عناصر کمیاب

اربیم
اطلاعات اولیه
اربیم ، عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی با نشان Er وجود داشته ، دارای عدد اتمی ۶۸ 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 ۱۸۴۳ ، 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 ۱۸۶۰ آنچه که تربیا می‌شناختند، اربیا نام‌گذاری کرده و بعد از ۱۸۷۷ آنچه که اربیا می‌دانستند تربیا نامیدند.
سرانجام “George Urban” و “Charles James” در سال ۱۹۰۵ مستقلا” Er2O3 نسبتا” خالص را جدا نمودند. تا قبل از سال ۱۹۳۴ 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 ۶ ایزوتوپ پایدار Er-162 ، Er-164 ، Er-166 ، Er-167، Er-168 ، Er-170 می‌باشد که فراوان‌ترین آنها Er-166 ( فراوانی طبیعی ۳۳،۶ % ) است. ۲۳ رادیوایزوتوپ نیز برای آن شناسایی شده که پایدارترین آنهــا Er-169 با نیم عمر ۹،۴ روز ، Er-172 با نیمه عمر ۴۹،۳ ساعت ، Er-160 با نیمه عمر ۲۸،۵۸ ، Er-165 با نیمه عمر ۱۰،۳۶ و Er-171 با نیمـــــه عمـــــــر ۷،۵۱۶ ساعت می‌باشند.

سایر ایزوتوپهای رادیواکتیو آن ، دارای نیمه عمری کمتر از ۳،۵ ساعت هستند که بیشتر آنها از نیمه عمری کمتر از ۴ دقیقه برخوردارند. این عنصر همچنین دارای ۶ 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 ۶۷ ( هولمیم ) و محصولات اولیه بعد از آن ایزوتوپهای عنصر
۶۹ ( 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 ۹۰۶۶ kg/m3, ND
رنگ سفید نقره‌ای

خواص اتمی
وزن اتمی ۱ E-25 kg
شعاع اتمی (calc.) 1 E-10 m
شعاع کووالانسی ND pm
شعاع وندروالس ND pm
ساختار الکترونی
Xe]6s²۴f12]
-e بازای هر سطح انرژی
۲,۸,۱۸,۳۰,۸,۲
درجه اکسیداسیون (اکسید) ۳ (بازی)
ساختار کریستالی شش گوش
خواص فیزیکی
حالت ماده
جامد
نقطه ذوب ۱۷۹۵ K )2772 °F
نقطه جوش ۳۱۳۶ K (5185 °F)
حجم مولی ND ((scientific notation|ש»۱۰-۶ m3/mol
گرمای تبخیر ۲۶۱ kJ/mol
گرمای هم‌جوشی ۱۷٫۲ kJ/mol
فشار بخار
ND
سرعت صوت ۲۸۳۰ m/s) at 293.15 K
متفرقه
الکترونگاتیویته
۱٫۲۴ (درجه پائولینگ)
ظرفیت گرمایی ویژه ۱۷۰ J/kg*K
رسانائی الکتریکی ۱٫۱۷ ۱۰۶/m اهم
رسانائی گرمایی ۱۴,۳ W/m*K

۱st پتانسیل یونیزاسیون ۵۸۹٫۳ kJ/mol
2nd پتانسیل یونیزاسیون ۱۱۵۰ kJ/mol
3rd پتانسیل یونیزاسیون ۲۱۹۴ kJ/mol
4th پتانسیل یونیزاسیون ۴۱۲۰ kJ/mol
پایدارترین ایزوتوپها
ایزو
وفور طبیعی نیم عمر

DM DE MeV DP
160Er {syn.} 28.58 h ε
۰٫۳۳۰ ۱۶۰Ho
162Er 0.14% Erbium با ۹۴ نوترون پایدار است
۱۶۴Er 1.61% Erbium با ۹۶ نوترون پایدار است
۱۶۵Er {syn.} 10.36 h ε ۰٫۳۷۶ ۱۶۵Ho
166Er 33.6% Erbium با ۹۸ نوترون پایدار است
۱۶۷Er 22.95% Erbium با ۹۹ نوترون پایدار است
۱۶۸Er 26.8% Erbium با ۱۰۰ نوترون پایدار است
۱۶۹Er {syn.} 9.4 d β- ۰٫۳۵۱ ۱۶۹Tm
170Er 14.9% Erbium با ۱۰۲ نوترون پایدار است
۱۷۱Er {syn.} 7.516 h
β- ۱٫۴۹۰ ۱۷۱Tm
172Er {syn.} 49.3 h β- ۰٫۸۹۱ ۱۷۲Tm

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 ۲۳ 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 ۱۸۰۱ 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 ۱۸۳۱، 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 ۱۸۶۷، 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 ۶۵ 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 ۹۳۳k 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 ، +۲،+۳،+۴،+۵ می‌باشد.
حالت اکسیداسیون +۱ نیز برای این عنصر دیده شده است.
کاربردها
• تقریبا ۸۰% 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.