هنگام کاربرد دارد. همچنین اسکاندیم دارای نقطه ذوبی پایین‌تر از آلومینیم می‌باشد و کاربرد احتمالی آن در فضاپیماها تحت بررسی است.
ایزوتوپهـــــــــا
اسکاندیم بطور طبیعی دارای 1 ایزوتوپ پایدار (اسکاندیم 45) و 13 رادیوایزوتوپ است که پایدارترین آنها اسکاندیم 46 با نیمه عمر 83,79 روز ، اسکاندیم 47 با نیمه عمر 3,3492 روز و اسکاندیم 48 با نیمه عمر 43,67 ساعت می‌باشند. مابقی ایزوتوپها دارای نیمه عمرهایی کمتر از 4 ساعت هستند که اکثر آنها نیز نیمه عمری کمتر از 2 دقیقه دارند. این عنصر همچنین دارای 5 حالت متا است که پایدارترین آنها Scm-44( t6/58 ساعت) می‌باشد.
ایزوتوپهای اسکاندیم از نظر وزن اتمی بین amu978/39 (اسکاندیم 40) و amu 963/53 (اسکاندیم 54) قرار دارند. حالت فروپاشی اولیه قبل از تنها ایزوتوپ پایدار (اسکاندیم 45) جذب الکترون و حالت اولیه پس از آن انتشار بتا می‌باشد. محصولات فروپاشی اولیه قبل از اسکاندیم 45 ایزوتوپهای عنصر 20 (کلسیم) هستند و محصولات اولیه پس از آن ایزوتوپهای عنصر 22 (تیتانیم) می‌باشند.
هشدارهـــــــا
پودر فلز اسکاندیم بسیار قابل احتراق بوده ، خطر آتش‌زایی به همراه دارد.
نام , علامت اختصاری , شماره Scandium, Sc, 21
گروه شیمیایی فلز انتقالی
گروه , تناوب , بلوک 3, 4 , d
جرم حجمی , سختی 2985 kg/m3 , U/K
رنگ سفید نقره ای
خواص اتمی
وزن اتمی 44.955910 amu
شعاع اتمی (calc.) 160 «184» pm
شعاع کووالانسی 144 pm
شعاع وندروالس اطلاعات موجود نیست
ساختار الکترونی Ar]3d1 4s2]
e- بازای هر سطح انرژی 2, 8, 9, 2
درجه اکسیداسیون (اکسید) 3 (باز ضعیف)
ساختار کریستالی شش گوش
خواص فیزیکی
حالت ماده جامد __)
نقطه ذوب 1814 K (2806 °F)
نقطه جوش 3103 K (5126 °F)
حجم مولی 15.00 ש»10-6 ««متر مکعب بر مول
گرمای تبخیر 314.2 kJ/mol
گرمای هم‌جوشی 14.1 kJ/mol
فشار بخار 22.1 Pa at 1812 K
سرعت صوت اطلاعات موجود نیست m/s at 293.15 K
متفرقه
الکترونگاتیویته 1.36 (درجه پائولینگ)
ظرفیت گرمایی ویژه 568 J/kg*K
رسانائی الکتریکی 1.77 106/m اهم
رسانائی گرمایی 15.8 W/«m*K)
1st پتانسیل یونیزاسیون 633.1 kJ/mol
2nd پتانسیل یونیزاسیون 1235.0 kJ/mol
3rd پتانسیل یونیزاسیون 2388.6 kJ/mol
4th پتانسیل یونیزاسیون 7090.6 kJ/mol
5th پتانسیل یونیزاسیون 8843 kJ/mol
6th پتانسیل یونیزاسیون 10679 kJ/mol
7th پتانسیل یونیزاسیون 13310 kJ/mol
8th پتانسیل یونیزاسیون 15250 kJ/mol
9th پتانسیل یونیزاسیون 17370 kJ/mol
10th پتانسیل یونیزاسیون 21726 kJ/mol
-
ایتریوم
ایتریوم یکی از عناصر شیمایی جدول تناوبی است که نماد آن Y و عدد اتمی آن 39 می‌باشد. این عنصر ، فلز انتقالی براق و سفید است. ایتریبیوم در کانی‌های عناصر کمیاب خاکی یافت می‌شود که دو نوع از ترکیبات آن در ساخت رنگ قرمز برای تلویزیونهای رنگی مصرف می‌شود.
خصوصیات قابل توجه
ایتریوم ، فلزی براق ، پُرجلوه و فروزنده و کمیاب است که نسبتا در هوا مقاوم بوده و از نظر شیمیایی شبیه به لانتانیدها می‌باشد. خرده‌های این فلز در دمای بالاتر از 400 درجه در هوا مشتعل می‌شود . اگر ایترویم به ذرات بسیار ریز تقسیم شود، مقاومت خود را در مقابل هوا از دست می‌دهد. حالت متداول اکسیداسیون این عنصر +3 می‌باشد.
کاربردها
اکسید ایتریوم از مهمترین ترکیبات ایتریوم است که بیشتر در ساخت اروپیم Y7O4 و Y2O3 استفاده می‌شود که رنگ قرمز لامپ تصویر تلویزیونهای رنگی را تولید می‌کند.
اکسید ایترویم همچنین در ساخت گارنت آهن-ایتریوم استفاده می‌شود که صافی‌های مایکروویو بسیار موثری هستند.
آهن ایترویم ، آلومینیوم و گادولینیوم ، خاصیت مغناطیسی جالبی دارند. Yttrium-iron-garnet به‌عنوان فرستنده و پخش کننده انرژی شنوایی بسیار موثر است. Yttrium Aluminum Garnet دارای سختی 8.5 است و همچنین به‌خاطر شباهت به الماس به‌عنوان سنگ جواهر استفاده می‌شود.
مقدار کمی از این عنصر (0.2% تا 0.1) برای کم کردن اندازه دانه‌های کروبیوم ، مولیبدنوم و زیرکنونیوم استفاده می‌شود و همچنین در افزایش مقاومت آلومینیوم و منیزیم کاربرد دارد.
به‌عنوان کاتالیزور برای پلیمر کردن گارنت آلومینیوم -ایتریوم ، فلورید لیتیوم ایتریوم و ایتریوم و انادیت در ترکیب دو پنتها مانند نئودیمیوم یا اربیم در لیزرهای مادون قرمز استفاده می‌شوند.
این عنصر برای احیا کردن وانادیوم و دیگر غیر فلزان استفاده می‌شود.
ایتریوم به‌عنوان سازنده چدن گره دار شناخته شده که خاصیت رسانایی آن را افزایش می‌دهد. (گرافیت در ساخت چدن گره دار گره‌ها را به هم متراکم می‌کند تا از پوسته پوسته شدن آن جلوگیری کند.) از آن جا که اکسید ایتریوم ، نقطه ذوب بالاتر پایداری بیشتر و از استنباط کمتری نسبت به شیشه برخوردار است می‌تواند در فرمول ساخت شیشه و یا سرامیک استفاده شود.
تاریخچه
Ytterby که توسط "Johann Gadolin" در سال 1794کشف شد و توسط "Friedrich ohler" در سال 1828 به‌عنوان عصاره ناخالص Yttria از عمل احیاء کلرید YCl3 با پتاسیم بدست آمد. Yttria یعنی (Y2O3) اکسید ایتریوم است و توسط "Johan Gadolin" در سال 1794 در معدن Gadolinite در Yetterby کشف شد.
در سال 1843 ، "Carl Mosander" ثابت کرد که Yttria می‌تواند به اکسید سه عنصر متفاوت تقسیم شود. Yttria نامی بود که برای مهمترین عنصر استفاده می‌شد و نام بقیه عناصر Erbia و Terbia بود. معدن سنگی که در نزدیکی دهکده Ytterby واقع شده معادن غیر معمولی زیادی در بردارد که سنگهای کمیاب زمین و دیگر عناصر در آن یافت می‌شود. عناصر Erbium ، Terbium ، Ytterbium و Yttrium همه از روی نام این معدن نامگذاری شده‌اند.
پیدایش
این عنصر در بیشتر معادن کمیاب زمین و سنگ معدن اورانیوم یافت می‌شود، اما هرگز به‌صورت طبیعی به‌عنوان عنصر آزاد وجود ندارد. ایتریوم به‌صورت اقتصادی از خاک Monazite به مقدار 3% Ce ، Po، la و همچنین از Bastnasite به مقدار 0.2% Ce ، La بازیافت می‌شود. این عنصر توسط عمل تقلیل فلوروئید ایتریوم توسط فلز کلسیم بدست می‌آید، اما با روشهای دیگر نیز تولید می‌شود. جدا کردن این فلز از دیگر عناصر کمیاب بسیار سخت است، زیرا هنگام استخراج به‌صورت پودر طوسی تیره رنگ می‌باشد. نمونه‌های صخره‌های قمری از Apollo program حاوی مقادیر زیادی از این عنصر می‌باشند.
ایزوتوپها
ایزوتوپ طبیعی تنها از یک ایزوتوپ 89Y تشکیل شده است. پایدارترین رادیو ایزوتوپ اکتیو Y-88 با نیمه عمر 106.65 روز و Y-91 با نیمه عمر 58.51 روز می‌باشند. تمام ایزوتوپهای دیگر آن نیمه عمری کمتر از یک روز دارند، بجز Y-87 که نیمه عمر آن 79.8 ساعت است. حالت زوال ایزوتوپی در ایزوتوپهای زیر Y-89 الکترون گیری و حالت بعد از آن حذف بتا می‌باشد. برای این عنصر 26 ایزوتوپ ناپایدار شناخته شده است.
Y-90 در موازنه با ایزوتوپ هم خانواده اس استرونیوم 90 که محصول انفجار اتمی می‌باشد، وجود دارد.
هشدارها
اگرچه ترکیباتی که حاوی این عنصر هستند، بسیار سمی می‌باشند، ولی به‌ندرت در دسترس آدمی قرار می‌گیرد. نمک ایتریوم ممکن است سرطان‌زا باشد. این عنصر به‌طور معمول در بافت انسانی وجود ندارد و نقش حیاتی در زندگی آدمی بازی نمی‌کند.
نام, علامت اختصاری, شماره Yttrium, Y, 39
گروه شیمیایی فلز انتقالی
گروه, تناوب, بلوک 3 «IIIB), 5 , d
جرم حجمی, سختی 4472 kg/m3, __
رنگ سفید نقره ای
خواص اتمی
وزن اتمی 88.90585 amu
شعاع اتمی (calc.) 180 (212) pm
شعاع کووالانسی 162 pm
شعاع وندروالس no data
ساختار الکترونی [Kr]4d15s2
-e بازای هر سطح انرژی 2, 8, 18, 9, 2
درجه اکسیداسیون (اکسید) 3 (باز ضعیف)
ساختار کریستالی شش گوشه
خواص فیزیکی
حالت ماده جامد
نقطه ذوب 1799 K (2779 °F)
نقطه جوش 3609 K (6037 °F)
حجم مولی 19.88 ש)10-6 متر مکعب بر مول
گرمای تبخیر 363 kJ/mol
گرمای هم جوشی 11.4 kJ/mol
((فشار بخار 5.31 Pa at 1799 K
سرعت صوت 3300 m/s at 293.15 K
متفرقه
الکترونگاتیویته 1.22 (درجه پاولینگ)
ظرفیت گرمایی ویژه 300 J/kg*K
رسانائی الکتریکی 1.66 106/m اهم
رسانائی گرمایی 17.2 W/m*K
1st پتانسیل یونیزاسیون 600 kJ/mol
2nd پتانسیل یونیزاسیون 1180 kJ/mol
3rd پتانسیل یونیزاسیون 1980 kJ/mol
4th پتانسیل یونیزاسیون 5847 kJ/mol
5th پتانسیل یونیزاسیون 7430 kJ/mol
6th پتانسیل یونیزاسیون 8970 kJ/mol
7th پتانسیل یونیزاسیون 11190 kJ/mol
8th پتانسیل یونیزاسیون 12450 kJ/mol
9th پتانسیل یونیزاسیون 14110 kJ/mol
10th پتانسیل یونیزاسیون 18400 kJ/mol
-
لوتتیوم
لوتتیم ، عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی دارای نشان Lu و عدد اتمی 71 می‌باشد. لوتیتم که عنصر فلزی گروه عناصر خاکی کمیاب است، در طبیعت معمولا" به همرا ه ایتریم یافت می‌شود و گاهی اوقات در آلیاژهای فلزی بکار رفته و در فرآیندهای مختلف ، نقش کاتالیزور دارد.
تاریخچـــــــــه
لوتیتم ( از واژه لاتین Lutetia به معنی پاریس) در سال 1907 توسط "Georges Urbain" شیمیدان فرانسوی و "Baron Carol Auer von Welsbach" کانی‌شناس اتریشی مستقلا" کشف شد. هر دوی آنها این عنصر را در ناخالصی موجود در ایتریم معدنی کشف نمودند که به عقیده "Jean Charles Galissard de Marignac" شیمیدان سوئیسی ( و بیشتر شیمیدانان دیگر ) تماما" متشکل از ایتربیم بود.
جداسازی لوتیتم ایتربیم Marignac برای اولین بار توسط Urbain توصیف شد و و افتخارنامگذاری این عنصر نصیب او گشت. او نامهای "neoytterbium" ( ایتربیم جدید) و "lutecium" را برای این عنصر جدید انتخاب کرد، اما بالاخره نام "neoytterbium" بصورت "ytterbium" برگشت نمود و در سال 1949، نگارش عنصر 107 به شکل lutetium ( لوتیتم ) تغییر نمود. Welsbach نامهای cassiopium را برای عنصر 71 ( برگرفته از نام نجومی Cassiopeia ) و albebaranium را برای نام جدید ایتربیم پیشنهاد کرد، اما این اسامی مورد تایید قرار نگرفت؛ ( گرچه بسیاری از دانشمندان آلمانی هنوز عنصر 71 را cassiopium می‌نامند. )
پیدایـــــــش
لوتیتم که اغلب نه به‌تنهایی بلکه با فلزات خاکی دیگر یافت می‌شود، بسیار سخت از سایر عناصر جدا می‌شود و کمترین فراوانی را در میان تمامی عناصر طبیعی دارد. کانی تجاری اصلی لوتیتم ، سنگ معدن مانزونیت Ce,La,PO و ... است که حاوی 0,003% این عنصر می‌باشد. فلز لوتیتم خالص فقط تاحدی در سالهای اخیر جداسازی شده و تهیه آن بسیار دشوار است ( بنابراین یکی از نادرترین و گرانترین فلزات خاکی کمیاب است ). لوتیتم را با روش جابجایی یونی از عناصر خاکی کمیاب دیگر بدست می‌آورند ( کاهش LuCl3 یــــا LuF3 بوسیله یک فلز قلیایی و یا یک فلز قلیایی خاکی انجام می‌شود ).
خصوصیات قابل توجه و کاربردها
لوتیتم ، فلزی سیمگون ، سه ظرفیتی و مقاوم در برابر فرسودگی است که نسبتا" در هوا پایدار و سنگین‌ترین و سخت‌ترین عنصر خاکی کمیاب به‌شمار می‌رود. چون تهیه این فلز بصورت مقادیر مفید بسیار گران می‌باشد، بنابراین کاربردهای تجاری بسیار کمی دارد. اما لوتیتم پایدار را می‌توان در پالایشگاهها و بعنوان کاتالیزور در کراکینگ بنزین مورد استفاده قرار داد. موارد استفاده دیگر آن ، در آلکیلاسیون ، هیدروژناسیون و پلیمریزاسیون می‌باشد.
ایزوتوپهـــــــا
لوتیتم ، بطور طبیعی دارای 1 ایزوتوپ پایدار Lu-175 ( وفور طبیعی 97,41% ) می‌باشد. 33 ایزوتوپ پرتوزا هم برای آن شناسائی شده که پایدارترین آنها لوتیتم 176 با نیم عمر 3,78 سال ( فراوانی طبیعی 2,59% ) ، لوتیتم 174 با نیمه عمر 3,31 سال و لوتیتم 173 با نیمه عمر 1,37 سال می‌باشد. کلیه ایزوتوپهای دیگر آن دارای نیمه عمری کمتر از 9 روز هستند که نیمه عمر اکثر آنها کمتر از نیم ساعت می‌باشد. همچنین این عنصر دارای 8 meta states است.
ایزوتوپهای لوتیتم از نظر وزن اتمی بین amu 149,973 (لوتیتم 150) و amu 961,183 (لوتیتم 184) قرار دارند. حالت فروپاشی اولیه قبل از فراوانترین ایزوتوپ پایدار ، ( لوتیتم 175 ) جذب الکترون ( با مقداری ارسال الکترون مثبـت و آلفا ) است و اولین حالت بعد از آن ارسال بتا می‌باشد. محصولات فروپاشی اولیه قبل از لوتیتم 175 ایزوتوپهای عنصــــــــــــــر 70 ( ایتربیم ) و محصولات اولیه بعد از آن ایزوتوپهای عنصر 72 ( هافنیم ) هستند.
ترکیبات
فلورید : LuF3 ، کلرید : LuCl3 ، برمید : LuBr3 ، یدید : LuI3 ، اکسید : Lu2O3 ، سولفید: Lu2S3 ، تلورید : Lusub>2Te3 ، نیترید : LuN.
هشدارهــــــــــا
لوتیتم مانند سایر فلزات خاکی کمیاب ، دارای درجه مسمومیت کمی است، اما بهرحال با این فلز و مخصوصا" ترکیبات آن باید بسیار با احتیاط رفتار شود. گرده فلزی این عنصر خطر آتش‌زائی و انفجار به همراه دارد. لوتیتم هیچگونه نقش بیولوژیکی در بدن انسان ندارد، اما احتمالا" به افزایش متابولیسم کمک می‌کند
نام, علامت اختصاری, شماره Lutetium, Lu, 71
گروه شیمیایی فلز انتقالی
گروه, تناوب, بلوک 3, 6 , d
جرم حجمی, سختی 9841 kg/m3, __
رنگ سفید نقره ای
خواص اتمی
وزن اتمی 174.967 amu
شعاع اتمی (calc.) 175 «217» pm
شعاع کووالانسی 160 pm
شعاع وندروالس no data
ساختار الکترونی [Xe]4f14 5d1 6s2
-e بازای هر سطح انرژی 2, 8, 18, 32, 9, 2
درجه اکسیداسیون (اکسید) 3 (باز ضعیف)
ساختار کریستالی شش گوشه
خواص فیزیکی
حالت ماده جامد __)
نقطه ذوب 1925 K (3006 °F)
نقطه جوش 3675 K (6156 °F)
حجم مولی 17.78 ש»10-6 ««متر مکعب بر مول
گرمای تبخیر 355.9 kJ/mol
گرمای هم‌جوشی 18.6 kJ/mol
فشار بخار 2460 Pa at 1936 K
سرعت صوت no data
متفرقه
الکترونگاتیویته 1.27 (درجه پاولینگ)
ظرفیت گرمایی ویژه 150 J/kg*K
رسانائی الکتریکی 1.85 106/m اهم
رسانائی گرمایی 16.4 W/m*K
1st پتانسیل یونیزاسیون 523.5 kJ/mol
2nd پتانسیل یونیزاسیون 1340 kJ/mol
3rd پتانسیل یونیزاسیون 2022.3 kJ/mol
4th پتانسیل یونیزاسیون 4370 kJ/mol
5th پتانسیل یونیزاسیون 6445 kJ/mol
-
لارنسیم
لارنسیم ، عنصر مصنوعی است که در جدول تناوبی دارای نشان Lr و عدد اتمی 103 می‌باشد. لارنسیم ، عنصر خاکی کمیاب ، رادیواکتیو و کم‌عمر است که از کالیفرنیم بدست آمده و هیچ کاربرد مشخصی ندارد.
تاریخچـــــــــه
لارنسیم را "Albert Ghiorso" و "Torbjorn Sikkeland" و "Almon Larsh" و "Robert M. Latimer" در 14 فوریه 1961 در آزمایشگاه اشعه برکلی ( امروزه بنام آزمایشگاه ملی Lawrence Berkeley شناخته می‌شود ) واقع در دانشگاه کالیفرنیا ، برکلی ، کشف کردند. این عنصر با بمباران یک هدف 3 میلی گرمی متشکل از ســــه ایزوتوپ کالیفرنیم با یونهـــای B-10 و B-11 در شتاب دهنده خطی یونهای سنگین (HILAC ) تولید شد.
هسته‌های تغییر شکل یافته ، شارژ الکتریکی شدند، تحت تاثیر یک محیط هلیمی قرار گرفتند و بر روی یک نوار نقاله مسی باریکی جمع شدند. سپس با انتقال این نوار ، اتمهای جمع شده را درجلوی گروهی از نمایان‌سازهای (Detector) جامد قرار دادند. تیم برکلی گزارش کرد که ایزوتوپ 257 عنصر 103 با این روش کشف شد و با ارسال ذرات آلفا MeV6/8 با نیم عمر 4,2 ثانیه متلاشی گشت.
در سال 1967 ، محققانی در دوبنا ، روسیه ، گزارش کردند که قادر به تایید یک ارسال کننده آلفا با نیمه عمر 4,2 ثانیه بعنوان 103-257 نیستند. این تصور از آن زمان به بعد به شکل Lr-258 یا Lr-259 تغییر یافته است. برای عنصر 103 یازده ایزوتوپ تعیین شده که Lr-262 با نیمه عمر 216 دقیقه طولانی‌ترین عمر را دارد ( که بصورت نوبلیم 256 متلاشـــــــــی می‌شود ).
ایزوتوپهای لارنسیم از طریق ارسال آلفا ، شکافت خود بخود و جذب الکترون متلاشی می‌شوند. ( به‌ترتیب از بیشترین تا کمترین گونه‌های مشترک).
نام این عنصر توسط انجمن شیمی آمریکا در اشاره به "Ernest Lawrence" مخترع شتاب دهنده مطرح شد. در آغاز نشان Lw مورد استفاده قرار گرفت، ولی در سال 1963 بصورت Lr تغییر یافت. در سال 1997 ، انجمن بین‌المللی شیمی کاربردی و محض ( IUPAC ) در نشستی در ژنو ، نام لارنسیم و سمبل Lr را به تصویب رساند.
خصوصیات قابل توجه
شکل ظاهری این عنصر ، ناشناخته است، اما احتمالا" سفید نقره‌ای یا خاکستری و فلزی می‌باشد. اگر مقدار کافی لارنسیم ساخته می‌شد، خطر تابش اشعه وجود می‌داشت. اطلاعات کمی درباره خصوصیات شیمیایی این عنصر در دست است، ولی تحقیقات ابتدائی درباره تعدادی از اتمها نشان می‌دهد، این عنصر رفتاری شبیه اکتینیدها دارد.
لارنسیم در جدول تناوبی جزو گروه اکتینیدها بوده ، هنوز هم اغلب اینگونه است، با اینهمه عنصر 103 برخلاف سایر عناصر خاکی کمیاب یک عنصر D-block می‌باشد و بنابراین بطور فزاینده در حال جایگزینی سایر عناصر D-block در گروه عناصر واسطه است.
-
تیتانیم
تیتانیم عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی دارای نشان Ti و عدد اتمی 22 می باشد. تیتانیم که عنصری است نرم ، سبک، نقره ای براق ، درخشان و فلز انتقالی مقاوم در برابر فرسایش ، در آلیاژهای محکم و سبک و رنگدانه های سفید کاربرد دارد. این عنصر در مواد معدنی متعددی وجود دارد ولی منابع اصلی آن روتیل و ایلمنیت هستند.
خصوصیات قابل توجه
تیتانیم عنصر فلزی است که به سبب مقاومت زیاد خود در برابر فرسودگی ( تقریبا" به مقاومت پلاتینیم) و استحکامی که نسبت به وزن خود دارد معروف است. فلزی است سبک ، محکم، قابل ساخت آسان با جرم حجمی پایین 40% ( هم چگال با فولاد) که به شکل خالص کاملا" چکش خوار، آسان برای کار ، براق و به رنگ نقره ای درخشان می باشد.نقطه ذوب نسبتا" زیاد این عنصر آنرا به یک فلز دیر گداز مفید تبدیل کرده است.تالیم به سختی فولاد اما 45% سبکتر از آن است وبا اینکه 60% سنگین تراز آلومینیم می باشد دو برابر محکم تر از آن است.این خصوصیات ، تیتانیم رادر برابرانواع معمولی فرسودگی بسیار مقاوم می کند.
این فلز در معرض هوا یک لایه اکسید بی اثری را تولید می کند اما اگر در محیطهای بدون اکسیژن قرار گیرد انعطاف پذیر است.این فلز که اگر در هوا گرم شود شروع به سوختن می کند، تنها عنصری است که می تواند در گاز نیتروژن خالص بسوزد. تیتانیم در مقابل اسید سولفوریک رقیق ، اسید هیدروکلرید ریک ، گاز کلر، محلولهای کلرید و بیشتر اسیدهای آلی مقاوم است.
تجربیات نشان داده که تیتانیم بعد از بمباران با دوترون بسیار رادیواکتیو شده و عمدتا" ارسال پوزیترون و اشعه های نیرومند گاما می کند. این عنصر دارای دو گونه است ؛ شکل آلفا چهار ضلعی که در دمای 880 درجه سانتیگراد به آرامی به شکل بتا مکعبی تغییر می کند.اگر در اثر حرارت سرخ شود با اکسیژن ترکیب شده و در حرارت 550 درجه سانتیگراد با کلر ترکیب می گردد.
کاربردهـــــــــا
تقریبا" 95% تیتانیم به شکل دی اکسید تیتانیم ( TiO))2) مصرف می شود که ((رنگدانه سفید ثابتی است با قدرت پوشش خوب در رنگها ، کاغذ و پلاستیکها. رنگهایی که با دی اکسید تیتانیم ساخته می شوند منعکس کننده های بسیار خوب پرتو مادون قرمز هستند و بنابراین منجمان بطور گسترده ای از آن استفاده می کنند.
آلیاژهای تیتانیم به علت استحکام ، سبکی ، مقاومت بسیار زیاد در برابر فرسودگی و توانایی تحمل حرارتهای بسیار زیاد در هواپیما و موشک مورد استفاده قرار می گیرند اگرچه کاربردهای آن در محصولات مصرفی مثل چوب گلف ، دوچرخه و کامپیوترهای laptop نیز در حال رواج است.تیتانیم بیشتر با آلومینیم آهن ، منگنز،مولیبدنم و مواد دیگر آلیاژ می سازد.
سایر کاربردها:
به علت مقاومت زیاد آن در برابر آب دریا از آن برای ساخت میله های پروانه و وسایل کشتی استفاده می شود.
برای ساخت سنگ جواهرهای مصنوعی ظریف بکار می رود.
مایع بی رنگ تتراکلرید تیتانیم ( TiCl4) برایiridize شیشه مورد استفاده قرار می گیرد و چون در هوای مرطوب شدیدا" تولید بخار می کند برای ایجاد پرده دود) جهت استتار) نیز کاربرد دارد.
علاوه بر اینکه دی اکسید تیتانیم رنگدانه بسیار مهمی است چون خودش توانایی محافظت از پوست را دارد در کرمهای ضد آفتاب بکار برده می شود.
چون این فلز از نظر فیزیولوژیکی بی اثر محسوب می شود از آن در پیوندهای جایگزینی مفصل مثل لگن مورد استفاده است.
به علت بی اثری و رنگهای جذاب، استفاده از آن بعنوان زیورآلات بدن رایج شده است.
یکی از کاربردهای بالقوه تیتانیم در کارخانه های آب شیرین کن است.
تاریخچــــــــه
تیتانیم ( واژه لاتین Titans اولین فرزند پسر Gaia) در سال 1791 در انگلستان توسط جناب William Gregor که متوجه وجود عنصرجدیدی در ایلمنیت شده بود کشف شد.این عنصر چند سال بعد توسط Heinrich Klaproth شیمیدان آلمانی در کانی روتیل دوباره کشف گردید. در سال 1795 Klaproth این عنصر جدید را بر اساس Titan در اساطیر یونان نامگذاری نمود.
Matthew A. Hunter در سال 1910 بوسیله حرارت دادن TiCl4 با سدیم در بمب فولادی در دمای 800-700 درجه سانتیگراد برای اولین بار تیتانیم فلزی خالص ( 9/99%) تهیه کرد.
فلز تیتانیم تا سال 1946 خارج از آزمایشگاه کاربردی نداشت در این سالWilliam Justin Kroll اثبات نمود که می توان تیتانیم را بوسیله کاهش تتراکلرید تیتانیم با منیزیم بصورت تجاری تولید کرد( این روش امروزه همچنان مورد استفاده است ).
پیدایــــــش
فلز تیتانیم در طبیعت بصورت ترکیب با سایر عناصر وجود دارد و این عنصر نهمین عنصر فراوان در پوسته زمین محسوب می شود ( 06/0% کل جرم) و در بیشتر سنگهای آذرین و رسوبات آنها یافت می شود.بیشتر در مواد معدنی brookite, ilmenite, leucoxene, perovskite, rutile، anatase و sphene وجود داشته و نیز در سنگ معدن آهن و titanates دیده می شود.از میان این مواد معدنی فقط ilmenite، leucoxene و rutileاز نظر اقتصادی اهمیت دارند.چون تیتانیم به راحتی در دماهای زیاد با اکسیژن و کربن واکنش می کند تهیه فلز تیتانیم خالص مشکل است. منابع مهم تیتانیم در استرالیا ، اسکاندیناوی ، آمریکای شمالی و مالزی قرار دارند.
این فلز در شهاب سنگها یافت شده وحضورآن در خورشید و ستارگان M-type نیز آن شناسایی شده است. سنگهایی در ماموریت آپولو 17 از ماه آورده شده اند حاوی 1/12% TiO2 هستند. بعلاوه تیتانیم در خاکستر ذغال سنگ، گیاهان و حتی بدن انسان یافت شده است.
تولیـــــــد
فلز تیتانیم بصورت تجاری بوسیله کاهش TiCl4 با منیزیم تولید می شود این فرآیند را William Justin Kroll در سال 1946 ابداع کرد.این فرآیند گروهی ، گران و پیچیده است اما ممکن است فرآیند جدیدتری که روش "FFC-Cambridge" نامیده می شود جایگزین روش قدیمی گردد. در این روش از ماده خام پودر دی اکسید تیتانیم ( که شکل تصفیا شده روتیل است) برای تولید نهایی که جریان مداومی از تیتانیم مذاب است استفاده می شود. از این محصول بلافاصله در ساخت آلیاژهای تجاری بهره می برند.
امید است با استفاده از روش FFC-Cambridge مقدار بیشتری تیتانیم و باهزینه ای کمتربرای صنعت هوافضا و بازار کالاهای زینتی تهیه شود و شاهد استفاده از این فلز در محصولاتی که در حال حاضراز آلومینیم و انواع خاص فولاد استفاده می کنند باشیم.
ترکیبــــــــات
اگرچه فلز تیتانیم به علت هزینه زیاد استخراج نسبتا" متداول نیست ، دی اکسید تیتانیم ارزان،به مقدار زیاد موجود و دارای کاربرد وسیعی بعنوان رنگدانه سفید در صنعت رنگ سازی ، پلاستیک و سیمان ساختمان می باشد.پودرTio2 از نظر شیمیایی بی اثراست ، در نور آفتاب رنگ خود را حفظ می کند و بسیار مات است : این خصوصیت باعث می شود تا مواد شیمیایی خاکستری یا قهوه ای که بیشتر پلاستیکهای خانگی را تشکیل می دهند به رنگ سفید خالص درخشانی تبدیل کند.دی اکسید تیتانیم خالص دارای ضریب شکست بسیار بالا و تجزیه نوری بیشتر ازالماس است. یاقوت کبودستاره ای و یاقوت قرمز درخشندگی خود را از دی اکسید تیتانیوم موجود در خود میگیرند.
ایزوتوپهــــــا
تیتانیم بطور طبیعی دارای 5 ایزوتوپ پایدار تیتانیم 46، تیتانیم47، تیتانیم48، تیتانیم49 و تیتانیم50 است که فراوان ترین آنها تیتانیم 48 ( فراوانی طبیعی 8/73%) می باشد . 11 رادیوایزوتوپ هم برای این عنصر شناسایی شده که پایدار ترین آنها تیتانیم 44 بانیمه عمر 63 سال، تیتانیم 45 با نیمه عمر 8/184 دقیقه، تیتانیم 51 با نیمه عمر 76/5 دقیقه و تیتانیم 52 با نیمه عمر7/1 دقیقه هستند. سایر ایزوتوپهای رادیواکتیو نیمه عمری کمتر از 33 ثانیه دارند که نیمه عمر اکثر آنها کمتر از نیم ثانیه می باشد.
ایزوتوپهای تیتانیم از نظر وزن اتمی بین amu99/39 (تیتانیم 40) و amu966/57 (تیتانیم 58) قرار دارند.حالت فروپاشی اولیه قبل از فراوان ترین ایزوتوپ (تیتانیم 48) جذب الکترون و حالت اولیه پس از آن ارسال بتا می باشد. محصول فروپاشی اولیه قبل از تیتانیم 48 ایزوتوپهای عنصر 21 ( اسکاندیم) و محصول اولیه پس از آن ایزوتوپهای عنصر 23 ( وانادیم) می باشد.
هشدارهــــــــا
پودر فلز تیتانیم خطر جدی آتش زایی دارد اما نمکهای آنرا در بیشتر موارد نسبتا"بی ضرر به حساب می آورند.اما ترکیبات با کلررا مثل TiCl3 و TiCl4 باید خورنده در نظر گرفت . تیتانیم به تجمع در بافتهایی از بدن که دارای سیلیکا است تمایل دارد اما این عنصر هیچگونه نقش بیولوژیکی شناخته شده ای در انسان ندارد.
منبع
Los
Guide to the Elements - Revised Edition, Albert Stwertka, (Oxford University Press; 1998) ISBN 0-19-508083-1
http://minerals.usgs.gov/minerals/pu...dity/titanium/ USGS Titanium Statistics and Information
-
زیرکونیوم
زیرکونیوم ، یکی از عناصر شیمیایی جدول تناوبی است که نماد آن ، Zr و عدد اتمی آن 40 می‌باشد. فلزی فروزنده به رنگ سفید و طوسی است که قابلیت تغییر از حالتی به حالت دیگر را داشتده و شبیه تیتانیوم است. زیرکونیوم بطور عمده از زیرکون بدست می‌آید و در برابر زنگ‌زدگی بسیار مقاوم است. زیرکونیوم عمدتا در راکتورهای اتمی برای جذب کردن نوترون و برای ساختن فلزاتی که در برابر زنگ‌زدگی مقاوم هستند، استفاده می‌شود.
تاریخچه
این عنصر که نام آن از Zarkn عربی و Zargntext فارسی گرفته شده است، در سال 1789 توسط "Laproth" کشف شد و در سال 1824، توسط "Jons Jakob Berzelius" به‌صورت مجزا بدست آمد. زیرکونیوم که شامل زیرکون معدنی و دیگر واریاسونها مانند Jargon ، Hyacinth Jiacnith ، ligure می‌باشد، در نوشته‌های انجیل ذکر شده است. تا زمانی که Laproth ، جارگون jargon را از Ceylon در اقیانوس هند تجزیه نکرده بود، تصور نمی‌شد که این عنصر جدید را بتوان در معادن یافت. او این عنصر جدید را (Zirkonertz (Zircnia نامید.
این فلز ناخالص اولین بار توسط Berzelius بوسیله حرارت دادن مخلوطی از پتاسیم و فلوئورید زیرکونیوم پتاسیوم ، در یک فرایند تجزیه در یک لوله آهنی تجزیه شد. زیرکونیوم خالص تا سال 1914 بدست نیامد.
پیدایش
زیرکونیوم هیچوقت در طبیعت به صورت آزاد یافت نمی‌شود. اصلی‌ترین منبع اقتصادی زیرکونیوم ، معدن سیلیکات زیرکونیوم است. زیرکون ZrSiOsub>4 در استرالیا ، برزیل ، هند ، روسیه و ایالات متحده وجود دارد. زیرکون به‌صورت پودر بی‌رنگ یا ماده بلوری و طوسی‌رنگ استخراج می‌شود. زیرکونیوم و Hafnium به نسبت 50 به 1 در زیرکون وجود دارند و جدا کردن آنها بسیار دشوار است.
زیرکون ، فراورده فرعی معدن کاری و فرایند تهیه شن‌های معادن سنگین برای معادن تیتانیوم ، Ilmenite و Rutile یا معادن قلع است. همچنین زیرکونیوم در 30 نوع از معادن دیگر که شامل Baddeleyite می‌شود، وجود دارد. این فلز با کم کردن کلرید بوسیله منیزیم در فرآیند kroll تولید می‌شود. البته روشهای دیگری نیز برای تولید این فلز وجود دارد. زیرکونیوم با کیفیت اقتصادی و تجاری نیز حاوی 1 تا 3 درصد hafnium است.
این فلز همچنین در ستاره‌های S-Type بسیار فراوان است و در خورشید و سنگهای آسمانی نیز شناسایی شده است. نمونه سنگهای قمری که در چندین ماموریت Apollo جمع آوری شده‌اند، نشان می‌دهند که این سنگها به نسبت صخره‌های زمینی از مقدار بسیار بیشتری اکسید زیرکونیوم برخوردارند.
خصوصیات قابل توجه
زیرکونیوم ، فلزی به رنگ سفید-طوسی و فروزنده است که بطور استثنایی در برابر زنگ‌زدگی مقاوم است. زیرکونیوم سبکتر از فولاد بوده ، سختی آن شبیه به مس است. این عنصر وقتی به ذرات ریز تقسیم شود، به سرعت در هوا مشتعل می‌شود (مشتعل کردن این فلز در حالت جامد بسیار دشوارتر است. ) فلز "Zirconium Zinc" در دمای پایین تر از 35k خاصیت آهن ربایی پیدا می کند. حالت اکسیداسیون متداول برای زیرکونیوم +2و+3و+4 است.
کاربردها
مهمترین کاربردهای زیرکونیوم ، در صنعت سفال‌سازی به‌صورت جسم نسوز و ماسه ریخته‌گری می‌باشد.
به‌عنوان سنگ جواهر مورد استفاده در جواهرات به بازار عرضه شده و اکسید آن ، برای تولید کردن محرک الماس و زیرکونیای مکعبی شکل تهیه شده است.
زیرکونیوم ، قدرت جذب پایینی در جذب نوترونها دارد که این ویژگی ، آن را برای استفاده از انرژی اتمی مطلوب می‌سازد، (مانند عناصر فلز کاری سوختی). بیش از 90% محصولات فلز زیرکونیوم به مصرف تجاری در تولید نیروی اتمی می‌رسد. رآکتورهای جدید تجاری می‌توانند نیم میلیون فوت فلز زیرکونیوم را برای لوله‌سازی بکار ببرند.
زیرکونیوم بطور گسترده ، توسط صنایع شیمیایی برای لوله‌کشی در محیط خورنده استفاده می‌شود.
زیرکونیوم ، آتش‌زا است و در جنگل‌ها برای آتش زدن استفاده می‌شد.
کربن آن به‌عنوان محلول ضدعفونی کننده مورد استفاده قرار می‌گیرد.
اکسید زیرکونیوم ناخالص ، زیرکونیا ، برای ساختن ظرف مخصوص ذوب فلز در آزمایشگاه بکار می‌رود که بتواند در برابر گرمای زیاد مقاوم باشد. همچنین برای پوشاندن کوره ذوب استفاده شده ، به‌عنوان جسم نسوز در صنایع شیشه‌سازی و سفال‌سازی بکار می‌رود.
بافت انسانی به‌راحتی می‌تواند این فلز را به‌صورت مفاصل و بازوهای مصنوعی تحمل کند.
در تهویه کننده‌های هوا به‌عنوان گیرنده ، در لوله جارو برقی ، رشته‌های لامپ و فلزات خاص دیگر استفاده می‌شود.
آلیاژ زیرکونیوم و Niobium ، خاصیت ابررسانایی در دماهای پایین را برای زیرکونیوم در بردارد که برای ساختن آهن‌رباهای بسیار قوی توسط نیروی الکتریکی در مقیاس زیاد استفاده می‌شود.
ایزوتوپها
زیرکونویم طبیعی از 4 ایزوتوپ پایدار و یک ایزوتوپ رادیواکتیو Zr-96 که طول عمر درازی دارد تشکیل شده است. دومین ایزوتوپ رادیواکتیو و پایدار این عنصر ، Zr-93 است که نیمه عمر آن 1.53 میلیون سال می‌باشد. برای این عنصر 18 ایزوتوپ رادیواکتیو دیگر شناسایی شده‌اند که بیشتر آنها نیمه عمری کمتر از یک روز دارند، به جز Zr-95 با نیمه عمر 64.02 روز Zr-88 با نیمه عمر 63.4 روز و Zr-89 با نیمه عمر 78.4 ساعت. حالت Decay اولیه قبل از Zr-92 الکترون گیری و حالت اولیه بعد از آن خوردگی بتا می‌باشد.
هشدارها
انسان با ترکیباتی که حاوی زیرکونیوم است، کمتر روبرو می‌شود با این حال این فلز زیاد سمی نیست. گرد این فلز در هوا آتش می‌گیرد و باید به آن به صورت عاملی برای آتش سـوزی گسترده یا انفجار توجه کرد. زیرکونیوم هیچ گونه نقش بیولوژیکی ندارد.
__________________
