عناصر شیمیایی
عناصر شیمیایی
تهیه کننده : سیدمحمدهادی میرمطلبی
منبع : راسخون
عناصر
دید کلی
عناصر شیمیایی ، بر اساس خصوصیات شیمیایی و فیزیکی ، در گروههای مختلفی در جدول تناوبی طبقه‌بندی شده‌اند. در بین عناصر هر گروه نیز علاوه بر برخی تشابهات ، تفاوتهای عمده‌ای نیز وجود دارد.عناصر را با مشخصات گوناگونی طبقه‌بندی میکنند. یکی از آن مشخصات ، آرایش الکترونی میباشد. عناصر را میتوان بر اساس آرایش الکترونی آنها به چهار گروه تقسیم کرد.
گازهای نجیب
در جدول تناوبی ، گازهای نجیب در انتهای هر دوره جای دارند. این عناصر گازهای بی‌رنگ ، از نظر شیمیایی غیر فعال و دیا مغناطیسی هستند. به استثنای هلیم ، تمام گازهای نجیب دارای آرایش الکترونی خارجی ns۲ np۶ هستند که آرایش‌های بسیار پایدارند.
عناصر نماینده
این عناصر ، گروه های A از جدول تناوبی را تشکیل می‌دهند و شامل فلزات و غیر فلزات هستند. خواص شیمیایی و فیزیکی این عناصر بسیار متنوع است. بعضی از آنها دیامغناطیس و بعضی دیگر پارامغناطیس هستند. ولی ترکیبات این عناصر معمولا دیامغناطیس و بی‌رنگ هستند. لایه های الکترونی تمام این عناصر یا کامل هستند و یا پایدارند به استثنای لایه‌های خارجی که الکترونهای آنها را میتوان بعنوان الکترونهای اضافه شده در نظر گرفت.
این لایه خارجی را لایه والانس و الکترونهای آن را الکترونهای والانس می‌نامند. تعداد الکترونهای والانس هر اتم برابر شماره گروه آن اتم است. خواص شیمیایی این عناصر ، به تعداد الکترونهای والانس آنها بستگی دارد.
عناصر واسطه
عناصر واسطه ، گروههای B از جدول تناوبی را تشکیل می‌دهند. از ویژگیهای این عناصر ، درون سازی آنهاست. یعنی آخرین الکترونی که بر اساس روش آفبا به آنها اضافه میشود، یک الکترون d درونی است. الکترونهای دو لایه آخری عناصر واسطه در واکنشهای شیمیایی مورد استفاده قرار می‌گیرند. تمام این عناصر ، فلز بوده، بیشتر آنها پارامغناطیسی‌اند و ترکیبات شدیدا رنگین و پارامغناطیس تولید میکنند.
عناصر واسطه داخلی
این عناصر در پایین ، جدول تناوبی قرار دارند. یک سری از عناصر دوره ششم که بعد از لانتانیم قرار دارند، سری لانتانیدها نامیده میشود و نظیر این سری در دوره هفتم به سری آکتنیدها معروفند. آخرین الکترون اضافه شده به هر یک از این عناصر یک الکترون f است. چون این الکترون به سومین لایه از آخر اضافه میشود، بدین جهت ، سه لایه آخر این عناصر ممکن است در واکنشهای شیمیایی آنها دخالت کنند. تمام عناصر واسطه داخلی فلزند. این عناصر بطور کلی پارامغناطیس‌اند و ترکیبات آنها پارامغناطیس و بشدت رنگین هستند.
هیدروژن
در گوشه بالا سمت چپ جدول تناوبی اولین عنصر یعنی هیدروژن با عدد ۱ قرار دارد. سالها قبل از آنکه دانشمندان این ماده را به عنوان یک عنصر خالص کشف کنند به روشهای مختلف آنرا تولید کرده و از آن استفاده می کردند.
لاوازیه (Antoine Lavoisier, ۱۷۴۳ - ۱۷۹۴) شیمیدان فرانسوی هنگام تحقیقاتی که روی آب انجام می داد متوجه شد که آب از دو گاز تشکیل شده است، نام یکی را اکسِژن و نام دیگری را هیدروژن نهاد. همچنین هنری کاوندیش (Henry Cavendish, ۱۷۳۱-۱۸۱۰) دانشمند خجالتی انگلیسی در سال ۱۷۶۶ طی تحقیقات و آزمایشهایی که انجام میداد متوجه شد که هیدروژن یک عنصر مجزا می باشد.
شاید بزرگترین خصیصه هیدروژن آن باشد که فراوان ترین عنصر در تمام عالم هستی می باشد. هیدروژن قابل اشتعال بوده حتما” تعجب خواهید کرد اگر بدانید که بنا بر برآوردهایی که انجام شده است حدود ۹۰ درصد از اتمها و نیز حدود ۷۵ درصد از جرم کل هستی از هیدروژن تشکیل شده است. این ماده در تمام ستاره ها وجود دارد و منبع اصلی تهیه انرژی ستاره ها بواسطه واکنش های هسته ای می باشد.
از میان روشهای صنعتی تهیه هیدروژن می توانه به ترکیب بخار آب با کربن گداخته، تجزیه هیدروکربنها بوسیله حرارت، واکنش میان هیدروکسید سدیم یا پتاسیم با آلمینیوم، الکترولیز آب، ترکیب فلزات با اسیدها و … نام برد.
هیدروژن مایع برای مصارف برودتی کاربرد فراروان دارد و در مطالعات مربوط به ابر رسانا ها (Superconductors) بکار می رود. هیدروژن همچنین ماده اولیه سازنده سیاره غول پیکر مشتری (Jupiter) و سایر سیاره هایی است که حالت گازی دارند. جالب است بدانید که میزان فشار در مرکز چنین سیاراتی آنقدر زیاد می باشد که در آنجا نه تنها هیدروژن جامد وجود دارد بلکه فشار به حدی زیاد است که وجود هیدروژن بصورت فلز در این قسمت از اینگونه سیارات به اثبات رسیده است.
تحقیقات دانشمندان آمریکایی در سال ۱۹۷۲ نشان داد که در فشارهای بالای ۲Mbar هیدروژن می تواند به حالت فلز نمایان شود و قابلیت هدایت بسیار زیادی از خود نشان دهد. به دنبال آن در سال ۱۹۷۳ دانشمدان روسی موفق شدند که با فشاری معادل ۲.۸Mbar هیدروژن را بشکل و سختی فلز تهیه کنند و آزمایشهایی را بر روی قابلیت رسانایی این فلز انجام دهند.
با وجود همه این مسایل در جو زمین میزان هیدروژن آنقدر زیاد نیست. دلیل عمده آن سبکی بیش از حد این ماده می باشد که توان ماندگاری این گاز در جو کره زمین را کم می کند. در روی زمین نیز هیدروژن علاوه بر آب در انواع سوخت های فسیلی (نفت، ذغال) و نیز ساختمان ارگانیک گیاهان و موجودات زنده وجود دارد. لازم به ذکر است که امروزه تحقیقات و آزمایشات دانشمندان برای جایگزینی سوختهای فسیلی با هیدروژن به نتایج قابل قبولی رسیده است و امید آن می رود که بزودی بتوان بصورت صنعتی از این ماده بعنوان یکی از منابع اصلی تولید انرژی استفاده کرد.
پلاتین
پلاتین ، که به طور گسترده ای بعنوان کاتالیزور همگن و ناهمگن به کار میرود ، فلزی است بسیار گرانقیمت . پلاتین مانند طلا برای ساختن جواهرات قیمتی استفاده میشود ، اما کاربردهای عملی پلاتین بسیار بیشتر از طلا است .
مردمان آفریقای جنوبی در اولین قرن بعد از میلاد راههای استفاده از پلاتین در ساختن جواهرات را ابداع کردند، اسپانیولیها در قرن شانزدهم این گنجینه ها و ذخایر پلاتین را در آمریکای جنوبی کشف کردند ، در واقع نام این فلز از نام اسپانیولی آن پلاتین یا ” نقره اندک ” گرفته شده است .
شنهای رودخانه های سواحل غربی آمریکای جنوبی سرشار از طلاست ، پلاتین اغلب همراه با طلا یافت میشود ، اما کاشفان اسپانیولی با زحمت زیاد دانه های ریز پلاتین را از خردوریزهای طلا بیرون میکشیدند در برخی موارد آنها معتقد بودند که پلاتین همان طلایی است که به قدر کافی مدفون نمانده است تا به طلای زرد تبدیل شده باشد و آنها پلاتین را دوباره در رودخانه میانداختند تا گذشت زمان آن را به طلای زرد تبدیل کند !
پلاتین تا اولیل قرن ۱۸ به اروپا راه نیافت و در سال ۱۷۳۶ یک افسر نیروی دریایی اسپانیا دواولوآ به وجود پلاتین در معادن طلای امریکا جنوبی پی برد ، کشتی وی در سال ۱۷۴۵ در راه بازگشت به اسپانیا مورد حمله کشتیهای جنگی قرار گرفت و سرانجام به اسارت نیروی دریایی انگلستان در آمد .وی را به همراه نوشته هایش درباره پلاتین به لندن بردند ، و در آنجا اعضای انجمن سلطنتی انگلستان از کارهای او مطلع شدند و در واقع دواولوآ را به عنوان عضو انجمن انتخاب کردند در این اثنا نمونه ای از این فلز را به لندن آوردند و کار بر روی مطالعه خواص آن شروع شد .
پلاتین به دلیل رنگ ، زیبایی و ارزش آن تحت عنوان “طلای سفید ” شناخته شد . این نام از طرف کاشفان اولیه اروپایی بکار رفت و. در هر حال خیلی زود معلوم شد که کار کردن با آن خیلی دشوار تر از طلاست ، بخاطر نقطه ذوب بسیار بالای آن ۱۷۶۹ درجه که بسیار بالاتر از بقیه فلزات است وکوششهای زیادی برای ذوب کردن پلاتین صورت گرفت و سرانجام لاوازیه شیمیدان فرانسوی توانست آن را در مقیاس بسیار کم ذوب کند ، در اواخر قرن نوزدهم بود که روشهای کار طوری طراحی شدند که امکان ذوب کردن مقدار قابل توجهی پلاتین و تبدیل آن به محصولات بسیار مفید میسر شد .
از نظر میزان فراوانی آن در قشر زمین مانند طلا میباشد و معمولا با فلزاتی دیگری که فلزات گروه پلاتین نام دارد “روتنیم ، اسمیم ، رودیم ، ایریدیم ، پالادیم و پلاتین ” یافت میشود ، همه این فلزات از نظر اقتصادی با اهمیت هستند اما اهمیت آنها به اندازه پلاتین نیست.
مصرف سالانه پلاتین در ایالات متحده امریکا در حدود ۱۳۰۰۰۰۰اونس تروی یا در حدود ۴۵ تن تخمین میزنند در هر حال ، بزرگترین بخش از کاربرد آن در کاتالیزورهایی است که برای کنترل گازهای خروجی اگزوز اتومبیلها بکار میرورد ، مهمترین مصرف دیگر آن در صنایع شیمیایی است از قبیل تولید کودهای شیمیایی ارزان که بیشتر این کودها از سنتز آمونیاک و تبدیل آن به کودهای نیترات دار بدست میایند ، دومین مرحله از این فرایند کلی در دستگاههایی انجام میگیرد که در آنجا از توریهای پلاتین -رودیم به عنوان کاتالیزور استفاده میکنند.
پلاتین بدلیل نقطه ذوب بالا و مقاومت در برابر خوردگی ، برای ساختن ظروف جهت استفاده از فرایندهای دمای بالا بکار میرود و برای مثال شیشه های نوری بسیار خالص را از ذوب کردن اجزای سازنده شیشه در کروزه های پلاتینی تهیه میکنند ، پشم شیشه را نیز از فشردن شیشه مذاب برروی یک صفحه پلاتینی دارای سوراخهای بسیار ریز بدست می آورند . از تازه ترین و هیجان انگیزترین مصرف ترکیب پلاتین میتوان به استفاده از آن در معالجه سرطان از طریق شیمی درمانی اشاره کرد در این معالجه از معرف سیس پلاتین استفاده میشود . که فرمول آنبه شکل زیر است :
(H۳N)۲PtCl۲
هلیوم
در اولین ردیف جدول تناوبی (Periodic Table) گوشه سمت راست هلیوم (Helium) با عدد اتمی ۲ وجود دارد. در سال ۱۸۶۸ دانشمندی بنام ژوزف لاکری (Joseph Lockyer) هنگام مشاهده و تحقیق علمی برروی خورشید گرفتگی متوجه اولین نشانه ها از وجود عنصر جدید در طیف نور خورشید شد و به پیشنهاد دوستان نام این عنصر را هیلوم نهاد. (Helios در یونانی به معنی خورشید می باشد.) دانشمندان تا آن زمان چنین عنصری را بر روی کره زمین مشاهده نکرده بودند.
سالها بعد دانشمندی بنام ویلیام رمزی (William Ramsay) توانست همین عنصر را در طیق مواد معدنی اورانیوم دار نیز مشاهده کند و بعدها دراوایل قرن بیستم مشخص شد که در فعل و انفعالات هسته ای ذرات آلفا در واقع همان هسته های هلیم می باشند.
برخلاف هیدروژن که قبلا” راجع به آن صحبت کردیم، هلیم از جمله عناصر فراوان در عالم می باشد. در واقع می توان گفت اغلب گازهای طبیعی به نوعی شامل این عنصر می باشند. مقدار هلیوم موجود در جو معادل یک در ۲۰۰ هزار می باشد، در بسیاری از مواد معدنی رادیواکتیو نیز می توان به این عنصر دسترسی داشت.
دانشمندان با تجزیه و تحلیل طیف نور ستارگان مشخص کرده اند که از جمله عناصر بسیار مهم بخصوص در ستاره های فوق العاده داغ عنصر هلیوم می باشد و این عنصر نقش بسیار مهمی در واکنش های هسته پروتون- پرتون و چرخه کربن که منبع انرژی ستارگان است، دارد. بعنوان مثال دیگر فیوژن (Fusion) هیدروژن به هلیوم توانایی آزاد کردن انرژی بسیار زیادی دارد که در بمب های هیدروژنی از آن استفاده می شود.
اوایل قرن بیستم هزینه تهیه یک واحد حجم هلیم معادل ۲۵۰۰ دلار بود اما با پیشرفت تکنولوژی در اواخر قرن بیستم این رقم به ۳۷.۵ دلار برای ۱۰۰۰ واحد حجم رسید. هلیم از جمله عناصری است که حتی در صفر مطلق بصورت جامد در نیامده و مایع می باشد و تنها با بالا بردن فشار می توان آنرا بشکل جامد مشاهده کرد.
از موارد کاربرد این عنصر در صنعت می توان به کاربردهای آن در جوشکاری، صنعت ساخت نیم هادی، تهیه تیتانیم (Titanium) و زیریکونیوم (Ziriconium)، سرد کردن راکتورهای هسته ای، تونل های مافوق صوت و … اشاره کرد. همچنین دانشمندان از ترکیب هلیوم و اکسیژن برای تهیه اتمسفر مصنوعی استفاده می کنند. شاید آشناترین کاربرد هلیوم پر کردن بالن های بزرگ برای پرواز باشد، در این مورد این گاز از لحاظ ایمنی از هیدروژن بسیار ایمن تر می باشد. امروزه کاربردهای خاصی از هلیوم برای تشخیص سرطان نیز بصورت گسترده مورد استفاده قرار می گیرد.
نقره
نقره ، یکی از عناصر شیمیایی، با نشانه Ag ، دارای عدد اتمی 47 ، وزن اتمی 107.8682 و در گروه یک فرعی (IB) جدول تناوبی قرار گرفته است. نقره فلزی سفید مایل به خاکستری و براق است و از نظر شیمیایی یکی از فلزات سنگین و از جمله فلزات نجیب و از نظر تجارتی عنصری گرانبها تلقی می‌گردد. نقره یکی از عناصری است که از گذشته های دور و دورانهای باستان بعنوان یک فلز شناخته شده و مورد استفاده واقع میشده و از آن در کتابهای فراعنه مصری ، که قدمت این کتابها به حدود 3600 سال قبل از میلاد مسیح بالغ می‌گردد، بعنوان فلزی که از نظر ارزش دارای {5}{2}frac ارزش طلا است، یاد شده است. از نقره ، 25 ایزوتوپ رادیواکتیو شناخته شده اند که دارای اجرام اتمی 102 الی 117 می‌باشند. نقره معمولی از دو ایزوتوپ با جرمهای 107 و 109 تشکیل شده است.
نقره جزء عناصر نسبتا کمیاب بوده و از نظر فراوانی در قشر جامد زمین ، در مرتبه شصت و سومین عنصر قرار دارد. این عنصر تشکیل دهنده حدود6-10 ×1% از پوسته زمین است. برخی اوقات نقره بصورت عنصر آزاد یافت میشود (نقره خالص) و گاهی نیز به صورت آلیاژ با سایر فلزات ملاحظه میشود. در هر صورت باید توجه داشت که در اکثر نقاط، نقره بصورت مواد معدنی حاوی ترکیبات نقره ملاحظه میشود. مهمترین کانیهای نقره عبارتند از: آرجنتیت (Ag2S,argentite) و سرارجیریت (AgCl ,horn silver,Ceragyrite).
از سوی دیگر تعدادی از کانیهایی که در آنها نقره با سولفیدهای سایر فلزات ترکیب شده است نیز وجود دارد که عبارتند از: استفانیت (stephanite) بفرمول(5Ag2S.Sb2S5) ، پلی بازیت (polybasite) بفرمول (Cu_2S, Ag_2S).(Sb_2S_3, As_2S_3)، پروستیت(proustite) بفرمول (3Ag_2S.As_2S_3)و پیرآرجیریت (pyrargyrite) بفرمول (3Ag_2S.Sb_2S_3).
حدود سه چهارم نقره تولیدی ، در حقیقت فراورده جانبی حاصل از استخراج سایر فلزات است. علاوه بر این ، مقدار مهمی از نقره نیز از طریق بازیافت سکه‌های از رده خارج شده که باید با مقداری نقره ممزوج شونده و یا از مقدار نقره آنها کم شود، جمع آوری می‌گردد.همچنین بازیافت نقره از قراضه های صنعتی که ضمنا شامل باقیمانده های عکاسی است، با اهمیت تلقی می‌گردد.
نقره خالص فلزی براق و نسبتا نرم است که تا اندازه ای سخت تر از طلاست. زمانیکه این فلز پرداخت شود، دارای درخشندگی میشود و می‌تواند 95% از نور تابیده به خود را بازتاب نماید. این عنصر در میان کلیه فلزات ، مقام بهترین رسانا در زمینه گرما و الکتریسیته را دارا است و در زمینه قدرت چکش خواری و مفتول شوندگی دارای مرتبه دوم پس از طلا است. چگالی نقره 10.5 برابر آب است، بصورتیکه یک متر مکعب از آن دارای وزن 10500 کیلوگرم میباشد. نقره در 961 درجه سانتیگراد ذوب شده و در حدود 2200 درجه سانتیگراد می‌جوشد.
طلا و نقره مانند محلولهای واقعی می‌توانند در هر نسبتی با یکدیگر مخلوط شده و آلیاژ تشکیل دهند. کیفیت نقره و یا بعبارت بهتر عیار آن بر حسب تعداد قسمت نقره خالص در 1000 قسمت مخلوط فلزات بیان می‌گردد و بطور معمول نقره تجاری دارای عیار 999 است.
خواص شیمیایی نقره
اگرچه نقره از نظر شیمیایی در میان فلزات نجیب فلزی بسیار واکنش پذیر تلقی می‌گردد، لکن باید توجه داشت که در مقایسه با سایر عناصر از مرتبه واکنش پذیری قابل ملاحظه‌ای برخوردار نمی‌باشد. این عنصر به آسانی اکسیده شدن آهن اکسید نمی‌شود، لکن با گوگرد و هیدروژن سولفید واکنش داشته و تشکیل همان تیرگی آشنا را می‌دهد که در نقره‌هایتان ملاحظه می‌کنید.
برای رفع این نقیصه میتوان آبکاری نقره را با کمک رودیم به انجام رسانیده و از وقوع تیرگی مورد نظر پیشگیری نمود همچنین با استفاده از کرم (Cream) یا پولیش نقره میتوان لایه تیره بسیار نازکی را که نقره در ترکیب با گوگرد بوجود آورده است را زدوده و آن را مجددا براق نمود. از طرف دیگر این تیرگی را میتوان از نظر شیمیایی بوسیله حرارت دادن ظرف مورد نظر در محلوا رقیقی از کلرید سدیم و کربنات هیدروژن سدیم یا قرار دادن قسمت تیره در تماس با فلزی فعالتر مانند آلومینیوم که می‌تواند با گوگرد ترکیب شود و مجددا فلز را به حالت اولیه برگرداند، از بین برد.
نقره نمی‌تواند با اسیدهای غیر اکسیدکننده مانند اسیدهای کلریدریک و سولفوریک یا بازهای قوی مانند هیدروکسید سدیم واکنش نماید، لکن اسیدهای اکسنده مانند اسید نیتریک یا اسید سولفوریک غلیظ آن را در خود حل کرده و یون یک مثبت نقره (+
Ag) را تشکیل می‌دهند. این یون که در کلیه ترکیبات ساده و محلول نقره وجود دارد، تقریبا بصورت ساده ای با استفاده از عوامل احیا کننده آلی مانند آنچه در آئینه های نقره ای ملاحظه میشود، به فلز آزاد احیا می‌گردد. برای آبکاری نقره لازم است یونهای کمپلکس نقره احیا شود. یون (+
Ag)بی‌رنگ است، لکن تعدادی از ترکیبات نقره بدلیل نفوذ سایر اجزای تشکیل دهنده ساختمانی رنگینند. باید توجه داشت که اکسیژن درحد حیرت انگیزی در نقطه ذوب نقره به میزان 20 قسمت حجمی از اکسیژن در یک قسمت حجمی نقره حل میشود. پس از سرد کردن مایع مورد نظر نیز اکسیژن به میزان 75% قسمت (از نظر حجمی) در نقره باقی می‌ماند.
تجزیه و شناسایی
محلولهای حاوی یون نقره را میتوان به آسانی تشکیل رسوب کلرید نقره بوسیله افزایش اسید کلریدریک ، شناسایی کرد. این رسوب را میتوان از رسوبهای سرب و جیوه یک ظرفیتی ، بوسیله قدرت حل شدن آن درهنگام افزودن هیدروکسید آمونیوم اضافی و ایجاد رسوب مجدد با افزودن اسید نیتریک متمایز نمود. مضافا تجزیه وزنی بوسیله کلرید نقره یا برمید نقره که به آسانی قابل رسوب دادن ، خشک کردن و توزین می‌باشند، میسر میباشد. همچنین میتوان یون نقره را بوسیله عمل الکترولیز به نقره فلزی احیا و بدین روش توزین نمود. از محلول تیوسیانات پتاسیم استاندارد شده نیز میتوان برای تجزیه حجمی نقره استفاده کرد.
ترکیبات نقره
نقره در ترکیباتش اکثرا بصورت یک ظرفیتی است. لکن اکسید ، فلوئورید و سولفید دو ظرفیتی نقره نیز ملاحظه شده است. تعدادی از ترکیبات مهم نقره عبارتند از:
• نیترات نقره (AgNO_3): ترکیبی بی‌رنگ ، بسیار محلول ، اساسا سمی و به سادگی به نقره فلزی احیا میشود و از آن در تهیه ترکیبات نقره ، آئینه های نقره ، جوهرها استفاده میشود.
• هیدروکسید دی آمین نقره Ag(NH_3)_2]OH]: ترکیب کوئوردیناسیونی محلول در آب که به وسیله افزودن هیدروکسید آمونیوم به محلولهای املاح نقره ، تشکیل میشود. این ترکیب در اثر ماندن تشکیل ترکیب بسیار منفجره نقره فولمینات شده را می‌دهد.
• سیانید نقره (AgCN): مورد مصرف بوسیله سیانید سدیم یا پتاسیم اضافی در آبکاری برای تشکیل یونهای کمپلکس-
Ag(CN)_2و --
Ag(CN)_3که به فلز نقره احیا می‌شوند.
• کلرید نقره (AgCl): ترکیب سفید نامحلول که در هیدروکسید آمونیوم حل شده تشکیل یونهای کمپلکس +
Ag(NH_3)_2 می‌دهد. در عکاسی و نیز بعنوان آشکار کننده یونیزاسیون برای اشعه های کیهانی، کاربرد دارد.
• برمید نقره (ArBr): ترکیب نامحلول زرد روشن که نسبت به AgCl نامحلولتر است و بیشتر در عکاسی به مصرف می‌رسد.
• یدید نقره (AgI): ترکیب نامحلول زرد رنگ و نامحلولتر از AgBr است و برای اصلاح وضعیت ابرها به منظور بارندگی (Cloud Seading) و در عکاسی کاربرد دارد.
• سولفید نقره (Ag_2S): نامحلولترین نمک نقره ، سیاه رنگ و جزء اصلی تشکیل دهنده تیرگی ظروف نقره میباشد.
کمپلکس های نقره
نقره یک ظرفیتی تعداد زیادی از ترکیبات پایدار کوئوردیناسیونی تشکیل می‌دهد. این ترکیبات اغلب دو کوئوردینانسی بوده، دارای دو گروه یونی یا مولکولی پیوسته به یک یون مرکزی +Ag مانند Ag(CN)_2 می‌باشند. کمپلکسهای کوئوردیناسی مانند -AgCl_3]
2] نیز شناخته شده‌اند و احتمالا کمپلکسهای چهار کوئوردیناسی مانند-AgCl_4]
3] در محلولها رخ می‌دهد. نقره دو ظرفیتی می‌تواند در برابر تجزیه ، بوسیله تشکیل یون +Ag
2 با استفاده از ترکیبات آلی مانند ارتو_ فنانترولین ، پیریدین و alpha' ،alpha _ دی پیریدیل پایدار شود. یون نقره سه ظرفیتی (+Ag
3) نیز با استفاده از کمپلکس شدن به وسیله اتیلن دی بی گوایند پایدار میشود. از طرف دیگر کلیه فلزات ضرب سکه ، یعنی مس ، نقره و طلا به آسانی با موادیکه اتمهای نیتروژن ، گوگرد یا هالوژن برای اتصال با آنها تدارک میکنند، کمپلکس می‌شوند (در مقایسه با موادیکه تدارک اکسیژن می‌نمایند). بعنوان مثال کمپلکسهای نقره با یون هیدروکسید (در مقایسه با کمپلکسهای هیدروکسیدروی که کوئوردینانس‌شونده خوبی با اکسیژن هستند) خیلی پایدار نیستند، بنابراین اکسید نقره در محلولهای قوی هیدروکسید سدیم فقط به میزان کمی حل می شود، در حالیکه هیدروکسید روی با توجه به کوئوردیناسیون شدنش با هیدروکسید ، در آن حل میشود.
کاربرد
• نقره در اغلب مصارفش با یک یا چند فلز ، آلیاژ شده و بدان صورت مصرف میشود. مهمترین مصرف این فلز در ضرب سکه است نقره همچنین دارای مصارف معروفی در زمینه جواهر سازی و ظروف نقره و نیز آب نقره است.
• به دلیل ناپایداری در مقابل اسیدهایی غیر اکسنده به صورت بوته و یا سایر وسایل شیمیایی مصرف میشود و گاهی ابزار آلات جراحی ، لحیم نقره و باطریهای انباره‌ای مقاوم در برابر خوردگی را از نقره تهیه میکنند.
• در آینه سازی به مقدار زیاد نقر ه مصرف میشود وهمچنین مقدار زیادی نقره برای تهیه نقره هالیدها در عکاسی مصرف میشود.
• رسانایی عالی نقره موجب کاربرد هرچه بیشتر آن در الکتروتکنیک شده است. از آلیاژهایی که در آنها نقره بعنوان جزئی از کل مصرف میشود، میتوان ملغمه‌های دندانپزشکی و پیستونهای موتور بلبرینگ را نام برد.
همچنین نقره دارای خواص قارچ‌کشی است و در مواردی از آن در فرایندهای سالمسازی(Sterilization) آب استفاده میشود.
کبالت
اطلاعات اولیه
کبالت ، عنصر شیمیایی است که با نشان Co و عدد اتمی ۲۷ در جدول تناوبی قرار دارد.
تاریخچه
کبالت و ترکیبات آن در دوران باستان شناخته شد که برای آبی کردن رنگ شیشه از آنها استفاده می‌کردند. “George Brand” به خاطر کشف کبالت شهرت یافت. تاریخ کشف این عنصر در منابع مختلف ، متفاوت است، اما این کشف بین سالهای ۱۷۳۰ و ۱۷۳۷ اتفاق افتاده است. او موفق به اثبات این نکته شد که منبع رنگ آبی شیشه‌ها کبالت است. قبلا” بیسموت همراه کبالت را عامل رنگ آبی شیشه‌ها می‌دانستند.
در خلال قرن نوزدهم ، کبالت آبی (۸۰ -۷۰% کبالت جهان ) در Blaafarvaerket در نروژ ، به رهبری صنعتگر پروسی “Benjamin Wegner” تولید شد. “John Livingood” و “Glenn Seaborg” در سال ۱۹۳۸ کبالت ۶۰ را کشف کردند. کلمه کبالت از واژه آلمانی kobalt یا kobold ، به معنی روح شیطان گرفته شده است. این نام را کارگران معدن به‌علت سمی و دردسرساز بودن این عنصر برای آن انتخاب کردند. ( کبالت سایر عناصر معدن را آلوده و کم عیار می‌کرد. )
پیدایش
کبالت ، بصورت فلز آزاد وجود ندارد و عموما” به‌صورت سنگ معدن یافت میشود. کبالت معمولا” به‌تنهایی استخراج نمی‌شود و به‌عنوان محصول جانبی فعالیتهای استخراج مس و نیکل بدست می‌آید.
سنگ معدنهای اصلی کبالت عبارتند از: کبالتیت ، اریتریت ، گلائوکودوت و اسکوترودیت. عمده‌ترین تولید کنندگان کبالت در جهان ، چین ، زامبیا ، روسیه و استرالیا هستند.
ترکیبات
به‌علت وجود حالتهای اکسیداسیون مختلف ، تعداد زیادی از ترکیبات کبالت وجود دارد. هر دو اکسید در دمای پایین ، ضدفرومغناطیس می‌باشند؛ CaO ، Co۳O۴ .
خصوصیات قابل توجه
کبالت ، عنصر فرومغناطیس سختی است که دارای رنگ خاکستری براقی میباشد.دمای کوری آن ، K۱۳۸۸ با ممنتم بور ۶/۱ – ۷/۱ در هر اتم است. این عنصر اغلب با نیکل همراه است و هر دوی آنها از اجزای مشخص فلز شهاب سنگی می‌باشند. پستانداران ، نیازمند مقدار بسیار کمی از نمکهای کبالت هستند. کبالت ۶۰ که ایزوتوپ رادیواکتیو و مصنوعی کبالت است، یک ردیاب رادیواکتیو مهم و عامل معالج سرطان به‌شمار می‌آید. نفوذ پذیری نسبی کبالت ، دو سوم آهن است. کبالت ، فلزی عموما” دارای مخلوطی از دو ساختار شکل بلورین fcc و hcp با دمای انتقال fcc –> hcp K۷۲۲ میباشد. حالات اکسیداسیون عادی کبالت ، شامل ۲+ و۳+ است، گرچه ۱+ نیز دیده شده است.
کاربردها
* آلیاژهایی از قبیل :
o آلیاژهای دیرگداز ، برای قطعات توربین گاز موتورهای هواپیما.
o آلیاژهای مقاوم در مقابل فرسایش و آسیب بر اثر کارکرد بالا.
o فولاد ، در سرعتهای بسیار زیاد.
o کاربیدهای روکشدار ( فلزات سخت هم نامیده می‌شوند ) و ابزارهای الماسه.
* آهن ربا و واسطه ضبط مغناطیسی ( ازقبیل نوار کاست و ویدئو ).
* کاتالیزور برای مصرف در صنایع شیمیایی و نفتی.
* در آبکاری الکتریکی برای ظاهر ، استحکام و مقاوت در برابر اکسیداسیون.
* عامل خشک کننده در رنگها ، جوهر و براق‌کننده‌ها.
* لایه زیرین در لعابهای چینی.
* رنگدانه ( کبالت آبی و سبز ).
* الکترودهای باطری.
* تایرهای رادیال تسمه فولادی.
* کبالت –۶۰ بعنوان منبع اشعه گاما دارای چندین کاربرد است :
o در پرتو درمانی ( رادیوتراپی ) بکار میرود.
o در استرلیزه کردن غذاها با روش تابشی ( پاستوریزه کردن سرد ) بکار میرود.
o در رادیوگرافی صنعتی به‌منظور تشخیص عیوب ساختاری قطعات فلزات بکار میرود.
کاربردهای پزشکی
کبالت ۶۰ ( Co-۶۰) ، فلزی رادیواکتیو است که در پرتودرمانی کاربرد دارد. کبالت ۶۰ دو اشعه X و گاما با انرژیهای ۱.۱۷MeV و ۱.۳۳MeV تولید می‌کند. منبع کبالت ۶۰ تقریبا” به قطر ۲ سانتیمتر است که نتیجه آن ، تشکیل یک نیم سایه هندسی است که لبه میدان تشعشع را نامشخص می‌کند. از ویژگیهای بد این فلز ، تولید مقدار کمی غبار رقیق است که باعث بروز مشکلاتی در حفاظت مقابل اشعه می‌گردد.
منبع کبالت ۶۰ تقریبا” برای ۵ سال مفید است، اما بعد از این مدت هم بسیار رادیواکتیو میباشد و بنابراین دستگاههای کبالت در جوامع غربی که لیناکس متداول است، کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرند. اولین دستگاه کبالت ۶۰ درمانی ( بمب کبالت ) برای اولین در کانادا ساخته شد و نیز برای اولین بار در همانجا مورد استفاده قرار گرفت. در واقع اولین دستگاه در مرکز سرطانی Saskatoon به نمایش در آمده است.
نقش بیولوژیک
مقادیر کم کبالت برای بسیاری از موجودات زنده از جمله انسان ، حیاتی است. وجـــــــــــــــــود ۰.۳ تا ۰.۱۳ قسمت در میلیون کبالت در خاک برای سلامتی حیوانات علف‌خوار مفید است. این عنصر ، جزء اصلی ویتامین کبالامین یا ویتامین B-۱۲ میباشد.
ایزوتوپ ها
کبالت ، بصورت طبیعی دارای ۱ ایزوتوپ پایدار ( ۵۹- Co) میباشد.۲۲ رادیوایزوتوپ نیز شناخته شده که پایدارترین آنها Co-۶۰ با نیمه عمر ۵,۲۷۱۴ سال ، CO-۵۷ با نیمه عمر ۲۷۱,۷۹ روز ، Co-۵۶ با نیمه عمر ۷۷,۲۷ روز و Co-۵۸ با نیمه عمر ۷۰,۸۶ روز هستند. مابقی ایزوتوپهای رادیواکتیو ، دارای نیمه عمری کمتر از ۱۸ ساعت هستند که اکثریت آنها نیمه عمری کمتر از ۱ ثانیه دارند. این عنصر همچنین دارای ۴ حالت برانگیختگی است که تمامی آنها نیمه عمری کمتر از ۱۵ دقیقه دارند.
ایزوتوپهای کبالت از نظر وزن اتمی ، بین ۵۰amu و amu ۷۳ قرار دارند. حالت فروپاشی اصلی قبل از فراوانترین ایزوتوپ پایدار ۵۹-Co ، الکترون گیری و حالت اصلی بعد از آن کاهش بتا میباشد.محصول فروپاشی اصلی پیش از ۵۹-Co ایزوتوپهای عنصر ۲۶ (آهن) و محصولات اصلی بعد از آن ایزوتوپهای عنصر ۲۸ (نیکل) می‌باشند.
هشدارها
فلز کبالت پودر شده ، خطر آتش سوزی به همراه دارد. بهتر است همه ترکیبات کبالت را سمی در نظر گرفت، مگر اینکه خلاف آن ثابـت شده باشد. احتمالا”بیشتر ترکیبات کبالت خیلی زهرآگین نیستند. کبالت ۶۰ ، ارسال کننده اشعه گامای قوی است، لذا تماس با این نوع کبالت خطر ابتلا به سرطان را ایجاد می‌کند. بلع کبالت ۶۰ منجر به ورود مقداری کبالت درون بافتهای بدن میشود که به‌کندی از بدن خارج میشود.
کبالت ۶۰ در مقابله‌های اتمی ، عاملی خطرساز است، چون ارسالهای نوترونی مقداری از آهن را به این ایزوتوپ رادیواکتیو تبدیل می‌کند. بعضی طراحی‌های تسلیحات اتمی ، عمدا” به گونه ای میباشد که میزان کبالت ۶۰ را که بعنوان ذرات رادیواکتیو پراکنده می‌شوند، افزایش دهند. گاهی اوقات آنها را بمب کثیف یا بمب کبالت می‌نامند. خطر در مواقع غیر از جنگ اتمی ، استفاده نادرست ( یا سرقت ) از واحدهای رادیوتراپاتیک پزشکی است.
لیتیم
لیتیم را (واژه یونانی lithos به معنی سنگ) ، "Johann Arfvedson" در سال 1817 کشف کرد. "Arfvedson" این عنصر جدید را هنگامیکه در سوئد مشغول تجزیه و تحلیل بود، با مواد معدنی اسپادومین و لپدولیت دریک کانی پتالیت کشف نمود. "Christian Gmelin" در سال 1818 ، اولین کسی بود که شاهد قرمزرنگ شدن نمک لیتیم در شعله آتش بود. اما هر دوی این افراد ، در جداسازی این عنصر از نمکش ناکام ماندند.
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.
اطلاعات کلی
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.
خصوصیات قابل توجه
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.
کاربردهـا
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. سایر کاربردها:
نمکهای لیتیم ، مثل کربنات لیتیم ( Li2CO3 ) و سیترات لیتیم ، تثبیت‌کننده‌های حالت هستند که در درمان بیماریهای متضاد نقش دارند.
لیتیم کلرید و لیتیم برمید ، به‌شدت رطوبت را جذب میکنند، لذا در خشک کننده‌ها به‌کرات کاربرد دارند.
استارات لیتیم ، یک ماده لیز کننده کلی در دمای بالا و برای تمامی مقاصد به شمار میرود.
لیتیم ، عاملی آلیاژ ساز است که در تولید ترکیبات آلی مورد استفاده قرار گرفته ، نیز دارای کاربردهای اتمی میباشد.
گاهی اوقات از لیتیم در ساخت شیشه و سرامیک استفاده می‌گردد، مانند شیشه‌های 200 اینچی تلســـــکوپ در Mt. Palomat.
در فضاپیماها و زیردریائی ، برای خارج کردن دی‌اکسید کربن ازهوا از هیدروکسید لیتیم استفاده میشود.
از آلیاژ این فلز با آلومینیوم ، کادمیم ، مس و منگنز در ساخت قطعات هواپیماهای بلند پرواز استفاده می‌گردد.
پیدایــش
لیتیم بسیار پراکنده است، اما به‌علت واکنش‌پذیری زیادی که دارد، در طبیعت بصورت آزاد وجود ندارد و همیشه بصورت ترکیب با یک یا چند عنصر یا ترکیب دیگر دیده میشود. این فلز بخش کوچکی از کلیه سنگهای آذرین را تشکیل داده ، نیز در بسیاری از شورابهای طبیعی وجود دارد.
تولید لیتیم از پایان جنگ جهانی دوم به‌شدت افزایش یافت. این فلز در سنگهای آذرین از سایر عناصر جدا میشود و از آب چشمه‌های معدنی هم بدست می‌آید. لپدولیت ، اسپادومین ، پتالیت و امبلی گونیت ، مهمترین مواد معدنی حاوی لیتیم هستند. در آمریکا ، لیتیم را از شورابهای واقع در Searles Lake خشکیده در کالیفرنیا ، مناطقی از Nevada و نقاط دیگر بازیافت میکنند. این فلز که همانند سدیم ، پتاسیم و سایر اعضاء گروه فلزات قلیایی ، ظاهری سیمگون دارد، با روش الکترولیز از یک مخلوط لیتیم و کلرید پتاسیم گداخته تولید میشود. قیمت هر پوند لیتیم در سال 1997 ، 300 دلار آمریکا بود. جداسازی آن بصورت زیر است:
کاتد: *Li+* + e → Li
آند: -Cl-* → 1/2 Cl2 (gas) + e
ایزوتوپهـا
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 عمــــــــــــــــر 3/178 هزارم ثانیه میباشد. مابقی ایزوتوپهای رادیواکتیو ، نیمه عمرهایی کمتر از 8,5 هزارم ثانیه داشته یا ناشناخته‌اند.
ایزوتوپهای لیتیم طی یک سری فرآیندهای طبیعی مختلف از جمله تشکیل مواد معدنی ( رسوب شیمیایی) ، متابولیسم ،(جابجائی یونی ،(در برخی از خاکهای معدنی که Li-6 به Li-7 ترجیح داده شده است در مکانهای octahedral ، لیتیم جایگزین منیزیم و آهن میشود) ، hyperfiltration و دگرگونی صخره‌ها ، بطور اساسی شکسته می‌شوند.
هشدارهــا
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.
سِلِنیوم
سِلِنیوم یک ماده معدنی کمیاب است که در خاک و غذا یافت میشود. این ماده یک ضد اکساینده قوی است بنابراین از واکنشهای شیمیایی زیان‌آور که در یاخته‌های بدن اتفاق می‌افتد، جلوگیری می‌کند. یاخته‌های حمایت شده بهتر قادرند در مقابل بیماریهایی نظیر بیماری قلبی، سرطان و اختلالات وابسته به سن از خود مقاومت نشان دهند.
بیشتر ما سلنیوم کافی از رژیم غذایی دریافت نمی‌کنیم. وقتی که سطح سلنیوم بدن پایین باشد بیشتر در معرض خطر بیماریهای مختلف هستیم زیرا سیستم ایمنی بدن تنبل میشود و مواد سمی در خون ساخته میشود.
اگر شما نیاز به اضافه کردن سلنیوم در رژیم غذایی خود دارید، پزشک معالج ترجیح می‌دهد که مکمل سلنیوم را به صورت ترکیب با ویتامین «ای» مصرف کنید. پژوهش نشان داده‌است که مصرف سلنیوم به همراه ویتامین «ای» سلامت عمومی بدن را تقویت می‌کند و در درمان یا پیشگیری بسیاری از بیماریها مؤثر است.
کاربردها:
سلنیوم در درمان بیماری «کشان» (Keshan) مؤثر است. این بیماری یک اختلال قلبی جدی است که در زنان و بچه‌های چینی در محل‌هایی که زمین‌های کشاورزی فاقد مواد معدنی است، دیده میشود. علاوه بر این سلنیوم در درمان بیماریهای شایع دیگر مؤثر و مفید است. این بیماریها شامل موارد زیر است:
سرطان. سلنیوم خطر سرطان پستان، روده بزرگ، کبد، پوست و شش را کاهش می‌دهد. سلنیوم از طریق کمک به ایجاد سلامتی و مبارزه از طریق سلولهای سفید خون، از رشد یاخته‌های سرطانی جلوگیری می‌کند.
بیماری قلبی. پژوهشها نشان می‌دهد که سلنیوم از طریق کاهش سطح کلسترول بد بدن (LDL)، از جمله و سکته قلبی جلوگیری می‌کند. سلنیوم همچنین شریان‌ها را از رسوب خطرناک چربی که مسئله مهمی بعد از یک حمله قلبی است، حفظ می‌کند.
سیستم ایمنی ضعیف شده. سلنیوم در ساختن سلولهای سفید به بدن کمک می‌کند و از این طریق سیستم ایمنی را بر علیه بیماری و عفونت فعال و بیدار نگه می‌دارد.
سلنیوم در موارد زیر مفید و مؤثر است:
تقویت تولید مثل، از طریق افزایش باروری مرد و همچنین رشد جنین.
به عملکرد طبیعی کبد، تیرویید و پانکراس کمک می‌کند.
از پیری زودرس، تشکیل آب مروارید و در حد امکان از سندرم مرگ ناگهانی شیرخوار جلوگیری می‌کند.
لوپوس، روماتیسم مفصلی و سیروز الکلی کبد را درمان می‌کند.
درمان بیشتر اختلالات پوستی نظیر: فقدان خاصیت ارتجاعی پوست، آکنه، اگزما و پسوریازیس.
ادامه دارد ...
