معرفي عناصر کمياب و منابع آنها در روي زمين (بخش دوم)
معرفي عناصر کمياب و منابع آنها در روي زمين (بخش دوم)
عناصر کمياب زمين، عنصرهاي 58 تا 71جدول تناوبي را تشکيل ميدهند و جزو عناصر واسطه داخلي مي باشند. وجه تسميه لانتانيدها از عنصر 57 جدول يعني لانتان(La)گرفته شده است. بايد توجه داشت که خواص شيميايي اين دسته از عناصر مشابه خواص لانتان مي باشد. در واقع اطلاق نام عناصر نادر يا کمياب، از آنجائيکه اين عناصر نه کميابند و نه به آن دسته از اکسيدهاي خاکي مانند(اکسيدهاي)آلومينيوم، زيرکونيوم و ايتريوم تعلق دارند، غلط مصطلح است. زماني که نخستين اعضاي اين گروه براي اولين بار کشف شد، بصورت اکسيد مجتمع گرديده بودند و از آنجايي که اين اکسيدها تا اندازهاي به اکسيدهاي کلسيم، منيزيم و آلومينيوم که بعدها به آنها عنوان اکسيدهاي خاکي اطلاق گرديد شباهت دارند، لذا اين عناصر به نام عناصر کمياب معروف گرديدند. در هر صورت بايد توجه داشت که سريوم در پوسته زمين بسيار فراوان تر از سرب بوده و نيز ايتريم از قلع بسيار فراوانتر است و حتي بايداذعان نمود که کمياب ترين خاکهاي کمياب، به استثناي پرومتيم، بسيار از عناصر گروه پلاتين فراوانترند.
مهمترين کاني هاي عناصر کمياب عبارتند ازمونازيت، زنوتيم، بستناسيت. معمولااين مواد بوسيله اعمال مکانيکي مانند شناورسازي و يا استفاده از روشهاي مغناطيسي تغليظ ميشوند. سپس لانتانيدها در حالتيکه بصورت کانيهاي فسفات يا سيليکات مي باشند، بوسيله اسيد مورد شستشو قرار مي گيرند. برخي از کانيها مانندکولومبوتانتالات ها با کربن حرارت داده شده و يا تحت تاثير کاستيک قوي قبل از سنگ شويي قرار داده مي شوند.
----------------------------------------------------------------
لانتانيوم(Lanthanum )
لانتانيم، عنصر شيميايي است که در جدول تناوبي با نشان La و عدد اتمي 57 قرار دارد.
تاريخچه: G. Mosanderدر سال 1839 ، هنگاميکه نمونه اي از نيترات سريوم را بصورت جزئي تجزيه کرد، بوسيله گرم کردن و افزودن نمک حاصله به اسيد نيتريک رقيق، لانتانيم را کشف نمود. او موفق به جداسازي عنصر خاکي کميابي از محلول حاصله شد که آنرا lantana ناميد. لانتانيم به شکل نسبتا خالص در سال 1923 تهيه شد.واژه لانتانيم از کلمه يوناني lanthanein به معني پنهان شده گرفته شده است.
پيدايش مونازيت( Ce,La,Th,Nd,y,PO4)و بستنازيت،(Ce,La,Y,CO3F)کانيهاي اصلي هستند که حاوي به ترتيب 25 و 38 درصد لانتانيم مي باشند.
خصوصيات قابل توجه لانتانيوم، عنصر فلزي سيمين رنگي است که به گروه سوم جدول تناوبي تعلق دارد و اغلب به عنوان جزوي از لانتانيد ها به حساب مي آيد. اين عنصر در بعضي از کاني هاي عناصر کمياب و بيشتر بصورت ترکيب با سديم وعناصر کمياب ديگر يافت مي شود. لانتانيم انعطاف پذير وچکش خوار بوده وبه قدري نرم است که با چاقو بريده مي شود.اين عنصر يکي از واکنش پذيرترين فلزات کمياب است. لانتانيم با کربن، نيتروژن، بورن، سلنيوم، سيليکون، فسفر، گوگرد عنصري و هلوژن ها کاملا واکنش نشان مي دهد. در معرض هوا به سرعت اکسيد مي شود. آب سرد به آرامي و آب داغ به سرعت لانتانيم را مورد حمله قرارمي دهد.
کاربردها
» La-Baتعيين کننده قدمت سنگها و کانيها است.
» ترکيب جلا دهنده شيشه و سنگهاي قيمتي
» فلز آميخته که يک آلياژ آذرفشان است و در سنگ فندک بکار ميرود، حاوي 45% تا 25% لانتانيم است.
» افزودن مقدار کم لانتانيم به موليبدن، موجب کاهش سختي اين فلز و حساسيت آن نسبت به دماهاي مختلف مي شود.
» افزودن مقدار کمي لانتانيم به فولاد، باعث افزايش انعطاف پذيري، چکش خواري و مقاوت آن در برابر ضربه مي شود.
» پراکندگي کم، از شيشه هاي داراي فلز خاکي کمياب استفاده مي شود.
» کاربردهاي نورپردازي کربني بخصوص در صنعت سينما براي روشنايي و پيشتابي استوديو
» La2O3 مقاوت قليايي شيشه را افزايش داده و در ساخت عينکهاي خاص، مانند نمونه هاي زير بکار ميرود:
» جذب کننده اشعه مادون قرمز
» لنزهاي دوربين و تلسکوپ به علت ضريب شکست بالا و پراکندگي کم، از شيشه هاي داراي فلز خاکي کمياب استفاده مي شود.
» افزودن مقدار کم لانتانيم به آهن، به توليد ذرات گرد چدن کمک مي کند.
» کسيد و بوريد آن در لامپهاي الکتروني مورد استفاده قرار مي گيرند.
ايزوتوپ ها
لانتانيم، بطور طبيعي داراي يک ايزوتوپ پايدار و يک ايزوتوپ راديواکتيو است La-139 و La-138 که ايزوتوپ 139 فراوانترين(فراواني طبيعي 99,91 درصد)آنها است.31 راديوايزوتوپ هم براي آن مشخص شده که پايدارترين آنها La-138 با نيمه عمر حدود 11 سال و La-137 با نيمه عمر 60000 سال مي باشد. مابقي ايزوتوپهاي راديواکتيو آن، نيمه عمري کمتر از 24 ساعت دارند که نيمه عمر اکثر آنها کمتر از يک دقيقه است. همچنين اين عنصر داراي 3 meta state مي باشد. وزن اتمي ايزوتوپهاي لانتانيم، بين amu120( La-120)تا amu152(La-152)است.
----------------------------------------------------------------
سريوم (Cerium)
سريوم عنصر شيميايي است که در جدول تناوبي داراي نشان Ce و عدد اتمي 58 مي باشد.
تاريخچه: Wilhelm von Hisingerو Jacob Berzelius در سال 1803 در سوئد و Martin Heinrich Klaproth مستقلا در آلمان در همان سال موفق به کشف اين عنصر شدند. Berzelius آن را از روي نام خرده سياره سيريز که 2 سال قبل از آن در سال 1801 کشف شده بود، به اين نام ناميد.
پيدايش : سريوم، فراوانترين عنصر خاکي کمياب است که 0046/0 درصد پوسته زمين را تشکيل مي دهد. سريوم در تعدادي کاني از جمله آلانيت(Ca,Ce,La,Y)2(Al,Fe)3(SiO4)3(OH)مونازيت و باستناسيت در حال حاضر مهمترين منابع سريوم مي باشند. اين عنصر اغلب توسط يک فرآيند جابجايي يوني بدست ميآيد که در آن از دانه هاي مونازيت بعنوان منبع سريوم استفاده ميگردد. ذخاير بزرگ مونازيت، آلانتيت و باستناسيت، تامين کننده سريوم، توريم و ساير فلزات خاکي کمياب براي سالهاي طولاني خواهند بود.
سريوم، عنصر فلزي خاکستري رنگي است که به گروه لانتانيدها تعلق دارد. اين عنصر در برخي از آلياژهاي غير متداول در طبيعت بکار ميرود و شکل اکسيد شده آن در صنعت شيشه مورد استفاده قرار مي گيرد. از نظر رنگ و درخشش شبيه آهن است، اما هم نرم بوده و هم چکش خوار و انعطاف پذير است.
در بين عناصر خاکي کمياب، تنها اروپيوم واکنش پذيرتر از سريوم مي باشد. محلولهاي قليايي رقيق و اسيدهاي غليظ به سرعت به اين فلزحمله ميکنند. در صورت خراش نوع خالص اين فلز با چاقو احتمال سوختن آن وجود دارد. سريوم در آب سرد به آرامي و در آب گرم به سرعت تجزيه مي شود.
نمک هاي سريوم(IV )نارنجي، قرمز يا زردفام هستند، درحاليکه نمکهاي سريومIII))معمولا سفيدند.
کاربردها
» سريوم در ساخت آلومينيوم، آلياژهاي آلومينيوم و برخي از فولادها و آهنها بکار ميرود.
» افزودن سريوم به چدن مانع گرافيتي شدن آن شده، توليد آهن چکشخوار( ماليبل)مي کند.
» در فولادها، سريوم به کاهش سولفيدها و اکسيدها کمک کرده، مانع گازي شدن مي شود.
» سريوم در فولاد ضد زنگ بعنوان عامل سخت کننده سريع کاربرد دارد. 3 تا 4 درصد سريوم که به همراه 0,2 تا 0,6درصد زيرکونيم به آلياژهاي منيزيم اضافه شده است، به پالايش غلات کمک نموده، موجب قالبگيري بينقص اشکال پيچيده مي شود. بعلاوه موجب مقاومت منيزيم قالبگيري شده در برابر حرارت مي شود.
» سريوم در آلياژهايي که براي ساخت آهنرباهاي دائمي بکار ميرود، مورد استفاده قرار مي گيرد.
» سريوم در روشنايي با قوس کربن، بخصوص در صنعت سينما کاربرد دارد.
» سولفات سريک بعنوان يک عامل اکسيد کننده حجمي در آزمايشهاي کمي کاربرد گسترده اي دارد.
» ترکيبات سريوم(III)و سريوم(IV)در سنتزهاي آلي بعنوان کاتاليزور مورد استفاده هستند.
» اکسيد سريوم در پالايش نفت خام بعنوان سرعت دهنده جداسازي کاربرد دارد.
» اکسيد سريوم در شيشه امکان جذب انتخابي اشعه فرا بنفش را بوجود مي آورد.
ايزوتوپ ها
سريوم بصورت طبيعي متشکل از 3 ايزوتوپ پايدار و 1 ايزوتوپ راديو اکتيو است. Ce-136, Ce-138 Ce-140 و Ce-142که فراوانترين آنها Ce-140 است.(48/88 % وفور طبيعي). 27 راديوايزوتوپ مشخص شده که فراوان ترين و پايدارترين آنها Ce-142 با نيمه عمر بزرگتر از 5E16 سال Ce-144 با نيمه عمر 893/284 روزCe-139 با نيمه عمر 640/137 و Ce-141 با نيمه عمر 501/32 روز مي باشد. مابقي ايزوتوپ هاي راديواکتيو داراي نيمه عمري کمتري از 4 روز هستند که اکثر آنها از نيمه عمري کمتر از10 دقيقه برخوردارند. همچنين اين عنصر داراي 2 حالت برانگيخته مي باشد. ايزوتوپ هاي سريوم از نظر وزن اتمي بين amu123 سريوم 123 و amu152 سريوم 152 وجود دارند.
----------------------------------------------------------------
پراسئوديميوم( Praseodymium )
پراسئوديميوم يکي از عناصر شميايي جدول تناوبي است وعدد اتمي آن 59 مي باشد.
تاريخچه : نام پراسئوديميوم از واژه يوناني prasios به معني سبز و didymos به معني دوقلو يا جفت گرفته شده است. در سال 1841 شخصي به نام Mosander فلز کمياب Didymium را از Lanthana استخراج کرد. در سال 1864 Per Teodor Cleve نتيجه گرفت که Didymium در واقع دو عنصر است و در سال 1879، Lecoq De Boisbaudran يک خاک جديد به نام Samarium را از آن جدا کرد.
در سال 1885 يک شيميدان استراليايي به نام C. F. Auervon Welsbach didymium ديديميوم را به دو عنصر تجزيه کردپراسئوديميوم و Neodymium که نمکهايي با رنگ هاي گوناگون بوجود مي آورد.
پيدايش :پراسئوديميوم درعناصر معدني کمياب Monazite و Bastnasite يافت مي شود و ميتواند توسط فرايند تبادل يوني از Bastnasite يا Monazite بازيافت شود. پراسئوديميوم همچنين %5 Misch Metal را به خود اختصاص مي دهد.
خصوصيات قابل توجه : پراسئوديميوم يک عنصر فلزي نرم و نقرهاي رنگ است که از گروه لانتانيدها مي باشد. از نظر خوردگي در مقابل هوا مقاوم بوده ، اما در صورت مجاورت با هوا يک اکسيد سبز رنگ از خود به جا مي گذارد و به همين دليل بايد در زير يک روغن معدني سبک نگهداري شده ، يا توسط پلاستيک يا شيشه پوشيده شود.
کاربرد ها
» استفاده به عنوان يک عامل آلياژي با منيزيم براي ساخت فلزات مستحکم که در موتور هواپيما استفاده مي شود.
» پراسئوديميوم هسته لامپهاي قوس کربن را که در صنعت تصاوير متحرک براي نورپردازي استوديوها و لامپهاي پروژکتور استفاده ميشوند، شکل مي دهد.
» ترکيبات پراسئوديميوم در ساخت شيشه و لعابهاي زرد رنگ کاربرد دارد.
» ترکيبات پراسئوديميوم در ساخت شيشه و لعابهاي زرد رنگ کاربرد دارد.
» پراسئوديميوم يکي از اجزاي شيشه هاي Didymium که براي ساخت عينک هاي محافظ مخصوص جوشکارهاو شيشه دمها بکار ميرود، مي باشد.
ترکيبات
ترکيبات پراسئوديميوم شامل موارد زير مي شود:
فلوريدهاPrF3- PrF2
کرلريدهاPrCl3
بروميدهاPrBr3- Pr2Br5
يديدها PrI2- PrI3- Pr2I5
اکسيدها PrO2 – Pr2O3
سولفيدها PrS – Pr2S3
سلنيدها PrSe
تلوريدها PrTe – Pr2Te3
نيتريدها PrN
ايزوتوپ ها
پراسئوديميوم که به صورت طبيعي بوجود ميآيد، از يک ايزوتوپ پايدار(131)تشکيل شده، 38 راديو ايزوتوپ براي آن شناخته شده است که پايدارترين آنها Pr 143 با نيمه عمر 57/13 روز و Pr142 با نيم عمر 2/19 مي باشد. تمام ايزوتوپهاي راديو اکتيو ديگر آن نيمه عمرهايي کمتر از 5985 ساعت دارند که نيمه عمر اکثر آنها کمتر از 33 ثانيه است. اين عنصر همچنين 6 حالت برانگيختگي دارد.
حالت فروپاشي اصلي قبل از ايزوتوپ فعال Pr141 الکترون گيري حالت اصلي بعد از آن کاهش بتا مي باشد. محصول فروپاشي اوليه قبل از Pr141 ايزوتوپهاي عنصر Cerium 58 و محصول اصلي بعد از آن ايزوتوپهاي عنصر Neodymium 60 مي باشد.
----------------------------------------------------------------
پرومتيوم(Promethium )
پرومتيوم، يکي از عناصر شيميايي جدول تناوبي مي باشد که نماد آن Pm و عدد اتمي آن 61 است.ريشه لغوي نام پرومتيوم از کلمه Prometheus گرفته شده است. Prometheus يکي از اساطير يوناني بود که آتش را از آسمان دزديد و آن را به انسان داد.
تاريخچه : وجود پرومتيوم براي اولين بار توسط Branner در سال 1902 پيش بيني شد و اين پيش بيني در سال 1914 توسط Moseley تائيد شد. البته چند گروه ديگر نيز ادعا ميکردند که اين عنصر را توليد کرده اند، اما هرگز نتوانستند کشفيات خود را به اثبات برسانند، چرا که جدا کردن پرومتيوم از عناصر ديگر بسيار دشوار مي باشداولين مدرک وجود پرومتيوم در سال 1944 توسط Jacob A.Marinsky Lawrence E. Glendenin و Charles D. Coryell در طي عمل شکافتن هسته اتم اورانيوم و به عنوان محصولات جنبي بدست آمد، اما به دليل وجود مشکل ات زياد تحقيقاتي که ازجنگ جهاني دوم ناشي ميشد، آنها نتوانستند ادعاي خود را تا سال 1946 به اثبات برسانند در سال 1963 از شيوه هاي تبادل يوني براي بدست آوردن حدودا 10 گرم پرومتيوم از ضايعات فرايند سوختي راکتورهاي اتمي استفاده ميشد. امروزه نيز پرومتيوم به صورت يکي از محصولات جنبي که با عمل شکافت هسته اتم اورانيوم بدست ميآيد، بازيافت مي شود. اين عمل همچنين با عمل بمباران نوتروني Nd-146 و تبديل آن به Nd-147 توليد مي شود که در آن Nd-147 توسط عمل Beta Decay به Pm147 با نيمه عمر 11روز تبديل مي شود.
پيدايش : پرومتيوم به صورت طبيعي در زمين بوجود نمي آيد، اما در طيف ستاره HR465 در Andromeda شناخته شده است.
خصوصيات قابل توجه : پرومتيوم يک ساطع کننده بتا بوده، اشعه گاما از خود ساطع نمي کند. با اين حال ذره بتا که به عناصري با عدد اتمي بالا برخورد مي کند، ميتواند اشعه ايکس توليد کند. امروزه اطلاعات زيادي در خصوص ويژگيهاي فلز پرومتيوم در دست نيست. تنها ميدانيم که دو حالت چند شکل ي از آن وجود دارد و نمکهاي پرومتيوم در تاريکي يک نور آبي کمرنگ يا سبز از خود ساطع ميکنند که اين به دليل خاصيت راديواکتيوي بالاي آن مي باشد.
کاربردها
» منبع تششعي بتا براي اندازه گيري ضخامت.
» منبع نور براي علائمي که نياز به عملکرد دقيق دارند( با استفاده از فسفر براي جذب تششعات بتا و توليد نور).
» استفاده در باتريهاي هستهاي که در آنها سلولهاي نوري نور را به الکتريسيته تبديل ميکنند.
» استفاده احتمالي آن در آينده به عنوان يک منبع اشعه ايکس براي بوجود آوردن منابع توليد نيرو يا گرماي کمکي براي کاوشگرهاي فضايي و سفينهها و ايجاد ليزرهايي که براي ايجاد ارتباط بين زيردرياييها استفاده مي شود.
ترکيبات
ترکيبات پرومتيوم شامل موارد زير مي شود:
کلريدها PmCl3
برميدها PmBr3
اکسيدها Pm2O3
ايزوتوپ ها
36 راديوايزوتوپ براي پرومتيوم شناسايي شده اند که در ميان آنها Pm-145 با نيمه عمر 7/17 سال PM146با نيمه عمر 53/5 سال و Pm-147 با نيمه عمر26234 سال پايدارترين آنها مي باشند. تمامي ايزوتوپهاي راديواکتيو آن، نيمه عمرهايي کمتر از 300 تا 364 روز دارند که نيمه عمر بيشتر آنها کمتر از 27 ثانيه است. اين عنصر همچنين 11 حالت برانگيختگي دارد. محصولات فروپاشي اصلي قبل از Pm145 عنصر Nd ايزوتوپهاي نئوديميوم و محصول اصلي بعد از آن ايزوتوپهاي عنصر samarium مي باشد.
----------------------------------------------------------------
نئوديوم ( Neodymium)
نئوديوم، عنصر شيميايي است که در جدول تناوبي با نشان Nd و عدد اتمي 60 وجود دارد.
ريشه لغوي : کلمه نئوديوم از واژه هاي يوناني neos جديد و didymos دوگانه گرفته شده است.
تاريخچه : نئوديوم را در سال 1885، يک شيميدان اتريشي به نام Carl F. Auer von Welsbach در وين کشف کرد. او نئوديوم را به همراه عنصر پرازئوديميم از ماده اي به نام ديديميم جدا نمود، اما تا سال 1925 حالت نسبتا خالص اين عنصر تهيه نشد.
امروزه بيشتر نئوديوم از طريق فرآيند جابجايي يوني شن مونازيت Ce,La,Th,Nd,Y(PO4)که ماده اي که سرشار از عناصر خاکي کمياب است و نيز با روش الکتروليز نمکهاي هاليد آن تهيه مي شود.
خصوصيات قابل توجه
نئوديوم که يک فلز کمياب است، به مقدار 18% در فلز خاکي کمياب قابل اشتعال وجود دارد. اين فلز، داراي درخشش فلزي و رنگ آن نقرهاي روشن بوده، يکي از واکنش پذيرترين فلزات خاکي کمياب به حساب ميآيد، نئوديوم در معرض هوا به سرعت کدر شده، توليد اکسيدي مي کند که باعث پوسته پوسته شدن اين فلز ميگردد و سبب اکسيداسيون بيشتر اين فلز مي شود.
کاربردها
» نئوديوم در آهنرباهاي دائمي بسيار قويNd2Fe14B بکارميرود. اين نوع آهنرباها از انواع آهنرباهاي کبالت - سامريم ارزانتر هستند.
» نمکهاي نئوديوم بعنوان رنگ افزاي لعابها کاربرد دارند.
» از نئوديوم در رنگآميزي شيشه يک طيف ملايم که بين بنفش خالص تا قرمز و خاکستري مي باشند، استفاده مي شود. نوري که از اين شيشه ها ساطع ميگردد، نوار جذبي درخشاني را پديدار ميکنند. از اين نوع شيشه در فعاليتهاي نجومي براي توليد نوارهاي درخشاني که بوسيله آنها احتمال درجه بندي خطوط طيفي وجود دارد استفاده مي شود. شيشه حاوي نئوديوم، يک ماده ليزري است که به جاي ياقوت براي توليد نور همنوسان بکار ميرود. از نئوديوم همچنين براي زدودن رنگ سبز شيشه ها که ناشي از آلاينده هاي آهن است، مورد استفاده قرار مي گيرد.
» نئوديوم، بخشي از ديديميوم است که در رنگآميزي شيشه هاي عينکهاي جوشکاري بکار ميرود.
» پيدايش
» نئوديوم هرگز در طبيعت بصورت عنصر آزاد يافت نمي شود، بلکه بيشتر درکانيهايي از قبيل شن مونازيـــت Ce,La,Th,Nd,Y(PO4)و باستنوسيت(Ce,La,Th,Nd,Y(CO3)F)که حاوي مقادير کمي از تمامي فلزات خاکي کمياب هستند، وجود دارد. نئوديوم در فلزخاکي کمياب قابل اشتعال نيز ديده مي شود، اما جدا نمودن آن از ساير عناصر قليايي خاکي دشوار است.
ترکيبات
ترکيبات نئوديوم عبارتند از:
فلوريدها NdF3
کلريدها NdCl2 - NdCl3
برميدها NdBr2 - NdBr3
يديدها NdI2 - NdI3
اکسيدها Nd2O3
سولفيدها NdS - Nd2S3
سلنيدها NdSe
تلوريدها NdTe2 - Nd2Te3
نيتريدها NdN
ايزوتوپ ها
نئوديميم بطور طبيعي داراي 5 ايزوتوپNd-142 , Nd-143 , Nd-145 , Nd-146 , Nd-148 که فراوانترين آنها نئوديميم 142 فراواني طبيعي 2/27% و 2 ايزوتوپ پرتوزاي Nd144 وNd150 مي باشد. 31 راديوايزوتوپ هم براي اين عنصر شناسايي شده که که پايدارترين آنها نئوديميم 150 با نيمه عمر 19سال(E1.1)، نئوديوم144 با نيمه عمر 15سال(E29.2)ونئوديوم147 با نيمه عمر 98/10 روز مي باشد. مابقي ايزوتوپهاي راديواکتيو اين عنصر، داراي نيمه عمرهايي کمتر از 38/3 روز هستند که بيشتر آنها نيمه عمري کمتر از 71 ثانيه دارند. نئوديميم همچنين داراي 4 حالت متا است. حالت فروپاشي اوليه قبل از فراوانترين ايزوتوپ(نئوديميم142)جذب الکترون و حالت فروپاشي پس از آن، فروپاشي منفي بتا مي باشد. محصول فروپاشي اوليه قبل از نئوديميم 142 ايزوتوپهاي)Pr پرازئوديميم)و محصولات اوليه پس از آن ايزوتوپهاي سرب مي باشد
----------------------------------------------------------------
ساماريوم( Samarium) : يکي از عناصر شيمايي جدول تناوبي است که نماد آن Sm و عدد اتمي آن، 62 مي باشد.
تاريخچه
ساماريوم براي اولين بار در سال 1853 توسط شيميدان سوئيسي، Jean Charles Galissard با عمل جذب خطوط ديديميوم کشف شد. در سال 1879 توسط شيميدان فرانسوي، Paul Emile Lecoq De Boisbaudran در پاريس جدا شده و کاني Samarskite را بوجود آورد.
پيدايش
ساماريوم هرگز به صورت آزاد در طبيعت يافت نمي شود، اما همانند ديگر عناصر کمياب خاک شامل کانيهاي گوناگوني مي شود که Monazit Bastnasite و Samarskite از آن جمله اند Monazite و باستانسيت به صورت منابع تجاري کاربرد دارند Misch Metal حاوي حدودا يک در صد ساماريوم بود، اما در سالهاي اخير ساماريوم از طريق فرايندهاي تبادل يوني و تکنيکهاي عصاره گيري مايعات و الکتروشيمي بدست ميآيد. ساماريوم همچنين از طريق احيا از لانتانوم نيز بدست ميآيد.
خصوصيات قابل توجه
ساماريوم از خاکهاي فلزي نادر است که درخشش نقرهاي براقي دارد. در هوا به مقدار قابل توجهي پايدار است. همچنين اين عنصر در هوا در 150 درجه آتش مي گيرد و سه کريستال فلزي آن نيز وجود دارد که در دماي 734 و 922 درجه تغيير مي کند.
کاربردها
» نوردهي کربن آرکي در صنعت تصاوير متحرک.
» تغليظ کريستالهاي CaF2 براي استفاده در ليزرهاي چشمي
» استفاده به صورت جذب کننده نوتروني در راکتورهاي هسته اي
» استفاده در آلياژها و هدفونها
» مگنتهاي Samarium-Cobalt در ساخت مگنتهاي دائمي با مقاومت بالا و نيروي دروني به بزرگي 2200 kA/m کاربرد دارند.
» اکسيد ساماريوم در شيشه هاي اپتيکي براي جذب اشعه مادون قرمز موثر است.
» ترکيبات ساماريوم بهصورت حساس کننده هاي فسفري در اشعه مادون قرمز عمل ميکنند.
» اکسيد ساماريوم، کاتاليزوري براي کم کردن آب و هيدروژنزدايي از اتانول مي باشد.
ترکيبات
فلوريدها SmF2 - SmF3
کلريدها SmCl2 - SmCl3
برميدها SmBr2 - SmBr3
يديدها SmI2- SmI3
اکسيدها Sm2O3
سولفيدها Sm2S3
سلنيدها Sm2Se3
تلوريدها Sm2Te3
ايزوتوپ ها
ساماريومي که به صورت طبيعي بوجود ميآيد، از 4 ايزوتوپ پايدار تشکيل مي شود که عبارتند از sm144 ,Sm150 ,Sm154و سه ايزوتوپ راديواکتيوي دارند که شامل Sm147,Sm148 ,Sm149 مي شود. بيشترين ايزوتوپ آن از نظر فراوانيSm152 %26.75 مي باشد. در ميان ايزوتوپهاي راديواکتيوي Sm148 با نيمه عمر 7E+15 سال Sm194 با نيمه عمر 2E+15 سال و Sm147 با نيمه عمر 1.06+11 سال پايدارترين آنها مي باشند. همچنين اين عنصر 5 Meta State دارد که پايدارترين آنها tSm141m 22.6minutes), 141m-Sm(t 22.6 minutes), 143m1-Sm(t 66 seconds)and 139m-Sm(t10.7seconds. حالت Decay اوليه قبل از ايزوتوپ پايدان Sm152 الکترون گيري و حالت اوليه بعد از آن Beta Minus Decay مي باشد. محصول Decay اوليه قبل از sm152 ايزوتوپهاي عنصر Promethiumو محصول اوليه بعد از آن ، ايزوتوپهاي عنصرEuropiumمي باشد.
----------------------------------------------------------------
اروپيوم( Europium)
اروپيوم، عنصر شيميايي است که در جدول تناوبي با نشان Eu و عدد اتمي 63 قرار دارد.
تاريخچه
اروپيوم براي اولين بار در سال 1890 بوسيله Paul Emile Lecoq de Boisbaudran کشف شد. او جزء اصلي را از گادولينيوم – سامريم غليظ بدست آورد. آنهاخطوط طيفي داشتند که بوسيله سامريوم يا گادولينيوم ساخته نشده بودند، اما عموما کشف اروپيوم را به شيميدان فرانســوي Antole Demarçay نسبت ميدهند که در سال 1896 به وجود عنصري ناشناس در نمونه هاي عنصر تازه کشف شده سامريوم شک کرد و در سال 1901 موفق به جداسازي اروپيوم شد. فلز اروپيوم خالص تا قبل از سالهاي اخير بدست نيامده بود.
پيدايش
اروپيوم هرگز در طبيعت بصورت يک عنصر آزاد يافت نشده است، اما کانيهاي زيادي که حاوي اين عنصر هستند، وجود دارند که مهمترين منابع آن bastnastite و monazite مي باشند. اروپيوم در طيف هاي خورشيد و ستارگان خاصي کشف شده است.
خصوصيات قابل توجه
اروپيوم واکنش گر ترين عنصر خاکي کمياب است، در هوا به سرعت اکسيد شده، از نظر واکنش با آب مانند کلسيم است. اروپيوم مثل ساير عناصر خاکي کمياب( بجز لانتانيم)در هوا تقريبا بين °150تا °180 محترق مي شود. اين عنصر به سختي سرب بوده و تا اندازه زيادي چکش خوار است.
کاربردها
اگرچه اروپيوم براي ساخت ليزرها به برخي از پلاستيکها افزوده مي شود، هيچ کاربرد تجاري براي فلز اروپيوم وجود ندارد. همچنين به علت توانايي آن در جذب نوترون، استفاده از آن در رآکتورهاي اتمي در دست بررسي است. اکسيد اروپيوم(Eu2O3)در تلويزيون بعنوان فسفر قرمز(ماده فروزنده قرمز)و فسفرهاي با پايه ايتيريم کاربرد وسيعي دارد.
ترکيبات
ترکيبات اروپيوم عبارتند از:
فلوريدها EuF2 - EuF3
کلريدهـا EuCl2 - EuCl3
برميدهـا EuBr2 – EuBr
يديدها EuI3 – EuI2
اکسيدها Eu2O3 – Eu3O4
سولفيدها EuS
سلنيدها EuSe
تلوريدها EuTe
ايزوتوپ ها
اروپيوم بطور طبيعي داراي دو ايزوتوپ پايدار Eu-151 و Eu-153 است که ايزوتوپ 153 فراوانتر است،(فراواني طبيعي 52,2%)اين عنصر 35 راديوايزوتوپ دارد که پايدارترين آنها Eu-150 با نيم عمر 36,9 سال Eu-152با نيمه عمر516/13 سال و Eu-154 با نيمه عمر593/8 سال هستند.کليه ايزوتوپ هاي راديواکتيو باقي مانده نيمـه عمري کمتر از7612/4 سال دارند که نيمه عمر اکثر آنها کمتر از2/12 ثانيه مي باشد. همچنين اروپيوم داراي 8 حالت برانگيختگي است. محصول فروپاشي اصلي قبل از Eu-153ايزوتوپ هاي عنصرSm سامريم و محصول اصلي بعد ايزوتوپ هاي عنصر Gd گادولينيوم مي باشد.
----------------------------------------------------------------
گادولينيوم( Gadolinium)
گادولينيوم، عنصر شيميايي است که در جدول تناوبي داراي نشان Gd و عدد اتمي 64 مي باشد.
تاريخچه
Jean Charles Galissard de Marignacشيميدان سوئيسي در سال 1880 براي مشاهده گادولينيوم در نمونه هاي ديديميم و گادولينيت به بررسي خطوط طيف سنجي پرداختند، سال 1886 Paul Emile Lecoq de Boisbaudran دانشمند فرانسوي گادولينيا را( اکسيد گادولينيوم)از ايترياي Mosanderجدا نمود. خود اين عنصر براي اولين بار اخيراً تهيه شده است. نام گادولينيوم مانند کاني گادولينيت از نام Johan Gadolin شيميدان و زمين شناس فنلاندي گرفته شده است.
پيدايـش
گادولينيوم هرگز در طبيعت بصورت آزاد وجود ندارد، اما در بسياري از کانيها از قبيل گادولينيت، مونازيت و باستنازيت يافت مي شود. اين عنصر را امروزه با روش جابجايي يوني و جداسازي از حلال يا با کاهش فلوريد بيآب آن توسط کلسيم فلزي تهيه ميکنند.
خصوصيات قابل توجه
گادولينيوم، فلز خاکي کمياب نقرهاي رنگ، چکش خوار و قابل انعطافي است که داراي درخششي فلزي مي باشد. اين عنصر در دماي اتاق به صورت ذرات آلفاي نزديک به هم بلورين مي شود، وقتي آنرا تا 1508 درجه کلوين حرارت دهند، به شکل ذرات آلفاي خود که داراي ساختار مکعبي body-centered است.
گادولينيوم بر خلاف سايرعناصر خاکي کمياب نسبتاً در هواي خشک پايدار است، با اين حال به سرعت در هواي مرطوب کدر شده، توليد اکسيد چسبنده ناپايداري مي کند که منتشر شده و در معرض سطح بيشتري براي اکسيداسيون قرار مي گيرد. گادولينيوم به آرامي با آب واکنش داده، در اسيدهاي رقيق محلول مي باشد.
بعلاوه اين عنصر در بين تمامي عناصر شناخته شده، بالاترين واکنش سنجي جذب حرارتي نوترون را دارا مي باشد، اما سوخت سريع آن، استفاده از اين عنصر را در ميله کنترل هسته اي محدود نموده است. گادولينيوم زير دماي بحراني 083/1 کلوين به يک ابررسانا تبديل مي شود، دردماي اتاق شديداً مغناطيسي است، در واقع بجز فلزات واسطه دوره چهارم، تنها فلزي است که خصوصيات فرومغناطيسي را بروز مي دهد.
کاربردها
از گادولينيوم در ساخت سنگهاي ايتريم – گادولينيوم که کاربردهاي مايکروويو دارند، استفاده مي شود، ترکيبات گادولينيوم نيز در ساخت مواد فروزنده لامپ تصوير تلويزيونهاي رنگي بکار ميرود و محلول ترکيبات اين عنصر بعنوان پادنماي داخل وريدي جهت ارتقاء تصاوير از بيماران تحت MRI مورد استفاده قرار مي گيرد.
همچنين گادولينيوم داراي خصوصيات ابررسانايي غير عادي است، مقدار 1% گادولينيوم ، کارآمدي و مقاومت آهن، کروم و آلياژهاي مربوطه را در دماهاي بالا و اکسيداسيون افزايش مي دهد. در آينده احتمال استفاده از اتيل سولفات گادولينيوم که مشخصات پارازيت بسيار کمي دارد، در مايزرها وجود دارد، علاوه براين جنبش مغناطيسي زياد گادولينيوم و دماي کوري آن که تنها درحرارت اتاق وجود دارد، استفاده از آنرا بعنوان جزء مغناطيسي به منظور حس کردن گرما و سرما مطرح مي کند. گادولينيوم درتوليدCDها(لوحهاي فشرده)وحافظه کامپيوتر نيز کاربرد دارد.
ترکيبات
فلوريدهاGdF3
کلريدها GdCl3 6H2O- GdCl3
برميدها GdBr3
يديدها GdI2 – GdI3
اکسيدها Gd2O3
سولفيدها Gd2S3
سلنيدها GdSe
تلوريدها Gd2Te3
نيتريدها GdN
ايزوتوپ ها
گادولينيوم بطور طبيعي داراي 5 ايزوتوپ پايدارگادولينيوم 154 ، گادولينيوم 155 ، گادولينيوم 156 گادولينيوم 157 وگادولينيوم 158 و دو راديوايزوتوپ گادولينيوم 152 و گادولينيوم 160 مي باشد که گادولينيوم 158 فراوانترين آنها است. 30 راديوايزوتوپ که پايدارترين آنها گادولينيوم 160 با نيم عمر E3/1+21سال، گادولينيوم 152 با نيمه عمرE08/1+14 سال و گادولينيوم 150 با نيمه عمرE79/1+6 سال هستند، شناسايي شده است.
مابقي ايزوتوپ هاي آن داراي نيمه عمري کمتر از 7/74 سال هستند که اکثرآنها نيز داراي نيمه عمرهايي کمتر از 24,6 ثانيه مي باشند. همچنين اين عنصر داراي 4 meta states است. حالت فروپاشي اوليه قبل از فراوانترين ايزوتوپ پايدارگادولينيوم 158 جذب الکترون است و حالت اوليه پس از آن فروپاشي منفي بتا است. محصولات فروپاشي اوليه قبل از گادولينيوم 158 ايزوتوپ هاي عنصر Eu اروپيوم است و محصولات اوليه پس از آن ايزوتوپ هاي عنصر Tb تربيوم هستند.
معرفي عناصر کمياب و منابع آنها در روي زمين (بخش اول)
----------------------------------------------------------------
منابع :
1)پايگاه هاي اينترنتي :
http://www.webelements.com
http://en.wikpedia.org
http://daneshnameh.roshd.ir
http://www.chimicalelements.com
http://beyondchem.com
http://www.galleries.com
http://mindat.org
2)کريم پور، محمد حسين وسعيد سعادت(1381)،زمين شناسي اقتصادي کاربردي:انتشارات دانشگاه فردوسي مشهد
3)شهاب پور،جمشيد(1384)،زمين شناسي اقتصادي،انتشارات دانشگاه شهيد باهنر
4) پایگاه علوم زمین Ngdir.com