پاسخ : معرفی عناصر جدول مندلیف
گوگرد
گوگرد ( Sulfur ) :
سولفور ( گوگرد ) در سنگهای آسمانی ، آتشفشانها ، چشمه های آب داغ و به عنوان گالن یا سرب معمولی ، ژیپس ، نمک های اپسون و باریت یافت شود . برای کارهای بازرگانی از پشته های نمکی سواحل خمیجی در آمریکا بدست می آید . ماه های مشتری رنگ های خود را به دلیل رنگ های متنوع گوگرد دار می باشند . رنگ های تیره در اطراف ماه شاید نشانه تجمع گوگرد باشد .
این عنصر در شهابسنگها پیدا می شود . دانشمندان اولین با سولفور را در دهانه آتشفشانها پیدار کردند. گوگرد در مجاورت دهانه آتشفشانهای فعال تولید می شود. این عنصر به طور گسترده ای در طبیعت در سنگهای پیریت آهن دار، گالن، اسفالریت، سینابر، استیبنیت، ژیپس، نمکهای دی سولفات منیزیوم، سلستین و باریت یافت می شود.
گوگرد از چاههای عمیق و گنبدهای نمکی به دست می آید . در اثر فرایند گرم شدن آب در اعماق گوگرد ذوب شده به سطح زمین می اید. گوگرد در گازهای طبیعی و نفت خام نیز وجود دارد.
سولفور به رنگهای زرد کمرنگ، بی رنگ است جامدی شکننده می باشد که در آب نامحلول است اما در دی سولفید کربن حل می شود. به هر سه حالت جامد و مایع و گاز یافت می شود. این عنصر دارای خصوصیات غیر عادی نوری و الکتریکی است.
سولفور با خلوص بالا به صورت بی شکل با خنک کردن سریع بلورهای آن تولید می شود. مطالعات اشعه ایکس در مورد این عنصر نشان می دهد که دارای ساختار مارپیچی و 8 اتم در هر مارپیچ می باشد. در طرح اشعه ایکس نرمال گوگرد بلوری به صورت حلقه ای به نظر می رسد و شامل 8 اتم گوگرد است که به یکدیگر متصل شده اند.
عنصر گوگرد دارای 11 ایزوتوپ است. 4 تا از این ایزوتوپها به صورت رادیواکتیو نیستند.
ترکیبات آلی گوگرد شامل سولفور کلسیم و سولفات آمونیوم و دی سولفید کربن و دی اکسید گوگرد و سولفید هیدروژن که ترکیبات مهمی هستند.
گوگرد یکی از اجزا سازنده باروت سیاه می باشد و برای حرارت دادن لاستیک طبیعی و قارچ کشها کاربرد دارد. این عنصر همچنین برای ساخت کودهای شیمیایی فسفاته نیز به کار می رود. این عنصر در مقدار زیاد می تواند تولید اسیدسولفوریک کند که در ساخت مواد شیمایی مهم کاربرد اساسی دارد. همچنین برای ساخت کاغذهای سولفیده ، ضد عفونی کردن مواد و رنگبری و خشک کردن میوه کاربرد دارد. این عنصر نارسانای خوبی است و نقش مهمی در حیات دارد.
در موقع کار با ترکیبات سولفور و سولفور در آزمایشگاه باید دقت لازم را به عمل آورد. سولفید هیدروژن رقیق می تواند متابولیزه شود اما موقع کار با غلیظ آن باید دقت کرد تا به دستگاه تنفسی آسیب نرسد. این ترکیب حس بویایی را بی حس می کند و به آن آسیب می رساند. اکسید گوگرد ترکیب خطرناکی است که باعث آلودگی هوا می شود.
اثرات گوگرد بر سلامتي انسان
معمولاً گوگرد در طبيعت به صورت سلفيد ديده ميشود. طي برخي از فرآيندها پيوندهاي مختلفي از گوگرد تشکيل و وارد محيط زيست ميشود و به جانوران و انسان آسيب ميرساند. پيوندهاي گوگردي طي واکنشهاي متنوعي شکل ميگيرند. شکل گيري اين پيوندها زماني اتفاق مي افتد که در محيط به غير از مواد طبيعي، مواد مصنوعي هم وجود داشته باشد. اين ترکيبات طرفدار چنداني ندارند زيرا داراي بوي زننده اي هستند و اغلب سمهاي قوي تشکيل ميدهند.
مواد گوگردي اثرات زير را بر سلامت انسان ميگذارند:
تاثير برسيستم عصبي و تغيير رفتار
ايجاد مشکلاتي در گردش خون
مشکلات قلبي
تاثير برچشمها و بينايي
مشکلات توليد مثلي
ناهنجاري در معده و روده
ايجاد مشکلات در کبد و کليه ها
تاثير بر ميزان شنوايي فرد
ايجاد مشکل در سيستم متابوليسم هورموني
تاثير بر پوست
خفگي و انسداد ريه ها
اثرات گوگرد بر محيط زيست
گوگرد به اشکال مختلف در طبيعت وجود دارد. اگر مقدار گوگرد در هواي تنفسي (به صورت فاز گازي) از حد معمول خود بيشتر باشد، باعث تحريک چشها و گلو در جانوران ميشود. گوگرد در صنعت کاربرد زيادي دارد و به طور گسترده در هوا منتشر ميشود. احتمال تخريب پيوندهاي گوگردي کم است.
اثرات تخريبي گوگرد بر جانوران اکثراً به صورت آسيبهاي ذهني است. زيرا گوگرد کارآيي هيپوتالاموس را پايين مي آورد و بر سيستم عصبي اثر ميکند.
تستهاي آزمايشگاهي که بر جانوران انجام شده نشان ميدهد که گوگرد بر رگهاي مغز، قلب و کليه ها اثر ميگذارد. اين تستهاي آزمايشگاهيي نشان ميدهد که اشکال خاصي از گوگرد سبب بروز آسيبهايي برجنين شده ومشکلات مادرزادي به همراه دارد. همچنين در دوران شيردهي، مادران مقداري گوگرد را همراه شير خود به بدن نوزاد منتقل ميکنند.
در نهايت، گوگرد باعث صدمه زدن به سيستم آنزيم جانوران ميشود.
خواص فیزیکی و شیمیایی عنصر گوگرد :
عدد اتمی: 16
جرم اتمی: 32.066
نقطه ذوب : C°113
نقطه جوش: C°445
شعاع اتمی: Å 1.09
ظرفیت: 2,4,6
رنگ: زرد
حالت استاندارد: جامد
نام گروه: 6
انرژی یونیزاسیون: Kj/mol 999.3
شکل الکترونی: [Ne]3s23p4
شعاع یونی : Å 0.37
الکترونگاتیوی: 2.5
حالت اکسیداسیون: ±2,4,6
دانسیته: 2.07
گرمای فروپاشی: Kj/mol 1.117
گرمای تبخیر : Kj/mol 9.82
مقاومت الکتریکی : Ohm m 2×10-5
گرمای ویژه: J/g Ko 0. 71
دوره تناوبی:3
شماره سطح انرژی : 3
اولین انرژی : 2
دومین انرژی : 8
سومین انرژی : 6
ایزوتوپ :
ایزوتوپ نیمه عمر
S-32 پایدار
S-33 پایدار
S-34 پایدار
S-35 87.2 روز
S-36 پایدار
اشکال دیگر :
دی اکسید سولفور SO2 و مونوکسید گوگرد SO3
هیدرید سولفور H2S
دی کلرید سولفور SCl2و دی کلرید دی سولفور S2Cl2
موارد استفاده : کبریت سازی ، پودر تفنگ ، پزشکی ، لاستیک سازی و باتری سازی
منابع : گوگرد ، کانی پریت و گاز طبیعی
پاسخ : معرفی عناصر جدول مندلیف
كلر
کلر ( Chlorine ) :
کلرعنصری گازی شکل به رنگ زرد مایل به سبز است که در سال 1774 توسط carl wihelm scheele شیمیست سوئدی کشف گردید .
این گاز در گروه 17 جدول تناوبی قرار دارد که به سری هالوژن معروف است . کلر در طبیعت به صورت آزاد وجود ندارد و معمول ترین منشأ آن نمک طعام می باشد .
کلر باعث آزردگی دستگاه تنفس می شود . گازی که پرده های مخاطی را می آزارد و مایعی که پوست را می سوزاند . مقدار کمی در حدود ppm3.5 می تواند در عطر یافت شود ودر حدود ppm1000آن احتمالا در پی کمی تنفس عمیق کَشنده است .
از cl در سال 1915در گازهای جنگی استفاده شد .
این عنصر در طبیعت فقط به حالت ترکیب یافت می شود و مهمترین ترکیب آن با سدیم به صورت نمک یافت میشود مثل نمک طعام NaCl ، کارنالیت و سیلویت.
این عنصر یک عنصر هولوژن است که توسط الکترولیز به دست می آید. این عنصر یک گاز گاز زرد مایل به سبز است و باعناصر مختلفی می تواند ترکیب شود . در دمای 10 درجه سانتیگراد آب می تواند 3.1 حجم از کلر در خود حل کند و در 30 درجه سانتیگراد آب میتواند 1.77 حجم از کلر ار در خود حل کند.
کلر کاربرد وسیعی در زندگی روزمره برای ساخت تولیدات دارد. از این عنصر بای گنرزدایی آب استفاده می شود که اب را صورت نوشیدنی سالم در اختیار قرار می دهد. آب آشامیدنی همیشه مقدار کمی کلر دارد. همچنین این عنصر به طور گسترده در تولید کاغذ، مواد رنگی و جوهر ، در صنعت منسوجات و پارچه در تولیدات نفت، دارو، یک عامل گندزدا، در حشره کشها ، غذاها ، حلالها، رنگها ، پلاستیکها و بسیاری دیگر از تولیدات مصرفی مورد استفاده قرار می گیرد.
بیشتر ترکیبات کلربرای بهداشت آب آشامیدنی و سفید کننده ها، مواد ضدعفونی کننده، و فرآوری پارچه مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین از این عنصر برای ساخت کلراتها ، کلروفرم، تترا کلرید کربن و استخراج برم استفاده می شود.
کلر باعث سوزش دستگاه تنفسی می شود و آسیب به مخاط می رساند و در موقع تماس کلر مایع با پوست موجب سوختگی شدید می شود.مقدار کمی از کلر مثلاً 3.5 PPM را می توان از بوی نامطبوع آن شناسایی کرد ومقدار 1000 ppm آن برا سلامتی مضر است و احتمال مرگ را افزایش می دهد. کلر در سال 1915 به عنوان گاز اشک آور مورد استفاد ه قرار می گرفت. میزان پرتودهی کلر از 0.5 ppm تجاوز نمی کند.
اثرات کلر بر سلامتي انسان
کلر يکي از گازهاي بسيار فعال است. به طور طبيعي به صورت عنصر وجود دارد. عمده ترين مصرف کنندگان کلر شرکتهايي هستند که کلريد اتيل و ساير محلولهاي داراي کلر، چسبهاي کلر پلي وينيل (PVC)، کلروفلوئوروکربن و اکسيدهاي پروپيلن را ميسازند. در شرکتهاي کاغذ سازي از کلر براي سفيد کردن کاغذ استفاده ميکنند. گياهاني که در آب يا فاضلاب براي تصفيه به کار ميروند اغلب از انواعي هستند که ميزان کلر آب را افزايش ميدهند تا از انتشار ميکروارگانيسمهايي که سبب بيماري انسان ميشود، جلوگيري کنند.
تماس با کلر ممکن است در محل کار يا در هر محيطي که کلر در هوا، آب يا زمين منتشر ميشود، صورت گيرد. افرادي که از سفيد کننده ها و مواد شيميايي ضد عفوني کننده استخر استفاده ميکنند، فقط با کلر در تماس نيستند. کلر معمولاً در صنعت به کار ميرود.
زماني که در هواي تنفسي کلر وجود داشته باشد، يا آب و غذا به کلر آغشته باشد، کلر وارد بدن انسان ميشود. به دليل اينکه کلر، خاصيت واکنشي بالايي دارد، در بدن باقي نمي ماند.
تاثير کلر بر بدن انسان به مقدار کلر موجود و مدت زمان تماس آن با بدن بستگي دارد. تاثير کلر همچنين به سلامت فرد يا شرايط محيطي که کلر در آن پرتودهي ميکند، وابسته است.
تنفس مقدار اندک کلر در مدت زمان کوتاه بر سيستم تنفسي انسان اثر ميگذارد. کلر تاثير متفاوتي بر دستگاه تنفس دارد اين اثرات ميتواند شامل سرفه، درد سينه يا جمع شدن آب در ششها باشد. کلر سبب تحريک پوست، چشمها و دستگاه تنفس ميشود. اگر مقدار کلر در محيط زيست در حد مجاز باشد، بيماريهاي ذکر شده بروز نخواهند کرد.
تاثير تنفس يا مصرف مقدار اندکي کلر در مدت زمان طولاني بر بدن انسان هنوز ناشناخته است. برخي از مطالعات نشان ميدهد که کلر اثرات معکوس دارد، به طوري که برخي از کارگراني که در تماس طولاني مدت با کلر هستند مشکل تنفسي يا ساير مشکلات و ناهنجاريها را از خود نشان نميدهند، در حاليکه برخي اين علائم را از خود بروز ميدهند.
تاثيرات زيست محيطي کلر
زمانيکه کلر با آب مخلوط ميشود، در آب حل ميشود. تحت شرايط خاصي کلر ميتواند از آب خارج شده و وارد هوا شود. قسمت اعظم کلري که آزاد ميشود، وارد هوا و آبهاي سطحي ميگردد.
برخي اوقات ممکن است که کلر در هوا و در آب با ساير مواد شيميايي واکنش کند. کلر با مواد غير آلي داخل آب واکنش داده و نمکهاي کلر را تشکيل ميدهد و همراه با مواد آلي آب، سبب تشکيل مواد شيميايي آلي کلر ميشود.
به دليل واکنش پذيري کلر، اين عنصر شيميايي نميتواند وارد زمين يا آبهاي زيرزميني شود.
گياهان و جانوران کلر را در خود ذخيره نميکنند. اما، مطالعات آزمايشگاهي نشان ميدهد که تماس مکرر با کلر در هوا ميتواند بر سيستم ايمني بدن، گردش خون، قلب و دستگاه تنفسي جانوران اثر بگذارد.
مقدار اندک کلر نيز بر محيط زيست اثرات مخرب دارد. همچنين کار براي ارگانيسمهاي موجود در آب و خاک خطرناک است.
تجهیزات آزمایشگاهی مورد استفاده در تجزیه
اسپکترومتر جرمی ، میکروسکوپ ، کرماتوگرافی مایع و گازی ، اشعه x ، جذب اتمی ، مادون قرمز ، کروماتوگرافی مایع با عملکرد بالا و اسپکترومتر نشری
خواص فیزیکی و شیمیایی عنصر کلر :
عدد اتمی: 17
جرم اتمی: 35.453
نقطه ذوب: C°-101.0
نقطه جوش : C°-34
شعاع اتمی: Å 0.97
ظرفیت: 7
رنگ: زرد
حالت استاندارد: گاز
نام گروه: 7
انرژی یونیزاسیون: Kj/mol 1255.7
شکل الکترونی: 1s2 2s2p6 3s2p5
شعاع یونی :Å 1.81
الکترونگاتیوی: 3.16
حالت اکسیداسیون: ±1,3,5,7
دانسیته: 1.65570
گرمای فروپاشی: Kj/mol 3.203l
گرمای تبخیر : Kj/mol 10.2 l
گرمای ویژه: J/g Ko 0.48
دوره تناوبی:3
درجه اشتعال : در حالت گازی غیر قابل اشتعال
شماره سطح انرژی : 3
اولین انرژی : 2
دومین انرژی : 8
سومین انرژی : 7
ایزوتوپ :
ایزوتوپ نیمه عمر
Cl-35 پایدار
Cl-36 301000.0 سال
Cl-37 پایدار
Cl-38 37.2 دقیقه
اشکال دیگر :
مونوکسید کلر Cl2O ، دی اکسید کلر ClO2 و هپتا اکسید دی کلر Cl2O7
اسید کلریدریک HCl
کلر Cl2
منابع : آب نمک و کانی هالیت
کاربرد : از کلر در تصفیه آب ، سفید کننده ها و دیگر ترکیباتی نظیر CFC ها استفاده می شود .
پاسخ : معرفی عناصر جدول مندلیف
آرگون
آرگون ( Argon ) :
آرگون گازی بی بو ،بی رنگ ،که تحت تأثیر ولتاژ بالا به رنگ متمایل به آبی روشن در می آید. این گاز در سال توسط Lord Rayleigh فیزیکدان انگلیسی و William Ramsay شیمیست اسکاتلندی در سال 1894 کشف گردید آرگون بسیار ساکن و ناشناخته در ترکیبات واقعی شیمیایی است.آرگون به مقدار کم در اتمسفر است و جدایش آن از هوا صورت می گیرد .به صورت عادی به آزمایشگاه حمل نمی شود بلکه به صورت سیلندرهای تحت فشار ارائه می شود .
این گاز از تقطیر جز به جز هوای مایع به دست می آید زیرا اتمسفر زمین حاوی 0.94 % آرگون می باشد. در اتمسفر مریخ 1.6 درصد آرگون 40 و حدود 5 ppm آرگون 36 وجود دارد.
آرگون قابلیت حلالیت در آب را دارد و همانطور که اکسیژن در آب حل می شود آرگون نیز حل می شود. آرگون گازی بیرنگ ، بی بو است و به هر دو حالت مایع و گاز موجود می باشد. آرگون گاز بی اثر است و ترکیب شیمایی خاصی تا کنون از این عنصر شناخته نشده است مثل گازهای کریپتون گزنون و رادون.
آرگون در طبیعت از ترکیب سه نوع ایزوتوپ تشکیل شده است. تعداد 12 رادیوکتیو دیگر نیز از این عنصر شناخته شده است .
موارد استفاده این عنصر شامل لامپهای الکتریکی ، لامپهای فلورسانس با فشار 400 پاسکال و در صنعت عکاسی و لامپهای گرم و مشتعل مورد استفاده قرار می گیرد. آرگون همچنین به علت اینکه یک گاز بی اثر است در جوشکاری برقی و برش کاری و به عنوان روکش برای تولیدات تیتانیوم و دیگر عناصر واکنش دهنده مورد استفاده قرار می گیرد. و یک عامل حفاظتی برای رشد کریستالهای ژرمانیوم و سیلیسیوم می باشد.
اثرات آرگون بر سلامتي انسان
اين عنصر شيميايي با تنفس توسط بدن انسان جذب ميشود.
خطر تنفس: در محيطهايي که عمل تصفيه انجام ميشود، مقدار گاز آرگون افزايش پيدا ميکند و به سرعت در هوا به حالت فوق اشباع رسيده و خطر اختناق و خفگي را به دنبال دارد.
بر اثر تنفس گاز آرگون، سرگيجه، خستگي، سردرد و خفگي رخ ميدهد. در صورت تماس آرگون مايع با پوست، يخزدگي در پوست اتفاق مي افتد. اگر مقداري گاز آرگون وارد چشم شود، هم يخزدگي روي ميدهد.
تنفس: آرگون گازي خنثي است و جز گازهاي خفه کننده محسوب ميشود. تنفس مقدار زياد آرگون باعث سرگيجه، استفراغ، تهوع، بيهوشي و مرگ ميشود. مرگ در صورتي رخ ميدهد که فرد در حالت بيهوشي قرار بگيرد و نتواند از خود در برابر اين گاز محافظت کند. زمانيکه ميزان اکسيژن محيط پايين باشد، طي چند ثانيه مرگ اتفاق مي افتد.
اثر گازهاي اختناق آور اين است که سبب کاهش فشار جزيي اکسيژن محيط ميشوند. قبل از ديدن علائم خاصي، مقدار اکسيژن ممکن است تا 75 درصد مقدار معمولي اش در هوا کاهش يابد. چنين شرايطي زماني در محيط حاکم ميشود که غلظت گاز نئون افزايش يافته و 33 درصد از هوا را گاز نئون تشکيل دهد. زمانيکه اين غلظت به 50 درصد برسد، علائم خاص بروز ميکنند. غلظت 75 درصد گاز نئون طي چند دقيقه اثر کشنده خود را در محيط اعمال ميکند.
علائم: اولين علائم خفگي با تنفسهاي سريع و شديد و کمبود اکسيژن همراه است. هوشياري فرد کاهش مي يابد و عضلات فعاليت خود را از دست ميدهند. به تدريج کليه حواس پنجگانه از بين ميروند. ناپايداري روحي اتفاق مي افتد و فرد احساس خستگي شديد ميکند. به تدريج که خفگي ادامه مي يابد، تهوع و استفراغ در فرد رخ ميدهد و با از دست دادن هوشياري تشنج کرده و در کما فرو ميرود و در نهايت به مرگ فرد منتهي ميشود.
تاثيرات زيست محيطي
آسيبهاي اکولوژي آرگون گزارش نشده است. در طبيعت آرگون به صورت گازي وجود دارد. آرگون در مناطقي که تصفيه انجام ميشود، آرگون به سرعت منتشر ميشود.
تاثير آرگون بر گياهان يا جانوران هنوز شناخته نشده است. به نظر ميرسد که آرگون براي محيطهاي آبي خطرناک نباشد.
آرگون فاقد مواد شيميايي تهي از ازن است و جز آلاينده هاي تقسيم بندي شده در DOT (Department of Transportation) آمريکا محسوب نميشود.
تجهیزات آزمایشگاهی مورد استفاده در تجزیه
اسپکترومتر جرمی ، میکروسکوپ ، کرماتوگرافی مایع و گازی ، اشعه x ، جذب اتمی ، مادون قرمز ، کروماتوگرافی مایع با عملکرد بالا و اسپکترومتر نشری
خواص فیزیکی و شیمیایی عنصر آرگون :
عدد اتمی:18
جرم اتمی: 39.948
نقطه ذوب : C°-189.2
نقطه جوش: C°-185.7
شعاع اتمی : pm 71
ظرفیت: 8
رنگ: بی رنگ
حالت استاندارد: گاز
نام گروه: 18
انرژی یونیزاسیون : Kj/mol 1520
شکل الکترونی: 6 1s2 2s2p6 3s23 p
دانسیته: 1.7838
گرمای تبخیر : Kj/mol 6.52
گرمای ویژه: J/g Ko 0.520
دوره تناوبی:3
شماره سطح انرژی : 3
اولین انرژی : 2
دومین انرژی : 8
سومین انرژی : 8
ایزوتوپ :
ایزوتوپ نیمه عمر
Ar-36 پایدار
Ar-37 35.0 روز
Ar-38 پایدار
Ar-39 269.0 سال
Ar-40 پایدار
Ar-41 1.8 ساعت
منابع : هوا
کاربرد : در لامپهای روشنایی با حرارت بالا استفاده می شود . به عنوان محافظ اتمسفر در برابر افزایش سیلیکون و ژرمانیوم به کار می رود . برای تعیین سن آبهای زیر زمینی به کار می رود .
پاسخ : معرفی عناصر جدول مندلیف
پتاسيم
پتاسیم ( Potassium ) :
پتاسیم فلزی نرم به رنگ سفید- نقره ای است که شدیداًً از لحاظ شیمیایی فعال است.این عنصر در سال 1807 توسط Humphry Davy دانشمند انگلیسی کشف گردید . پتاسیم به صورت غیر ترکیبی درطبیعت یافت نمی شود.ترکیبات این عنصر درفلدسپار, میکا و سایر مواد معدنی یافت می شود.از نظر فراوانی در پوسته زمین هفتمین عنصر و در محلولها و اقیانوسها ششمین عنصر می باشد.این عنصر در آبهای معدنی, شورابه ها و رسوبات نمکی نیز یافت می شود.فلز پتاسیم به صورت تجاری از طریق پروسه ترموشیمیایی که در این روش کلرید پتاسیم مذاب با بخار سدیم واکنش داده می شود.این فلز از طریق الکترولیز پتاسیم هیدروکسید مذاب نیز تهیه می شود.
حدود 2.4 % پوسته زمین را از نظر وزنی پتاسیم تشکیل می دهد. بیشتر کانی های پتاسیم نامحلولند و روش به دست آوردن این فلز بسیار مشکل است.
کانی هایی که دارای پتاسیم هستند شامل سیلویت، کارنالایت، لانژبنیت و پلی هالیت می باشند. که این کانی ها در دریاچه های قدیمی و کف دریا و نهشته های گسترده پتاسیم و نهشته های نمکی به دست می آید. معدن پتاس در آلمان، نیومکزیکو، کالیفرنیا و چند ایالت دیگر آمریکا یافت می شود. معدنهای بزرگ پتاس در اعماق زیاد حدود 3000 فوت یافت می شود و پتاسیم همچنین در اقیانوس ها نیز یافت میشود .
پتاسیم به حالت آزاد در طبیعت یافت نمی شود و از الکترولیز هیدروکسید پتاسیم حاصل می شود. روشهای گرمایی همچنین برای تولید پتاسیم استفاده می شود. مثل روش کاهش ترکیبات پتاسیم با استفاده از ترکیبات CaC2, C, Si, Na .
استفاده عمده پتاسیم و ترکیبات آن در کودهای شیمایی می باشد. پتاشیم عامل ضروری برای رشد و نمو گیاهان است و در بسیاری از خاکها یافت می شود.
ترکیب سدیم و پتاسیم NaK برای انتقال حرارت در حد متوسط استفاده می شود. مهمترین نمکهای پتاسیم که اهمیت ویژه ای دارند عبارتند از هیدروکسید، کربنات، کلرید، کلرات، برومید، یدید، سیانید، سولفات، کرومات و کرومیت.
پتاسیم عنصری بسیار واکنش پذیر و با الکتروپوزیتیوه بالا در بین فلزات است. بعد از لیتیم یکی از سبکترین فلزات به شمار می رود. این عنصر نرم و سبک است به راحتی با چاقو بردیده می شود و رنگ آن تقریباً نقره ای است . این عنصر به سرعت در مجاورت اکسیژن هوا اکسیده می شود و برای جلوگیری از اکسید شدن آن باید این عنصر را در نفت نگهداری کرد. مانند دیگر عناصر گروه آلکانها پتاسیم نیز در آب تجزیه می شود و هیدروژن آزاد می شود. پتاسیم در آب به خودی خود آتش می گیرد. پتاسیم و ترکیبات نمکی آن با شعله بنفش می سوزند.
برا ی عنصر پتاسیم 17 ایزوتوپ شناخته شده است. پتاسیم معمولی ترکیبی از 3 ایزوتوپ است که ایزوتوپ پتاسیم 40 رادیواکتیو می باشد و نیمه عمر آن 1.28 x 109 سال می باشد.
به علت خاصیت رادیواکتیو بودن این عنصر با در موقع کار با آن دقت کرد . قیمت فلز پتاسیم در بازار 40 دلار در هر پوند است.
اترات پتاسيم بر سلامتي انسان
پتاسيم در سبزيجات، ميوه، سيب زميني، گوشت، نان، شير و آجيل وجود دارد. پتاسيم نقش مهمي در سيستم مايعات فيزيکي بدن انسان دارد و به سيستم عصبي بدن کمک ميکند. اگر مقدار پتاسيم در بدن افزايش يابد، ممکن است باعث از کار افتادگي کليه ها شود. همچنين مقدار زياد پتاسيم بر ضربان قلب اثر ميگذارد.
پتاسيم بر تنفس انسان اثر ميگذارد. غبار پتاسيم باعث تحريک چشمها، گوش، گلو، ششها شده، سبب عطسه، سرفه و گلو درد ميشود. مقدار زياد پتاسيم باعث آب آوردگي ريه ها شده و ممکن است منجر به مرگ شود. بر اثر تماس پتاسيم با پوست و چشم، سوختگي شديد اتفاق مي افتد و آسيب دائمي را سبب ميشود.
تاثيرات زيست محيطي پتاسيم
پتاسيم همراه با نيتروژن و فسفر يکي از ماکرومينرالهاي اصلي براي بقاي گياهان به شمار ميرود. وجود چنين ترکيبي براي سلامت خاک، رشد گياهان و تغذيه جانوران ارزش زيادي دارد. يکي اثرات مهم پتاسيم در گياه، نقشي است که پتاسيم در حفظ فشار اسمزي و اندازه سلول دارد، بنابراين پتاسيم بر فتوسنتز و توليد انرژي اثر ميگذارد، همانطور دي اکسيد کربن بر جابجايي و تورژسانس مواد غذايي در گياه موثر است. به اين ترتيب، بخش قابل توجهي از عنصر شيميايي پتاسيم مورد استفاده براي رشد گياهان است.
نتيجه پايين آمدن پتاسيم در گياه با علائم زير همراه است:
رشد کم، کاهش گلدهي گياه و توليد اندک آن.
سطح بالاي پتاسيم محلول در آب سبب جوانه زني بذرها شده و مانع بيشتر شدن مقدار ساير مواد معدني در گياه شده و کيفيت محصول را پايين مي آورد.
خواص فیزیکی و شیمیایی عنصر پتاسیم :
عدد اتمی:19
جرم اتمی: 39.0983
نقطه ذوب: C°63.7
نقطه جوش : C°759
شعاع اتمی : Å 2.77
ظرفیت: 1+
رنگ: نقره ای
حالت استاندارد: جامد
نام گروه: 1
انرژی یونیزاسیون Kj/mol 418.8
شکل الکترونی: 1s2 2s2p6 3s2p6 4s1
شعاع یونی: Å 1.38
الکترونگاتیوی: 0.82
حالت اکسیداسیون: 1
دانسیته: 0.856
گرمای فروپاشی: Kj/mol 89.6
گرمای تبخیر : Kj/mol 79
مقاومت الکتریکی : Ohm 0.0000000719
گرمای ویژه: J/g Ko 0.757
دوره تناوبی: 4
شماره سطح انرژی : 4
اولین انرژی : 2
دومین انرژی : 8
سومین انرژی : 8
چهارمین انرژی : 1
ایزوتوپ :
ایزوتوپ نیمه عمر
K-39 پایدار
K-40 1.28سال
K-41 پایدار
K-42 12.4 ساعت
K-43 22.3 ساعت
اشکال دیگر :
اکسید پتاسیم K2O
هیدرید پتاسیم KH
کلرید پتاسیم KCl
منابع : کانی سیلویت و کارنالیت
کاربرد : در ساخت شیشه ، صابون ، نمک و انواع لنزها به کار می رود . در ساخت کودهای شیمیایی و در کارهای منفجره و در آتشبازی برای ایجاد رنگ بنفش به کار می رود .
روش شناسایی:
AA:Flame Atomic Absorption Spectrometry
FP:Flame Photometry
ICP:Inductively Coupled Plasma Spectrography
NA:Neutron Activation Analysis
XRF:X-Ray Fluorescence Spectrometry
پاسخ : معرفی عناصر جدول مندلیف
كلسيم
کلسیم ( Calcium ) :
کلسیم فلزی چکش خوارو نرم به رنگ سفید- نقره ای با ساختار بلورین مکعبی است . از نظر شیمیایی شبیه به استرانسیم و باریم است و عنصری فعال می باشد. این در سال 1808 توسط Humphrey Davy دانشمند انگلیسی کشف گردید . عنصر کلسیم جزء سازنده آهک ، کلرید آهک ( رنگبر)، گچ ، سیمان ، بتون وسنگ گچ می باشد . ترمولیت ، شکلی از پنبه نسوزاست که ترکیبی طبیعی از کلسیم ، منیزیم ، سیلیس و اکسیژن می باشد . با اینکه کلسیم از نظر فراوانی پنجمین عنصر در پوسته زمین است اما به صورت غیر ترکیبی یافت نمی شود . کلسیم بطور وسیعی در ترکیباتش مانند Iceland spar ، سنگ مرمر، سنگ آهک ، فلدسپار، آپاتیت ، کلسیت ، دولومیت ، فلوریت ، گارنت و لابرادوریت توزیع شده است . امروزه فلز کلسیم از طریق الکترولیز کلسیم کلرید مذاب که به آن کمی کلسیم فلورید اضافه می شود بدست می آید.
کلسیم عنصری فلزی است که حدود 3 درصد از پوسته زمین را تشکیل می دهد. این عنصر جز اصلی تشکیل دهنده دندانها، استخوانها و پوسته صدفها می باشد. این عنصر به حالت آزاد در طبیعت یافت نمی شود و به صورت ترکیب است و به صورت فراوان در سنگ آهک ، ژیپس و فلوریت یافت میشود. آپاتیت فلوئوروفسفات یا کلروفسفات از کلسیم ساخته شده است.
این فلز دارای رنگ نقره ای با سختی بالا است. از نظر شیمیایی یک فلز قلیایی در پوسته زمین است که به صورت یک لایه نازک سفیدرنگی از نیتریت درهوا وجود دارد. این عنصر با آب واکنش می دهد و با شعله زرد قرمز می سوزد.
این فلز یک عامل کاهنده برای دیگر فلزاتی مثل توریم، اورانیوم، زیرکونیوم است و ترکیبات کلسیم دار شامل دی اکسید کلسیم ، دی سولفید یا دی کربنی برای آلیاژهای آهندار و بدون آهن استفاده می شود. همچنین این عنصر آلیاژی برای ترکیبات آلومینیوم برلیم و مس و سرب ومنیزیم جهت استفاده گاز باقیمانده در بمب خلا استفاده می شود.
این عنصر به صورت آزاد و به صورت ترکیب در طبیعت یافت می شود. آهک خام با گرما تبدیل به سنگ آهک و سنگ آهک با اضافه شدن آب تبدیل به آهک مرده می شود. که آهک مرده کاربردهای زیادی در تصفیه شیمیایی دارد. وقتی آهک با ماسه ترکیب می شود باعث سخت شدن ملات و گچ می گردد و که این سخت شدن توسط جذب دی اکسید کربن هوا صورت می گیرد. کلسیم عنصر مهمی در سنگ آهک است که در تهیه سیمان پورتلند مورد استفاده قرار می گیرد.
از حل شدن آب در کربنات دی اکسید کربن تولید می شود که این فرایند در غارها باعث تشکیل فرمهای استالاکتیت و استالاگمیت می شود. از دیگر ترکیبات مهم کلسیم می توان از کربید، کلرید، سیانامید، هیپوکلریت، نیترات و سولفید می باشد.
اثرات کلسيم بر سلامتي انسان
برخي اوقات کلسيم را به عنوان سنگ آهک به حساب مي آورند. کلسيم در فرآورده هاي لبني مورد استفاده قرار ميگيرد و همچنين در سبزيجات، آجيل و حبوبات نيز پتاسيم وجود دارد. کلسيم يکي از عمده ترين نگهدارنده هاي اسکلت و دندانهاي انسان است. همچنين کلسيم به سيستم عصبي و عضلات کمک ميکند. مصرف بيش از 2.5 گرم کلسيم در روز، بدون تجويز پزشک باعث سنگ کليه و تصلب کليه ها و رگهاي خوني ميشود.
کمبود کلسيم يکي از عوامل بيماري پوکي استخوان است. در بيماري پوکي استخوان، استخوانها به شدت داراي منفذ ميشوند و ممکن است عاملي براي شکستگي استخوان شده و درمان را کندتر ميکند. پوکي استخوان اغلب در زنان ديده ميشود و پس از يائسگي به آن دچار ميشوند. بيماري پوکي استخوان در نهايت باعث خميدگي ستون فقرات شده و سبب از بين رفتن مهره ها ميگردد.
برخلاف آنچه که مردم تصور ميکنند، فعاليت زيستي شديدي در استخوانهاي بدن انسان انجام ميشود. در استخوانهاي بدن انسان مرتباً بافتهاي قديمي از بين ميروند و بافتهاي جديد جانشين آنها ميشوند. طي دوران کودکي و نوجواني سرعت توليد بافتهاي جديد به مراتب بيشتر از بافتهاي قديمي است. اما در سن 30 تا 35 سالگي فرآيند برعکس ميشود و بر تعداد بافتهاي قديمي افزوده شده و بافتهاي تشکيل دهنده استخوان شروع به سست شدن ميکنند. در زنان يائسه اين فرآيند با سرعت بيشتري طي ميشود (يائسگي در فاصله سني 45 تا 55 سالگي اتفاق مي افتد).
شواهد نشان ميدهد که انسان به هزار ميليگرم کلسيم در روز براي نگهداشتن جرم استخواني در شرايط عادي نيازمند است.
مهمترين منابع کلسيم لبنيات، آجيل، سبزيجات مانند اسفناج، کاهو، لوبيا و عدس ميباشد.
کلسيم همراه با منيزيم يکي از سازنده هاي اصلي اجرام استخواني است. کلسيم و منيزيم با نسبت 2:1 ترکيب ميشوند. اگر فردي هر روز 1000 ميلي گرم کلسيم مصرف کند، بايد 500 ميلي گرم منيزيم نيز بخورد. برخي از منابع غذايي که داراي منيزيم هستند شامل غذاهاي دريايي، سبوس، آجيل، لوبيا، جودوسر، جوانه ها و سبزيجات ميباشند.
موارد ديگري که براي جلوگيري از پوکي استخوان به کار ميرود:
انجام تمرينهاي ورزشي (حداقل سه بار در هفته)
همه افراد بايد مقدار کافي منيزيم، اسيد فوليک، ويتامين B6، ويتامين B12، امگا 3 (به جذب کلسيم کمک ميکند و به توليد اجرام استخواني جديد کمک ميکند) و ويتامين D (که به جذب کلسيم کمک ميکند) در طول روز مصرف کنند.
تاثيرات زيست محيطي کلسيم
فسفيد کلسيم براي موجودات آبزي بسيار خطرناک ميباشد.
تجهیزات آزمایشگاهی مورد استفاده در تجزیه
اسپکترومتر جرمی ، میکروسکوپ ، کرماتوگرافی مایع و گازی ، اشعه x ، جذب اتمی ، مادون قرمز ، کروماتوگرافی مایع با عملکرد بالا و اسپکترومتر نشری
خواص فیزیکی و شیمیایی عنصر کلسیم :
عدد اتمی: 20
جرم اتمی: 40.078
نقطه ذوب : C°842
نقطه جوش : C°1494
شعاع اتمی: Å 2.23
ظرفیت:2
رنگ: سفید نقره ای
حالت استاندارد: جامد پارامغناطیس
نام گروه: 2
انرژی یونیزاسیون : Kj/mol 589.8
شکل الکترونی: 1s2 2s2p6 3s2p6 4s2
شعاع یونی: Å 0.99
الکترونگاتیوی: 1.00
حالت اکسیداسیون: 2
دانسیته: 1.55
گرمای فروپاشی: Kj/mol 8.6
گرمای تبخیر Kj/mol: 155
مقاومت الکتریکی : Ohm m 0.0000000335
گرمای ویژه: J/g Ko 0.632
دوره تناوبی:4
درجه اشتعال : در حالت جامد اشتعال پذیر
شماره سطح انرژی : 4
اولین انرژی : 2
دومین انرژی : 8
سومین انرژی : 8
چهارمین انرژی : 2
ایزوتوپ :
ایزوتوپ نیمه عمر
Ca-40 پایدار
Ca-41 103000.0 سال
Ca-42 پایدار
Ca-43 پایدار
Ca-44 پایدار
Ca-45 162.7 روز
Ca-46 پایدار
Ca-47 4.5 روز
Ca-48 پایدار
Ca-49 8.7 دقیقه
اشکال دیگر :
اکسید کلسیم CaO
هیدرید کلسیم CaH2
کلرید کلسیم CaCl2
منابع : گچ ، سنگ آهک ، مرمر ، کلسیت و 3.5 درصد پوسته
کاربرد : برای آب زدایی از نفت ، کربن زدایی و سولفات زدایی از آهن و آلیاژهای آن به کار می رود . عامل آلیاژکاری آلومینیم ، سرب و روی به کار می رود . در ساخت کودهای شیمیایی استفاده می شود . یکی از اجزای اصلی صدف ، استخوان ، دندان و ساختار گیاه می باشد .
روش شناسایی:
ICP:Inductively Coupled Plasma Spectrography
XRF:X-Ray Fluorescence Spectrometry
AA:Flame Atomic Absorption Spectrometry
GR :Gravimetry
VOL:Volumetry
پاسخ : معرفی عناصر جدول مندلیف
اسكانديم
اسکاندیم ( Scandium ) :
اسکاندیم فلزی نرم به رنگ سفید- نقره ای است که به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی ، کمیاب بودن و سختی استخراج آن ، گاهی به عنوان یکی از فلزات نادر در نظر گرفته می شود . این عنصر در سال 1879 توسط Lars Nilson دانشمند سوئدی کشف گردید . در دمای معمولی به صورت ساختار هگزاگونال متبلور می شود . این عنصر در بسیاری از سنگ های عناصر کمیاب و کانی های تنگستن و اورانیم یافت می شود.
این عنصر در سال 1878 از کانیهای euxenite و gadolinite توسط نیلسون به دست آمد. از فرآوری 10 کیلوگرم کانی euxenite و ته نشینی عناصر کمیاب نیسلون توانست 2 گرم اکسید اسکاندیم عیار بالا به دست آورد.
اسکاندیم در خورشید و ستاره ها بیست وسومین عنصر از نظر فراوانی است و در پوسته زمین پنجاهمین عنصر از نظر فراوانی می باشد. این عنصر به صورت گسترده در زمین پراکنده شده است که در بیش از 800 نوع کانی وجود دارد. زمانی بریل به رنگ آبی متمایل باشد علت آن عنصر اسکاندیم می باشد . این عنصر جز اصلی تشکیل دهنده کانی کمیاب thortveitite است که این کانی در کشورهای اسکاندیناوی و ماداگاسکار وجود دارد. همچنین این عنصر به عنوان بازمانده در فرایند استخراج تنگستن به وجود می آید و به فرمهای زینوالد، ولفرامیت و ویکیت و بازیت می باشد.
بیشترین میزان اسکاندیم به دست آمده از کانی تورتویتیت است و یا از فراوری کارخانه اورانیوم تولید می شود. اسکندیم فلزی اولین بار در سال 1937 توسط سه دانشمند از الکترولیز ذوب یوتکتیکی عناصر پتاسیم و لیتیم و کلرید اسکاندیم در دمای 700 تا 800 درجه سانتی گراد به دست آمد. اسکاندیم با خلوص بالا امروزه از واکنش فلورید اسکاندیم با فلز کلسیم به دست می آید.
اسکاندیم فلزی به رنگ سفید تا نقره ای است که ممکن است زمانی که در معرض هوا قرار می گیرد رنگ آن به زرد کمرنگ یا بنفش تغییر پیدا کند. این عنصر نسبتاً نرم است و شبیه ایتریم و فلزات کمیاب در پوسته زمین مثل تیتانیم و آلومینیم می باشد. این عنصر فلزی سبک وزن و دارای نقطه ذوب بالا تر آلومینیم است که برای ساخت بدنه هواپیماها نیز استفاده می شود. قیمت اکسید اسکانیدم حدود 75 دلار در گرم است.
حدود 20 گرم از اکسید اسکاندیم سالیانه در کشور آمریکا برای استفاده نور شدت بالا استفاده می شود. ایزوتوپ رادیواکتیو عنصر اسکاندیم 46 برای ردیابی در پالایشگاههای نفت و گاز استفاده می شود. از ترکیب یدید اسکاندیم و بخارجیوه برای تولید روشنایی لامپهای خیلی درخشان مثل نور خورشید استفاده می شود. که از این لامپها برای استفاده های خانگی و لامپ رنگ تلویزیون در شب استفاده می شود.
اسکانیدم فلزسمی است بنابراین برای استفاده دستی از آن باید دقت لازم را به عمل آورد.
اثرات اسکانديم بر سلامتي انسان
اسکانديم يکي از کمياب ترين مواد شيميايي است که در وسايل خانه مانند رنگ تلويزيون، لامپهاي فلورسانس، لامپهاي کم مصرف و شيشه ها به کار ميرود. کليه عناصر شيميايي کمياب داراي خصوصيات مشابه هستند.
اسکانديم به ندرت در طبيعت يافت ميشود و اگر هم در طبيعت پيدا شود، مقدار بسيار اندک است. اسکانديم در دو نوع کانسنگ متفاوت يافت ميشود. در حال حاضر استفاده از اسکانديم در حال گسترش است. از اسکانديم به عنوان کاتاليزور و جلادهنده شيشه استفاده ميشود.
اسکانديم در محيطهاي کاري بسيار خطرناک است. رطوبت و گاز حاصل از اسکانديم با هوا قابل تنفس است. تنفس گاز اسکانديم براي مدت زمان زياد سبب انسداد ريه ها ميشود. اگر اسکانديم در بدن انسان تجمع پيدا کند، به کبد آسيب ميرساند.
تاثيرات زيست محيطي اسکانديم
اسکانديم در محيطهاي زيادي قرار دارد، به خصوص اسکانديم در صنايع توليد نفت مورد استفاده قرار ميگيرد. اسکانديم در هنگام استفاده از وسايل خانگي نيز وارد هوا ميشود. مقدار اسکانديم به تدريج در خاک و آبهايي که از خاک عبور ميکنند، تجمع مي يابد و در نهايت باعث افزايش مقدار اسکانديم در بدن انسان، جانوران و ذرات خاک ميشود.
در جانوران آبزي اسکانديم باعث آسيب به غشاي سلول ميشود. آسيب غشا سلول اثرات منفي بر سيستم عصبي دارد.
خواص فیزیکی و شیمیایی عنصر اسکاندیم :
عدد اتمی: 21
جرم اتمی: 44.95591
نقطه ذوب :C°1541
نقطه جوش : C°2831
شعاع اتمی: Å 2.09
ظرفیت: 3
رنگ: سفید نقره ای
حالت استاندارد: جامد
نام گروه: 3
انرژی یونیزاسیون: Kj/mol 654
شکل الکترونی: 1s2 2s2p6 3s2p6d1 4s2
شعاع یونی : Å 0.745
الکترونگاتیوی: 1.36
حالت اکسیداسیون: 3
دانسیته: 2.99
گرمای فروپاشی: Kj/mol 14.1
گرمای تبخیر : Kj/mol 314.2
مقاومت الکتریکی : Ohm m 0.00000055
گرمای ویژه: J/g Ko 0.6
دوره تناوبی:4
شماره سطح انرژی : 4
اولین انرژی : 2
دومین انرژی : 8
سومین انرژی : 9
چهارمین انرژی : 2
ایزوتوپ :
ایزوتوپ نیمه عمر
Sc-44 3.92 ساعت
Sc-45 پایدار
Sc-46 83.81 روز
Sc-46m 18.72 ثانیه
Sc-47 3.34 روز
Sc-48 43.67 ساعت
Sc-49 57.3 دقیقه
اشکال دیگر :
تری اکسید اسکاندیم Sc2O3
تری هیدرید اسکاندیم ScH3 و دی هیدرید اسکاندیم ScH2
تری کلرید اسکاندیم ScCl3
منابع : کانی تورتویتیت و ویکی ، فراورده های استخراج شده از اورانیوم
کاربرد : به عنوان ردیاب شکافها ، عامل سبز شدن دانه ها و قابل استفاده در صنعت فضا
روش شناسایی:
ICP:Inductively Coupled Plasma Spectrography
XRF:X-Ray Fluorescence Spectrometry
ES:Emission Spectrography
NA:Neutron Activation Analysis
پاسخ : معرفی عناصر جدول مندلیف
وانادیم ( Vanadium ) :
وانادیم فلزی نرم و چکش خوار به رنگ خاکستری- نقره ای است. این عنصر در سال 1830 توسط Nils Sefstr”m دانشمند سوئدی کشف گردید . وانادیم به صورت غیر ترکیبی در طبیعت یافت نمی شود ولی بطور گسترده ای در سنگهای معدنی یافت می شود.کانی های مهم شامل کارنوتیت، پاترونیت، روسکوئلیت و وانادیت می باشد.این عنصر از نظر خواص مانند کروم است. در دمای معمولی در برابر خوردگی و زنگ زدگی مقاوم است.وانادیم بادرجه خلوص بالا از طریق احیاء شیمیایی تری کلرید و یا احیاء پنتا اکسید وانادیم توسط کلسیم تولید می شود.
این عنصر اولین بار توسط del Rio در سال 1801 کشف گردید.
وانادیم در داخل 65 کانی مختلف وجود دارد. و کانی های مهمی که این عنصر در آن وجود دارد شامل کارنوتیت ، روزوکولیت، وانادینیت و پاتنرونیت می باشد. وانادیم همچنین در سنگ فسفاته و نهشته های آهنی و نفت خام و کمپلکسهای آلی وجود دارد. و همچنین در شهابسنگهای کوچک نیز وجود دارد . وانادیوم خیلی خالص بسیار نرم است و واندیوم از واکنش تتراکلرید وانادیم با منیزیم و مخلوط سدیم و منیزیم حاصل می شود.
همچنین وانادیم از واکنش کلسیم و پنتا اکسید وانادیوم حاصل می شود.
وانادیم طبیعی مخلوطی از دو ایزوتوپ است. ایزوتوپ وانادیم 50 میزان 0.24% و وانادیم 51 میزان 99.76 درصد را به خود اختصاص داده است. ایزوتوپ وانادیم 50 کمی رادیواکتیو است و نیمه عمر آن 3.9 x 1017 سال است. 9 ایزوتوپ ناپایدار دیگر نیز از این عنصر در طبیعت شناخته شده است.
وانادیم خالص فلزی سفید براق و نرم و شکل پذیر است. دارای مقاومت بالا در برابر خوردگی مواد قلیایی، اسید سولفوریک، اسید هیپوکلریک و آب نمک است اما این فلز در درجه حرارت 660 درجه به راحتی اکسید می شود. ساختار این فلز مقاوم دارای شکافت نوترونی پایین و دارای کاربرد مفید در استفاده های هسته ای می باشد.
وانادیم عنصری ضد زنگ است بنابراین برای مصارف ضد زنگ به کار می رود. این عنصر به علت پایداری کاربید در ساخت فولاد به کار می رود. حدود 80 درصد از وانادیم برا ی تولید فرووانادیم کابرد دارد. ورقه های نازک واندیم برای پوشش اتصالات تیتانیم با فولاد کاربرد دارد. پنتا اکسید وانادیم در سرامیکها کاربرد دارد و همچنین این ترکیب دارای خاصیت کاتلیزور نیز می باشد. این عنصر همچنین برای ساخت آهنرباهای ابررسانا با شدت میدان مغناطیسی 175000 کاربرد دارد.
وانادیم و ترکیبات آن بسیار سمی هستند و در موقع استفاده باید دقت لازم را به عمل آورد. حداکثر غلظت مجاز پنتا اکسید وانادیم 0.05 گرم است.
وانادیم انعطاف پذیر برای استفاده تجاری کاربرد دارد. فلز وانادیم با خلوص 95 درصد قیمت آن حدود 20 دلار در یک پوند است. وانادیم باخلوص 99.9 درصد 100 دلار در اونس قیمت دارد.
اثرات واناديم برسلامتي انسان
واناديم از طريق مواد غذايي مانند، گندم سياه، سويا، روغن زيتون، روغن آفتابگردان، سيب و تخم مرغ وارد بدن انسان ميشود.
اگر مقدار واناديم دريافتي توسط انسان زياد باشد، واناديم بر بدن انسان اثرات زيادي دارد. اگر فرد از طريق هوا مقداري واناديم تنفس کند، به بيماريهايي از قبيل برونشيت و ذات الريه مبتلا ميشود.
شديدترين تاثير واناديم بر بدن انسان تحريک ششها، گلو، چشها و حفرات بيني ميشود.
ساير اثرات واناديم عبارت است از:
بيماريهاي قلبي و عروقي
تورم معده و روده
آسيب به سيستم عصبي
خونريزي کبد و کليه
خارش پوست
تب و لرز شديد و فلج
خونريزي بيني و گلودرد
ضعف
کسالت و سردرد
سرگيجه
تغيير رفتار
تاثير واناديم و خطرات ناشي از آن بر بدن انسان به حالت اکسيداسيوني واناديم بستگي دارد. عنصر شيميايي واناديم اکسيد شده و طي جوشيدن به پنتوکسيد واناديم تبديل ميشود. پنتوکسيد واناديم در مقايسه با واناديم عنصري به شدت سمي است. علائم مزمني که غبار و بخار پنتوکسيد واناديم ايجاد ميکند، شامل تحريکات شديد چشمي، پوست، مشکلات در بخشهاي فوقاني دستگاه تنفس، تورم ناي و ريه ها، آماس ريوي و سمي شدن بدن است. علائم مصرف زياده از حد واناديم، عبارت هستند از ورم ملتحمه، ورم گلو، سرفه، تنفس شديد، تشديد ضربان قلب، تغيير در ششها، برونشيت مزمن، پريدگي رنگ پوست، سبزشدن رنگ زبان و خارش پوستي.
تاثيرات زيست محيطي واناديم
واناديم در جلبکها، گياهان، بيمهرگان، ماهيها و بسياري از گونه ها يافت ميشود. در صدف دوکفه اي و خرچنگها نيز واناديم به صورت bioaccumulates وجود دارد. Bioaccumulates يعني غلظت ماده مورد نظر در بدن موجود زنده 105 تا 106 برابر بيشتر از غلظت همان ماده در آب دريا باشد.
واناديم از ترشح آنزيم بسياري از جانوران جلوگيري به عمل مي آورد. همچنين واناديم برسيتم عصبي تاثير ميگذارد. واناديم ناهنجاريهاي تنفسي، فلج را سبب شده و اثرات منفي بر کبد و کليه ها ميگذارد.
تستهاي آزمايشگاهي جانوران نشان داده است که واناديم بر دستگاه توليد مثل جانوران نر اثر گذاشته و در جنين جانوران جمع ميشود.
واناديم باعث تحريک DNA ميشود، اما عامل سرطان در جانوران نيست.
خواص فیزیکی و شیمیایی عنصر وانادیم :
عدد اتمی: 23
جرم اتمی: 50.9419
نقطه ذوب: C°1902
نقطه جوش : C°3409
شعاع اتمی : Å 1.92
ظرفیت: 3 ، 5
رنگ: خاکستری نقره ای
حالت استاندارد: جامد
نام گروه: 5
انرژی یونیزاسیون : Kj/mol 6.74
شکل الکترونی: 1s22s2p63s23 p63d34s2
شعاع یونی: Å 0.59
الکترونگاتیوی:1.63
حالت اکسیداسیون:5,3
دانسیته: 6.11
گرمای فروپاشی: Kj/mol 20.9
گرمای تبخیر : Kj/mol 452
مقاومت الکتریکی: Ohm m 0.000000204
گرمای ویژه: J/g Ko 0.45
دوره تناوبی:4
درجه اشتعال : در حالت جامد غیر قابل اشتعال
شماره سطح انرژی : 4
اولین انرژی : 2
دومین انرژی : 8
سومین انرژی : 11
چهارمین انرژی : 2
ایزوتوپ :
ایزوتوپ نیمه عمر
V-48 15.98 روز
V-49 337.0 روز
V-50 1.4 سال
V-51 پایدار
V-52 3.76 دقیقه
اشکال دیگر :
پنتا اکسید دی وانادیم V2O5 ، دی اکسید وانادیم VO2 ، تری اکسید دی وانادیم V2O3 و اکسید وانادیم VO
دی هیدرید وانادیم VH2 ، هیدرید وانادیم VH
تترا کلرید وانادیم VCl4 ، تری کلرید وانادیم VCl3 و دی کلرید وانادیم VCl2
منابع : کانیهای پاترونیت و وانادینیت
کاربرد : مخلوط آن با فلزات دیگرآلیاژهای مقاوم و پایدار تولید می کند . در ابزار ساختمانی ، موتور جت و فنر از آن استفاده می شود . از پنتا اکسید وانادیم در رنگ کردن و ماده ثبوت عکس به کار می رود . همچنین عامل کاتالیزور است .
روش شناسایی:
ICP:Inductively Coupled Plasma Spectrography
XRF:X-Ray Fluorescence Spectrometry
ES:Emission Spectrography
NA:Neutron Activation Analysis
COL: Colorimetry
AA:Flame Atomic Absorption Spectrometry
POL:Polarography
پاسخ : معرفی عناصر جدول مندلیف
کروم ( Chromium ) :
کروم عنصری فلزی سخت، براق به رنگ خاکستری- نقره ای است که بسیار جلا پذیر است. این عنصر در سال 1797 توسط Louis Vauquelin دانشمند فرانسوی کشف گردید . کروم هرگز به صورت آزاد در طبیعت یافت نمی شود. منبع اصلی آن سنگ کرومیت است که ترکیبی از آهن ، کروم و اکسیژن است. کروم فلزی از طریق احیاء اکسید کروم توسط آلومینیم یا کربن تهیه می شود .
منبع اصلی این عنصر، کانی کرومیت است که معادن مهم این سنگ در کشورهای زیمبابوه، روسیه، نیوزلند، ترکیه، ایران، آلبانی، فنلاند، ماداگاسکار و فیلیپین وجود دارد. این فلز از واکنش اکسید کروم با آلومینیوم تولید می شود.
کروم برای سخت شدن فولاد مورد استفاده قرار می گیرد و از این عنصر برای ساخت محصولات فولاد ضد زنگ استفاده می شود که این ترکیبات کاربردهای مفیدی دارد. از این عنصر برای روکشهای سطوح سخت و برای تزئین و جلوگیری از خوردگی و زنگ زدن استفاده می شود. کروم شیشه ای شکل و به رنگ زمرد سبز و با کاربرد گسترده می باشد. کرومیت همچنین برای صنایع نسوز استفاده می شود که این شکل از کاربرد به فرم آجرهای نسوز مورد استفاده قرار می گیرد . کرومیت دارای نقطه ذوب بالا، انبساط حرارتی متوسط و ساختار بلوری پایدار می باشد که به همین دلایل در صنایع نسوز مورد استفاده قرار می گیرد.
همه ترکیبات کروم بی رنگ هستند. مهمترین کروماتها شامل کرومات سدیم و پتاسیم و دی کروماتها شامل دی کرومات پتاسیم و آلومینیم هستند. در کروماتها برای عامل اکسیده برای آنالیزهای کمی و صنایع چرم سازی هستند. از دیگر ترکیبات صنعتی کروم ، کرومات سرب است که رنگ آن زرد می باشد. از دیگرکاربردهای ترکیبات کروم در صنایع منسوجات و پارچه و صنایع هواپیما سازی و صنایع آندنیزه کردن آلومینیم است.
این عنصر و ترکیبات آن بسیار سمی هستند و در موقع استفاده از آن باید دقت کرد.
اثرات کروم بر سلامتي انسان
افراد از طريق تنفس، خوردن، آشاميدن و تماسهاي پوستي کروم و ترکيبات کروم را دريافت ميکنند. ميزان کروم در هوا و آب بسيار اندک است. مقدار کروم در آب آشاميدني بسيار کم است اما ممکن است که آبهاي آلوده حاوي مقداري کروم 4 و کروم 6 باشند که جز انواع خطرناک کروم محسوب ميشوند. اغلب افراد از طريق عذا کروم 3 دريافت ميکنند. کروم 3 به طور طبيعي در سبزيجات، ميوه ها، گوشت، زرده تخم مرغ و دانه ها وجود دارد. روشهاي متنوع نگهداري و ذخيره مواد غذايي ممکن است، محتواي کرم مواد غذايي را تغيير دهد. اگر غذا در تانکهاي فولادي يا قوطي ها نگهداري شود، مقدار کروم غذا افزايش مي يابد.
کروم 3 در تغذيه انسان نقش اساسي دارد و کمبود آن موجب مشکلات قلبي، اختلال در متابوليسم و ديابت شود. اما اگر مقدار کروم 3 که انسان مصرف ميکند، از حد معمول بيشتر باشد، بر سلامت انسان اثر گذاشته و به عنوان مثال، باعث خارش پوستي ميشود.
کروم 6 براي انسان بسيار خطرناک است. به خصوص براي افرادي که در صنعت فولاد و نساجي کار ميکنند، کروم 6 خطر بيشتري دارد. افرادي که تنباکو مصرف ميکنند، بيشتر از ساير افراد در معرض خطر کروم قرار دارند.
کروم 4 اثرات متعددي بر سلامت انسان دارد. معمولاً ترکيب کروم در محصولات چرمي وجود دارد. اين ترکيب باعث آلرژي شديد در افراد ميشود، مانند خارش پوست. با تنفس کروم 4 بيني تحريک شده و خونريزي بيني اتفاق مي افتد.
ساير بيماريهايي که کروم 4 سبب ميشود، عبارت هستند از:
خارش پوستي
زخم معده
مشکلات دستگاه تنفسي
ضعيف شدن سيستم ايمني بدن
آسيبهاي کليوي و کبد
تغيير مواد ژنتيکي
سرطان ريه
مرگ
خطراتي که کروم براي سلامتي انسان ايجاد ميکند، به حالت اکسيدايوني آن بستگي دارد. فرم فلزي کروم خاصيت سمي اندکي دارد، اما کروم 6 بسيارسمي است. اثراتي که کروم 6 بر بدن انسان بر جاي ميگذارد، عبارت هستند از زخم معده، آماس پوست و حساسيتهاي پوستي. اگر کروم 6 و ترکيبات آن با تنفس وارد بدن انسان شود، سبب آسيبهاي معده به خصوص زخم معده ميگردد. علاوه بر اين، مشکلاتي در مخاط دهان، مخاط بيني، گلو و حنجره اتفاق مي افتد. برونشيت، گرفتگي تنفسي و تورم نيز از ديگر بيماريهايي است که بر اثر تنفس کروم 6 بروز ميکنند. علائم بيماريهاي حاصل از کروم 6 در دستگاه تنفسي شامل عطسه کردن، خس خس کردن، تنفسهاي کوتاه و منقطع و خارش بيني است.
با توجه به برنامه سمشناسي ملي آمريکا (NTP) و ليست مربوط به آن کروم 3 ظرفيتي و ترکيبات حاصل از آن بر روي جانوران آزمايشگاهي اثر سرطانزا ندارد. اما داده هاي حاصل از NTP درباره کروم 6 و ترکيبات حاصل از آن، شواهد زيادي را دال بر سرطانزا بودن اين عنصر شيميايي براي جانوران آزمايشگاهي نشان ميدهد. اين ترکيبات کرومات کلسيم، تري اکسيد کروم، کرومات سرب، کرومات استرونتيم و کرومات روي ميباشند. آژانس بين المللي سرطان (IARC) فلز کروم و ترکيبات کروم 3 ظرفيتي را در ليست گروه سوم (يعني گروهي از عناصر که سرطانزا نيستند) طبقه بندي کرده است.
تاثيرات زيست محيطي کروم
انواع مختلفي از کروم وجود دارد و تاثير آنها بر ارگانيسمهاي موجودات زنده متفاوت ميباشد. کروم به شکل کروم 3 و کروم 4 از طريق فرآيندهاي طبيعي و فعاليتهاي انساني وارد هوا، آب و خاک ميشود.
عمده ترين فعاليتهاي انساني که باعث افزايش غلظت کروم 3 ميشود، کارخانه هاي توليد فولاد، چرم و نساجي هستند. مهمترين فعاليتهاي انساني که سبب افزايش غلظت کروم 5 ميگردند، کارخانه هاي شيميايي، چرم و نساجي، الکتريسيته و نقاشي ميباشد. موارد کاربرد کروم 4 در صنعت است. تما اين فعاليتها باعث افزايش غلظت کروم در آب ميشود. با احتراق زغالسنگ کروم وارد هوا ميشود و از طريق زباله هاي صنعتي کروم وارد خاک ميشود.
اکثر کروم هوا ته نشين شده و به آب و خاک وارد ميشود. کرومي که در خاک قرار دارد، به شدت به ذرات خاک ميچسبد و در نتيجه وارد آبهاي زيرزميني نميشود. کرومي که در آب قرار دارد، جذب رسوبات ميشود و به صورت غير متحرک در مي آيد. فقط مقدار اندکي از کروم داخل آب حل ميشود.
اگر مصرف روزانه کروم 3 از حد معمول کمتر باشد، در ارگانيسمهاي متابوليسم کننده قند و در قلب مشکلاتي بروز ميکند. اين در حالي است که کروم 4 براي ارگانيسمها بسيار سمي است. کروم 4 سبب تغيير ژنتيکي شده و فرد دچار بيماري سرطان ميشود.
محصولات زراعي داراي مقداري کروم هستند تا ميزان کروم مورد نيلز بدن انسان از اين طريق تامين شود. اگر ميزان کروم موجود در خاک افزايش پيدا ميکند، به تبع آن غلظت کروم در محصولات زراعي نيز افزايش مي يابد. اسيدي شدن خاک بر ميزان مصرف گياهان زراعي از کروم تاثير ميگذارد. اکثر گياهان کروم 3 دريافت ميکنند. کروم 3 يکي از مهمترين اشکال کروم به حساب مي آيد، اما اگر ميزان غلظت کروم 3 از حد مجاز تجاوز کند، اثرات منفي به دنبال دارد.
عنصر شيميايي کروم توانايي تجمع در بدن ماهي ها را ندارد، اما اگر غلظت کروم، به دليل تاثير توليدات فلزي بر آبهاي سطحي افزايش يابد، ميتواند بر آبشش ماهيهايي که در نزديکي اين مناطق زندگي ميکنند، اثر گذارد.
کروم در جانوران باعث مشکلات تنفسي، پايين آمدن مقاومت بدن در برابر بيماريها، کاهش تولد، عقيمي و تشکيل تومور ميشود.
خواص فیزیکی و شیمیایی عنصر کروم :
عدد اتمی: 24
جرم اتمی:51.9961
نقطه ذوب: C°1857
نقطه جوش : C°2672
شعاع اتمی: Å 1.85
ظرفیت: 3و2
رنگ: خاکستری نقره ای
حالت استاندارد: جامد
نام گروه: 6
انرژی یونیزاسیون : Kj/mol 6.766
شکل الکترونی: 1 1s22s2p63s23 p63d 54s
شعاع یونی : Å 0.52
الکترونگاتیوی:1.66
حالت اکسیداسیون:3,2,6
دانسیته: 7.19
گرمای فروپاشی : Kj/mol 16.9
گرمای تبخیر : Kj/mol 344.3
مقاومت الکتریکی: Ohm m 0.000000129
گرمای ویژه: J/g Ko 0.45
دوره تناوبی:4
درجه اشتعال : در حالت جامد غیر قابل اشتعال
شماره سطح انرژی : 4
اولین انرژی : 2
دومین انرژی : 8
سومین انرژی : 13
چهارمین انرژی : 1
ایزوتوپ :
ایزوتوپ نیمه عمر
Cr-49 42.3 دقیقه
Cr-50 پایدار
Cr-51 27.7 روز
Cr-52 پایدار
Cr-53 پایدار
Cr-54 پایدار
اشکال دیگر :
تری اکسید دی کروم Cr2O3 ، دی اکسید کروم CrO2 و تری اکسید کروم CrO3
هیدرید کروم CrH
تری کلرید کروم CrCl3 و دی کلرید کروم CrCl2
منابع : کانی کرومیت
کاربرد : از آن برای تهیه فولاد ضد زنگ همچنین برای روکش ابزارماشین ، چاقو ، وسایل جنگی استفاده می شود و باعث رنگ سبز در زمرد مصنوعی استفاده می شود .
روش شناسایی:
ICP:Inductively Coupled Plasma Spectrography
XRF:X-Ray Fluorescence Spectrometry
ES:Emission Spectrography
NA:Neutron Activation Analysis
COL: Colorimetry
AA:Flame Atomic Absorption Spectrometry
POL:Polarography
پاسخ : معرفی عناصر جدول مندلیف
منگنز
منگنز ( Manganese ) :
منگنزعنصری فلزی به رنگ خاکستری متمایل به صورتی که از لحاظ شیمیایی فعال است. این عنصردر سال 1774 توسط Johann Gahn دانشمند سوئدی کشف گردید . این فلز شبیه به آهن اما سختتر و شکننده تر است.این فلز آلوتروپیهای متفاوتی با خواص مختلفی دارد. منگنز به صورت وافر در طبیعت یافت می شود.پیرولوزیت (MnO2) سنگ اصلی این فلز است. فلز منگنز به صورت تجاری از طریق احیاء سنگهای معدنی اش با آلومینیوم و برای تهیه با خلوص بالا ازطریق الکترولیز محلول سولفات منگنز تهیه می شود.
کانیهای منگنز به صورت گسترده پراکنده شده اند. ترکیبات معمول این عنصر شامل اکسیدها، سیلیکاتها و کربناتها هستند. این عنصر به صورت نودولها در کف اقیانوسها نیز کشف شده اند که این نودولها نیز جز منابع مهم منگنز هستند. این نودولها شامل 24 درصد منگنز به علاوه عناصر دیگر که میزان آنها کمتر است نیز می باشد. بیشتر معادن منگنز امروزه در کشورهای روسیه، برزیل، استرالیا، جنوب آفریقا، گابن، هندوستان می باشد. مهمترین کانیهای گروه منگنز پیرولوزیت و رودوکروزیت هستند. این فلز همچنین از واکنش اکسید منگنز با سدیم، منگنز، آلومینیوم و همینطور از روش الکترولیز تولید می شود.
این عنصر شبیه آهن است اما سختتر و شکننده تر از آهن می باشد. این فلز با واکنش پذیری بالا و با آب به آهستگی تجزیه می شود. منگنز برای آلیاژهای مهمی کاربرد دارد. در صنایع فولاد منگنز باعث نورد کردن فولاد و چکش خواری، استحکام ، دوام، مقاومت در برابر سایش و شکنندگی می شود.از ترکیب منگنز و آلومینیوم و آنتیموان و کمی مس آلیاژی با خاصیت فرومغناطیس قوی حاصل می شود. منگنز خالص دارای چهار آلوتروپی می باشد. فرم آلفا در درجه حرارت معمولی پایدار است . فرم گامای این عنصر دارای خصوصیات انعطاف پذیری بالا، نرم، راحت با چاقو بردیده می شود، و چکش خوار است.
پیرولوزیت دی اکسید منگنز برای قطب زدایی کردن پیلهای خشک به کار می رود که این ترکیب به رنگ سبز و دارای ناخالصی آهن می باشد. منگنز دارای رنگ بنفشی باشد که عمل رنگ کانی آمتیست نیز می باشد. پیرولوزیت همچنین بای تهیه عناصر کلر و اکسیژن است و در رنگهای سیاه بهکار می رود. پرمنگنات عامل اکسیداسیون قوی است و برای آنالیزهای کمی و علم پزشکی استفاده می شود. این عنصر عامل مهمی برای کاربرد ویتامین B1 می باشد.
پرتودهی منگنز و ترکیبات آن از میزان 5 mg/m3 تجاوز نمی کند بنابراین برای یک دوره باید برای یک دوره کوتاه از آن استفاده شود چون عنصر سمی است.
اثرات منگنز بر سلامتي انسان
منگنز يک ترکيب شيميايي معمول است که در تمام قسمتهاي کره زمين يافت ميشود. منگنز سومين عنصر شيميايي از لحاظ سمي بودن ميباشد. يعني از طرفي مقدار اندک منگنز براي بقاي انسان مورد نياز است و از طرف ديگر زمانيکه غلظت منگنز از حد معمول خود تجاوز کرده و بالا ميرود، براي بدن انسان بسيارسمي است. اگر انسان مقدار منگنز مورد نياز بدن را مصرف نکند، سلامتي وي به خطر مي افتد. اما اگر مصرف منگنز بسيار زياد باشد، مشکلاتي در بدن انسان رخ ميدهد.
منگنز از طريق غذا وارد بدن انسان ميشود. غذاهايي که حاوي منگنز هستند، اسفناج، چاي و گياهان دارويي ميباشند. مواد غذايي که مقدار منگنز آنها بالا ميباشد، عبارت هستند از برنج، سويا، تخم مرغ، آجيل، روغن زيتون، لوبيا سبز و صدف. پس از مصرف غذاهاي حاوي منگنز و جذب آنها، منگنز از طريق خون به اندامهايي مانند کبد، کليه ها، پانکراس و غدد درون ريز وارد ميشود.
مهمترين تاثير منگنز بر دستگاه تنفس و مغز است. علائم مسموميت با منگنز شامل توهم، فراموشي و آسيبهاي عصبي است. همچنين منگنز باعث بيماري پارکينسون، آب آوردن ريه ها و برونشيت ميشود. اگر مردان براي مدت زمان زياد تحت تاثير منگنز قرار گيرند، ممکن است توانايي جنسي خود را از دست دهند.
سندرمي که بر اثر عملکرد منگنز در بدن انسان اتفاق مي افتد داراي علائمي مانند شيزوفرني، کسالت، ضعف عضلات، سردرد و کم خوابي است.
بر اثر کمبود منگنز در بدن انسان بيماريهاي زير بروز ميکند:
چاقي
عدم تحمل گلوکز
خونمردگي
مشکلات پوستي
پايين آمدن کلسترول بدن
ناهنجاريهاي اسکلتي
کاهش تولد
تغيير رنگ مو
علائم عصبي
با تنفس طولاني مدت غبار يا بخار منگنز مسموميت مزمن منگنز رخ ميدهد. اولين قسمت بدن که آسيب ميبيند، سيستم عصبي مرکزي است و ممکن به طور موقت دچار ناتواني شود. علائم اين مسموميت عبارت هستند از ضعف، احساس خواب آلودگي، احساس کسالت، مشکلات روحي، اسپاسم پاها، گرفتگي عضلات پا و فلج. در کارگراني که با ترکيبات، غبار و بخار منگنز کار ميکنند، عوارضي مانند ذات الريه و عفونت دستگاه تنفسي مشاهده ميشود. ترکيبات منگنز ممکن است سبب ايجاد تومور در بدن انسان شوند، اما تحقيقات آزمايشگاهي نتيجه اي مبهم را به دنبال داشته و هنوز اين اثر منگنز به درستي تاييد نشده است.
تاثيرات زيست محيطي منگنز
منگنز در طبيعت به صورت جامد در خاک و به صورت ذرات ريز در آب وجود دارد. ذرات منگنز در هوا به صورت غبار است. غبار منگنز طي چند روز و به آهستگي در سطح زمين ته نشين ميشود.
فعاليتهاي انساني مانند فعاليتهاي صنعتي و استفاده از سوختهاي فسيلي سبب افزايش غلظت منگنز در هوا ميشود. منگنز حاصل از فعاليتهاي انساني ميتواند وارد آبهاي سطحي، آبهاي زيرزميني و فاضلاب شود. از طريق آفت کشهاي منگنزکه در کشاورزي مورد استفاده قرار ميگيرند، مقداري منگنز وارد خاک ميشود.
منگنز در بدن جانوران از اهميت زيادي برخوردار است زيرا بيش از 36 آنزيمي که براي متابوليسم کربوهيدراتها، پروتئين و چربي در بدن جانوران به کار ميرود، به منگنز نياز دارند. در جانوراني که به اندازه کافي منگنز دريافت ميکنند، رشد، تشکيل استخوان و توليد مثل به خوبي انجام ميشود.
مقدار بسيار اندک منگنز (در صورتي که از مقدار مجاز مورد نياز براي جانوران افزايش يابد)، در برخي از جانوران کشنده است. منگنز در جانوران، مشکلات ريوي، کبدي و عضلاني، کاهش در فشار خون سبب ميشود و به مغز و جنين جانور آسيب ميرساند.
بر اثر جذب منگنز از طريق پوست، مشکل تعادل و رعشه در بدن جانور اتفاق مي افتد. تحقيقاتي که بر روي جانوران آزمايشگاهي انجام شده نشان ميدهد، که مسموميت شديد منگنز ميتواند باعث تشکيل تومور در جانوران شود.
يونهاي منگنز پس از اينکه از خاک جذب گياه ميشوند، به برگهاي گياه منتقل ميشوند. مقدار کمي از منگنز ميتواند به مکانيسم گياه لطمه وارد سازد. منگنز در بدن گياه باعث تجزيه آب به دو عنصر هيدروژن و اکسيژن ميشود و همين مسئله به گياه آسيب ميرساند.
منگنز دو نوع اثر در گياهان دارد. هم کمبود منگنز براي گياه ضرر دارد و هم مقدار زياد آن سبب مسموميت گياه ميشود. با پايين آمدن pH خاک مقدار منگنز گياه کاهش مي يابد.
مقدار زياد و سمي منگنز در گياهان، باعث تخريب ديواره هاي سلولي شده، پژمردگي برگها و ايجاد لکه هاي قهوه اي در برگ را باعث ميشود. کمبود منگنز نيز اين اثرات را به دنبال دارد. در واقع مقدار منگنز مورد نياز گياه، مقدار حدواسطي است که بين کمبود منگنز و حالت سمي براي گياه در نظر گرفته ميشود.
خواص فیزیکی و شیمیایی عنصر منگنز :
عدد اتمی: 25
جرم اتمی:54.938049
نقطه ذوب: C°1244
نقطه جوش : C°1962
شعاع اتمی : Å 1.79
ظرفیت:2و4و3و6و7
رنگ: خاکستری مایل به صورتی
حالت استاندارد: جامد
نام گروه:7
انرژی یونیزاسیون: Kj/mol 4.435
شکل الکترونی: 2 1s22s2p63s23 p63d 54s
شعاع یونی : Å 0.46
الکترونگاتیوی:1.55
حالت اکسیداسیون: 2و3و4و6و7
دانسیته: 7.43
گرمای فروپاشی: Kj/mol 12.05
گرمای تبخیر : Kj/mol 226
مقاومت الکتریکی : Ohm m 0.0000016
گرمای ویژه: J/g Ko 0.48
دوره تناوبی:4
درجه اشتعال : در حالت جامد اشتعال پذیر
شماره سطح انرژی : 4
اولین انرژی : 2
دومین انرژی : 8
سومین انرژی : 13
چهارمین انرژی : 2
ایزوتوپ :
ایزوتوپ نیمه عمر
Mn-52 5.59 روز
Mn-52m 21.1 دقیقه
Mn-53 3700000.0 سال
Mn-54 312.2 روز
Mn-55 پایدار
Mn-56 2.57 ساعت
Mn-57 1.45 دقیقه
اشکال دیگر :
اکسید منگنز MnO ، تترا اکسید تری منگنز Mn3O4 ، تری اکسید دی منگنز Mn2O3 ، دی اکسید منگنز MnO2 و هپتا اکسید دی منگنز Mn2O7
دی کلرید منگنز MnCl2
منابع : کانیهای پیرولوسیت و پسیلوملان و رودوکروزیت
کاربرد : برای تهیه لوازم فولادی ، باتریها ، ریل راه آهن ، محور چرخها و سرامیک سازی به کار می رود .
روش شناسایی:
ICP:Inductively Coupled Plasma Spectrography
XRF:X-Ray Fluorescence Spectrometry
ES:Emission Spectrography
NA:Neutron Activation Analysis
COL: Colorimetry
AA:Flame Atomic Absorption Spectrometry
POL:Polarography
پاسخ : معرفی عناصر جدول مندلیف
آهن
آهن ( Iron ) :
آهن فلزی نسبتاً فراوان در جهان است و اهمیت حیاتی در زندگی حیوانات و گیاهان دارد . فلزی خالص که دارای فعالیت شیمیایی زیاد است و مخصوصاً در هوای مرطوب به سرعت زنگ می زند .
آهن دارای خواص مغناطیسی مهمی است . و یکی از ترکیبات مهم سازنده زمین می باشد .
این عنصر در خورشید و انواع ستاره ها یافت می شود. این عنصر هسته پایداری دارد. آهن یکی از ترکیبات اصلی شهابسنگها می باشد که در سیدریتها و عناصر فرعی وجود دارد. هسته زمین دارای ترکیبی از 10 درصد آهن و هیدروژن دارد. این فلز چهارمین عنصر فراوان از نظر وزنی در پوسته زمین است . عمومی ترین ترکیب این عنصر هماتیت است که در داخل رسوبات سیاه سواحل و صخره های رودخانه ها یافت می شود.
آهن معمولی ترکیبی از 4 ایزوتوپ می باشد. ده ایزوتوپ دیگر نیز از این عنصر شناخته شده است.
آهن نقش مهمی در زندگی جانوران به علت وجود آن در همگولبین خون دارد. تاکونیت یکی از ترکیبات مهم آهن می باشد که از آن برای مصارف تجاری آهن استفاده می شود. آهن به صورت خالص استفاده تجاری چندانی ندارد ولی وقتی با کربن و دیگر فلزات ترکیب شود مصارف زیادی دارد.
عنصر خالص آهن دارای خاصیت واکنش پذیری شیمیایی بالا است و به سرعت زنگ می زند و اکسید می شود. در هوای مرطوب و خیلی گرم این خاصیت افزایش پیدا می کند. آهن دارای 4 آلوتروپی است که عبارتند از آلفا، بتا، گاما، امگا. آلفا شکلی از آهنربا است که از بتا تغییر شکل پیدا کرده باشد. آهن خام یا چدن شامل 3 درصد کربن با میزان مختلفی از عناصر گوگرد، سیلیسیوم ، منگنزو فسفر می باشد.
آهن دارای خاصیت سخت، شکننده، نسبتاً زودگداز و آلیاژها و ترکیبات مختلف آن کاربردهایی مثل فولاد دارند. آهن ورزیده شامل یک دهم درصد کربن، بادوام، چکش خوار، ذوب شونده سریع و معمولاً ساختار الیافی دارد. فولاد کربنی ترکیبی از آهن و به میزان کم منگنز و گوگرد و فسفر و سیلیسیوم می باشد. آلیاژهای فولاد عبارتند از فولاد کربنی یا ترکیبی از عناصر دیگر مثل نیکل و کروم و وانادیم و غیره. آهن ارزان ، فراوان بسیار مفید و فلز مهمی در صنعت می باشد.
اثرات آهن بر سلامتي انسان
آهن در کليه مواد غذايي مانند گوشت، سيب زميني و سبزيجات وجود دارد. بدن انسان آهن موجود در فرآورده هاي جاوراني را سريعتر از آهن موجود در فرآورده هاي گياهي جذب ميکند. آهن مهمترين بخش تشکيل دهنده هموگلوبين است و عامل رنگ قرمز خون و منتقل کننده اکسيژن در کل بدن انسان ميباشد.
اگر آهن با بافتهاي بدن برخورد کند يا در آنها باقي بماند، باعث ورم ملتحمه، مشکلاتي در مشيميه و آماس شبکيه ميشود. اگر مقدار بيش از حد مجاز غبار يا بخار اکسيد آهن تنفس شود، مشکلات معده و ريوي خوش خيم را به نام siderosis سبب ميشود. اين بيماري با استفاده از اشعه ايکس قابل تشخيص ميباشد. اختلالات فيزيکي خاصي همراه با بيماري siderosis پيش نمي آيد. تنفس مقدار فراواني اکسيد آهن (به خصوص کارگراني که در چنين محيط هايي کار ميکنند) خطر ابتلا به سرطان ريه را افزايش ميدهد.
مقدار اندکي آهن در 50 درصد جانوراني که در معرض اين عنصر شيميايي قرار گرفته اند، سبب مرگ شده است. معمولاً اين مقدار در حدود ميلي گرم يا از ماده در هر کيلوگرم از وزن جانور ميباشد.
تاثيرات زيست محيطي آهن
آهن 3 آرسنيت و پنتاهيدرات ممکن است براي محيط زيست خطرناک باشند. به همين دليل بايد توجه خاصي به گياهان، هوا و آب شود. به طور کلي بايد از ورود مواد شيميايي به محيط زيست جلوگيري به عمل آورد، زيرا اکثر مواد شيميايي براي مدت زمان طولاني در طبيعت باق مي مانند و از خود مقاومت نشان ميدهند.
خواص فیزیکی و شیمیایی عنصر آهن :
عدد اتمی: 26
جرم اتمی:55.845
نقطه ذوب: C°1244
نقطه جوش : C°1962
شعاع اتمی: Å 1.72
ظرفیت:2و3
رنگ: خاکستری مایل به صورتی
حالت استاندارد: جامد
نام گروه:8
انرژی یونیزاسیون: Kj/mol 7.87
شکل الکترونی: 2 1s22s2p63s23 p63d 64s
شعاع یونی : Å 0.645
الکترونگاتیوی: 1.83
حالت اکسیداسیون: 2و3
دانسیته: 7.873
گرمای فروپاشی: Kj/mol 13.8
گرمای تبخیر : Kj/mol 349.6
مقاومت الکتریکی : Ohm m 0.0000000971
گرمای ویژه: J/g Ko 0.44
دوره تناوبی:4
شماره سطح انرژی : 4
اولین انرژی : 2
دومین انرژی : 8
سومین انرژی : 14
چهارمین انرژی : 2
ایزوتوپ :
ایزوتوپ نیمه عمر
Fe-52 8.3 ساعت
Fe-54 پایدار
Fe-55 2.7 سال
Fe-56 پایدار
Fe-57 پایدار
Fe-58 پایدار
Fe-59 54.5 روز
Fe-60 1500000.0 سال
اشکال دیگر :
اکسید آهن FeO ، مگنتیت Fe3O4 و هماتیت Fe2O3
دی کلرید آهن FeCl2 و تری کلرید آهن FeCl3
منابع : نهشته های آهن ، هماتیت و مگنتیت
کاربرد : در تهیه فولاد و آلیاژکاری کاربرد دارد و از انواع آلیاژهای آن لوازم و ابزار بسیار متنوعی تولید می شود .
سازنده اصلی خون جانوران و همراه اکسیژن در رگهای خون حمل می شود .
روش شناسایی:
ICP:Inductively Coupled Plasma Spectrography
XRF:X-Ray Fluorescence Spectrometry
NA:Neutron Activation Analysis
COL: Colorimetry
AA:Flame Atomic Absorption Spectrometry
VOL:Volumetry
ENAA:Etra-Thermo Neutron Activation Method
