مقاله در مورد عناصر کمیاب

بخشی از مقاله

عناصر کمیاب

اربیم
اطلاعات اولیه
اربیم ، عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی با نشان Er وجود داشته ، دارای عدد اتمی 68 می‌باشد. اربیم ، فلز کمیاب خاکی لانتانید و نقره‌ای رنگی است که به همراه چندین عنصر کمیاب دیگر در گادولینیت معدنی در Ytterby واقع در سوئد وجود دارد.

تاریخچه
اربیم ( از Ytterby ، یک شهر در سوئد ) در سال 1843 ، توسط Carl Gustaf Mosander کشف گردید. او ایتریا را از گادولینیت معدنی و به سه صورت ، به نامهای ایتریا ، اربیا و تربیا جدا نمود. او نام این عنصر را از نام شهر Ytterby که مقادیر زیادی ایتریا و اربیم در آن وجود دارد، اقتباس کرد. اما در آن زمان ، اربیا و تربیا را با هم اشتنباه کردند. بعد از 1860 آنچه که تربیا می‌شناختند، اربیا نام‌گذاری کرده و بعد از 1877 آنچه که اربیا می‌دانستند تربیا نامیدند.
سرانجام "George Urban" و "Charles James" در سال 1905 مستقلا" Er2O3 نسبتا" خالص را جدا نمودند. تا قبل از سال 1934 زمانیکه کارگران ، کلرید بدون آب را با بخار پتاسیم کاهش دادند، فلز خالص اربیم بصورت قابل قبول تهیه نشده بود.
پیدایش
این عنصر ، همانند سایر عناصر خاکی کمیاب هرگز در طبیعت بصورت عنصر آزاد وجود ندارد، اما همراه سنگ معدنهای شن مونازیت یافت می‌شوند. از نظر تاریخی ، قبلا جداسازی عناصر خاکی کمیاب از یکدیگر بسیار مشکل و گران بود، اما روش تولید تبادل یونی که اواخر قرن بیستم ابداع گشت، به میزان زیادی هزینه تولید کلیه فلزات خاکی کمیاب و ترکیبات شیمیایی آنها را کاهش داد. منابع تجاری اصلی اربیم از معادن xenotime و euxenite می‌باشند. اربیم ، فلزی به شکل گرد است و خطر آتش‌زایی و انفجار دارد.
خصوصیات قابل توجه
فلز اربیم خالص ، عنصری سه ظرفیتی ،چکش خوار ، نرم و در

هوا تا حدی مقاوم است، بطوریکه به سرعت سایر فلزات کمیاب اکسیده نمی‌شود. نمک آن به رنگ سرخ بوده ، طیفهای جذب مشخص و خاصی را در نور مرئی ، فرابنفش و نزدیک مادون قرمز بوجود می‌آورد.
بجز این موارد ، اربیم بیشتر همانند سایر فلزات خاکی کمیاب اسلصی موجود تعیین می‌گردد.این عنصر فاقد هرگونه نقش بیولوژیکی شناخته شده ای است، اما برخی بر این باورند که اربیم موجب فعال شدن متابولیسم می‌شود.
کاربردها
• این عنصر ، بیشتر بصورت فیلتر عکاسی بکار می‌رود.
• به‌علت انعطاف پذیری آن ، بعنوان ماده ای افزودنی در متالوژی مفید است.
• بعنوان جذب کننده نوترون در فناوری هسته‌ای بکار می‌رود.
• در تقویت کننده‌های فیبری ، بعنوان یک نا خالص کننده مورد استفاده است.
• در صورت اضافه شدن به وانادیم بصورت آلیاژ ، موجب کاهش سختی و بهبود کارکرد آن می‌گردد.
• اکسید اربیم صورتی رنگ است، بنابراین گاهی اوقات بعنوان رنگ دهنده شیشه و پوشش لعاب چینی کاربرد دارد که اغلب از این شیشه‌ها در ساخت عینکهای آفتابی و جواهرات ارزان استفاده می‌کنند.
ایزوتوپها
اربیم بصورت طبیعی متشکل از 6 ایزوتوپ پایدار Er-162 ، Er-164 ، Er-166 ، Er-167، Er-168 ، Er-170 می‌باشد که فراوان‌ترین آنها Er-166 ( فراوانی طبیعی 33،6 % ) است. 23 رادیوایزوتوپ نیز برای آن شناسایی شده که پایدارترین آنهــا Er-169 با نیم عمر 9،4 روز ، Er-172 با نیمه عمر 49،3 ساعت ، Er-160 با نیمه عمر 28،58 ، Er-165 با نیمه عمر 10،36 و Er-171 با نیمـــــه عمـــــــر 7،516 ساعت می‌باشند.

سایر ایزوتوپهای رادیواکتیو آن ، دارای نیمه عمری کمتر از 3،5 ساعت هستند که بیشتر آنها از نیمه عمری کمتر از 4 دقیقه برخوردارند. این عنصر همچنین دارای 6 حالت برانگیختگی است که پایدار ترین آنها Er-167 با نیمه عمر t=2,269 است. حالت فروپاشی اصلی قبل از فراوان‌ترین ایزوتوپ پایدار- Er-166- دریافت الکترون و حالت فروپاشی اصلی بعد از آن کاهش بتا است. محصول فروپاشی اولیه قبل از Er-166 ، ایزوتوپهای عنصر 67 ( هولمیم ) و محصولات اولیه بعد از آن ایزوتوپهای عنصر
69 ( تولیم ) است.

هشدارها
مانند سایر لانتانیدها ، ترکیبات اربیم از مقدار کم تا متوسط سمی

ت دارند، گرچه جزئیات سمیت آنها بطور کامل منتشر نشده است.
holmium - erbium - thulium
Er
Fermium

جدول کامل

عمومی
نام , علامت اختصاری , شماره Erbium, Er, 68
گروه شیمیایی لانتانید
گروه, تناوب, بلوک NA, 6 , f
جرم حجمی, سختی 9066 kg/m3, ND
رنگ سفید نقره‌ای

خواص اتمی
وزن اتمی 1 E-25 kg
شعاع اتمی (calc.) 1 E-10 m
شعاع کووالانسی ND pm
شعاع وندروالس ND pm
ساختار الکترونی
Xe]6s²4f12]
-e بازای هر سطح انرژی
2,8,18,30,8,2
درجه اکسیداسیون (اکسید) 3 (بازی)
ساختار کریستالی شش گوش
خواص فیزیکی
حالت ماده
جامد
نقطه ذوب 1795 K )2772 °F
نقطه جوش 3136 K (5185 °F)
حجم مولی ND ((scientific notation|ש»10-6 m3/mol
گرمای تبخیر 261 kJ/mol
گرمای هم‌جوشی 17.2 kJ/mol
فشار بخار
ND
سرعت صوت 2830 m/s) at 293.15 K
متفرقه
الکترونگاتیویته
1.24 (درجه پائولینگ)
ظرفیت گرمایی ویژه 170 J/kg*K
رسانائی الکتریکی 1.17 106/m اهم
رسانائی گرمایی 14,3 W/m*K

1st پتانسیل یونیزاسیون 589.3 kJ/mol
2nd پتانسیل یونیزاسیون 1150 kJ/mol
3rd پتانسیل یونیزاسیون 2194 kJ/mol
4th پتانسیل یونیزاسیون 4120 kJ/mol
پایدارترین ایزوتوپها
ایزو
وفور طبیعی نیم عمر

DM DE MeV DP
160Er {syn.} 28.58 h ε
0.330 160Ho
162Er 0.14% Erbium با 94 نوترون پایدار است
164Er 1.61% Erbium با 96 نوترون پایدار است
165Er {syn.} 10.36 h ε 0.376 165Ho
166Er 33.6% Erbium با 98 نوترون پایدار است
167Er 22.95% Erbium با 99 نوترون پایدار است
168Er 26.8% Erbium با 100 نوترون پایدار است
169Er {syn.} 9.4 d β- 0.351 169Tm
170Er 14.9% Erbium با 102 نوترون پایدار است
171Er {syn.} 7.516 h
β- 1.490 171Tm
172Er {syn.} 49.3 h β- 0.891 172Tm

واحدهای SI & STP استفاده شده است، مگر آنکه ذکر شده باشد.

وانادیم
اطلاعات اولیه
وانادیوم ، عنصر شیمیایی جدول تناوبی است که نماد آن V و عدد اتمی آن 23 می‌باشد. وانادیوم ، یک عنصر کمیاب نرم و هادی است که به‌صورت ترکیبی با کانی‌های خاصی یافت شده و برای تولید آلیاژهایی بکار گرفته می‌شود.
تاریخچه
وانادیوم ( وانادیس ، الهه اسکاندیناوی‌ها ) توسط "Andres Manuel del Rio" که یک معدن شناس اسپانیایی بود، در شهر مکزیکو سیتی در سال 1801 کشف شد. او این عنصر را سرب قرمز نام نهاد. با انجام آزمایشاتی وی ملاحظه کرد که رنگ این عنصر بدلیل وجود کروم می باشد؛ از این‌رو ، این عنصر را Panchromium نام نهاد. وی بعدا این عنصر را به نام Erythronium تغییر داد، چرا که بیشتر نمکها با حرارت دادن قرمز می‌شدند.
یک شیمیدان فرانسوی اشتباها اعلام کرد که عنصر جدید del rio تنها یک کروم ناخالص است. Del Rio نیز گمان داشت که اشتباه کرده است و نظر شیمیدان فرانسوی را قبول کرد. در سال 1831، سوئد وانادیوم را در اکسید جدیدی که وی به هنگام کار کردن با معادن آهن یافته بود دوباره کشف کرد. در همان سال "Friedrich W…r" کشف سابق Del Rio را تائید کرد.
وانادیوم فلزی در سال 1867، توسط "Henry Enfield Roscoe" که کلرید وانادیوم را با هیدروژن تقلیل کرد، به‌صورت جدا گانه بدست آمد. نام وانادیوم از کلمه وانادیس ، الهه زیبایی در اسکاندیناوی گرفته شده است، چرا که این عنصر در ترکیبات گوناگون رنگهای الوانی دارد.
پیدایش
وانادیوم هرگز بصورت آزاد در طبیعت یافت نمیشود. اما در 65 گونه کانی‌های گوناگون وجود دارد. وانادیوم همچنین در Bauxite و کربن نیز وجود دارد که حاوی ذخایری مانند نفت خام ، زغال سنگ Oil Shale وTar می‌شود. طیف وا

نادیوم در نور خورشید و دیگر ستارگان نیز شناسایی شده است.
بیشتر وانادیوم تولید شده توسط تقلیل کلسیم از V2o5 در یک لوله فشار می‌باشد. وانادیوم معمولا به‌صورت محصولات جنبی بدست می‌آید . از این رو منابع جهانی از این عنصر حاکی از وجود ذخایر در دسترس نمی‌باشد.
خصوصیات قابل توجه
وانادیوم ، فلز نرم و رسانا به رنگ سفید براق می‌باشد. این عنصر در برابر فرسودگی توسط مواد قلیایی و اسید سولفوریک و اسید هیدرو

کلریک مقاوم است. در 933k به‌سرعت اکسید می‌شود. وانادیوم ساختار محکمی داشته ، شکاف نوترونی ندارد که این خاصیت آن را برای استفاده در زمینه‌های هسته‌ای مناسب می‌نماید. حالتهای اکسیداسیون معمول این عنصر ، +2،+3،+4،+5 می‌باشد.
حالت اکسیداسیون +1 نیز برای این عنصر دیده شده است.
کاربردها
• تقریبا 80% وانادیوم تولید شده به مصرف فرووانادیم که یک ماده افزوده به فلز فولاد می‌باشد، می‌رسد.
• در آلیاژها به‌عنوان:
o فلزات ضد خش وسایل جراحی و ابزار آلات
o ماده ضد زنگ و افزایش دهنده سرعت در فلزات
o ماده مخلوط شونده با آْلیاژهای آلومینیوم و تیتانیوم برای استفاده در موتورهای جت و هواپیماهای پر سرعت
• آلیاژ فلز وانادیوم در ساخت محورها میل لنگ دنده‌ها و .... بکار می‌رود.
• متعادل کننده کاربید در ساخت فلزات
• کاربردهای هسته‌ای بدلیل نداشتن شکافت نوترونی
• استفاده از ورق وانادیوم در آبکاری تیتانیوم در فلزات
• نوار وانادیوم گالیوم که مگنت ابر رسانا می‌باشد.
• استفاده از ترکیبات وانادیوم به‌عنوان کاتالیزور در تولید Maleic Anhydride و اسید سولفوریک
• استفاده از پنتاکسید وانادیوم به‌عنوان کاتالیزور در سفالگری
نقش بیولوژیکی
در بیولوژی ، اتم وانادیوم از اجزاء لازم آنزیمها بشمار می‌رود. به‌طور خاص "Vanadium Nitrogenase" توسط میکرو ارگانیسم‌های ثابت کننده هیدروژن استفاده می‌شود. وانادیوم برای Ascidian ها لازم است. تمرکز وانادیوم در بدن آنها یک میلیون برابر تمرکز وانادیوم در آب اطراف آنها می‌باشد. همچنین موشها و جوجه‌ها نیز به مقادیر بسیار کمی وانادیوم نیاز دارند و کمبود این عنصر باعث کمبود رشد و تولید مثل معیوب می‌شود.
وجود ترکیبات Oxovanadium برای سبک کردن نشانه‌های بیماری دیابت در برخی نمونه‌های حیوانی و انسان نشان داده شده ا

ست، همانند تاثیر کرومیوم بر متابولیسم شکر ، مکانیسم این تاثیر نیز ناشناخته مانده است.
ترکیبات
پنتااکسید وانادیوم V2O5 به‌عنوان کاتالیزور رنگ‌دهنده و ثابت‌کننده رنگ استفاده می‌شود.