تحقیق در مورد عناصر کمیاب

اربیم
اطلاعات اولیه
اربیم ، عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی با نشان Er وجود داشته ، دارای عدد اتمی 68 می باشد. اربیم ، فلز کمیاب خاکی لانتانید و نقره ای 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 می شناختند، اربیا نام گذاری کرده و بعد از 1877 آنچه که اربیا می دانستند 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 می شوند. 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 می باشند. اربیم ، فلزی به شکل گرد است و خطر آتش زایی 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 نمی شود. نمک آن به رنگ سرخ بوده ، طیفهای جذب مشخص و خاصی را در نور مرئی ، فرابنفش و نزدیک مادون قرمز بوجود می آورد.
بجز این موارد ، اربیم بیشتر همانند سایر فلزات خاکی کمیاب است. سسکوئی ، اکسید آن erbia نامیده می شود.خصوصیات اربیم تا حدی توسط نوع و مقادیر ناخالصی موجود تعیین می گردد.این عنصر فاقد هرگونه نقش بیولوژیکی شناخته شده ای است، اما برخی بر این باورند که اربیم موجب فعال شدن متابولیسم می شود.
کاربردها
* این عنصر ، بیشتر بصورت فیلتر عکاسی بکار می رود.
* به علت انعطاف پذیری آن ، بعنوان ماده ای افزودنی در متالوژی مفید است.
* بعنوان جذب کننده نوترون در فناوری هسته ای بکار می رود.
* در تقویت کننده های فیبری ، بعنوان یک نا خالص کننده مورد استفاده است.
* در صورت اضافه شدن به وانادیم بصورت آلیاژ ، موجب کاهش سختی و بهبود کارکرد آن می گردد.
* اکسید اربیم صورتی رنگ است، بنابراین گاهی اوقات بعنوان رنگ دهنده شیشه و پوشش لعاب چینی کاربرد دارد که اغلب از این شیشه ها در ساخت عینکهای آفتابی و جواهرات ارزان استفاده می کنند.
ایزوتوپها
اربیم بصورت طبیعی متشکل از 6 ایزوتوپ پایدار Er-162 ، Er-164 ، Er-166 ، Er-167، Er-168 ، Er-170 می باشد که فراوان ترین 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 می باشند.

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 فراوان ترین 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 سمیت 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 نقره ای

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 هم جوشی
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 می باشد. وانادیوم ، یک عنصر کمیاب نرم و هادی است که به صورت ترکیبی با کانی های خاصی یافت شده و برای تولید آلیاژهایی بکار گرفته می شود.
تاریخچه
وانادیوم ( وانادیس ، الهه اسکاندیناوی ها ) 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 این رو ، این عنصر را Panchromium نام نهاد. وی بعدا این عنصر را به نام Erythronium تغییر داد، چرا که بیشتر نمکها با حرارت دادن قرمز می شدند.
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، به صورت 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 کانی های گوناگون وجود دارد. وانادیوم همچنین در Bauxite و کربن نیز وجود دارد که حاوی ذخایری مانند نفت خام ، زغال سنگ Oil Shale وTar می شود. طیف وانادیوم در نور خورشید و دیگر ستارگان نیز شناسایی شده است.
بیشتر وانادیوم تولید شده توسط تقلیل کلسیم از V2o5 در یک لوله فشار می باشد. وانادیوم معمولا به صورت محصولات جنبی بدست می آید . از این رو منابع جهانی از این عنصر حاکی از وجود ذخایر در دسترس نمی باشد.
خصوصیات قابل توجه
وانادیوم ، فلز نرم و رسانا به رنگ سفید براق می باشد. این عنصر در برابر فرسودگی توسط مواد قلیایی و اسید سولفوریک و اسید هیدروکلریک مقاوم است. در 933k به سرعت اکسید می شود. وانادیوم ساختار محکمی داشته ، شکاف نوترونی ندارد که این خاصیت آن را برای استفاده در زمینه های هسته ای مناسب می نماید. حالتهای اکسیداسیون معمول این عنصر ، +2،+3،+4،+5 می باشد.
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 می باشد، می رسد.
* در آلیاژها به عنوان:
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 دنده ها و …. بکار می رود.
* متعادل کننده کاربید در ساخت فلزات
* کاربردهای هسته ای بدلیل نداشتن شکافت نوترونی
* استفاده از ورق وانادیوم در آبکاری تیتانیوم در فلزات
* نوار وانادیوم گالیوم که مگنت ابر رسانا می باشد.
* استفاده از ترکیبات وانادیوم به عنوان کاتالیزور در تولید Maleic Anhydride و اسید سولفوریک
* استفاده از پنتاکسید وانادیوم به عنوان کاتالیزور در سفالگری
نقش بیولوژیکی
در بیولوژی ، اتم وانادیوم از اجزاء لازم آنزیمها بشمار می رود. به طور خاص "Vanadium Nitrogenase" توسط میکرو ارگانیسم های ثابت کننده هیدروژن استفاده می شود. وانادیوم برای Ascidian ها لازم است. تمرکز وانادیوم در بدن آنها یک میلیون برابر تمرکز وانادیوم در آب اطراف آنها می باشد. همچنین موشها و جوجه ها نیز به مقادیر بسیار کمی وانادیوم نیاز دارند و کمبود این عنصر باعث کمبود رشد و تولید مثل معیوب می شود.
وجود ترکیبات Oxovanadium برای سبک کردن نشانه های بیماری دیابت در برخی نمونه های حیوانی و انسان نشان داده شده است، همانند تاثیر کرومیوم بر متابولیسم شکر ، مکانیسم این تاثیر نیز ناشناخته مانده است.
ترکیبات
پنتااکسید وانادیوم V2O5 به عنوان کاتالیزور رنگ دهنده و ثابت کننده رنگ استفاده می شود.
ایزوتوپها
وانادیوم طبیعی از یک ایزوتوپ پایدار تشکیل شده است V-51. برای این عنصر 15 ایزوتوپ رادیواکتیوی دیگر شناسایی شده است که پایدارترین آنها V-50 با نیمه عمر 1.4e17 سال و V49 با نیمه عمر 330 روز و V48 با نیمه عمر 15.9735 روز می باشند. تمام ایزوتوپهای رادیواکتیو باقیمانده ، نیم عمری کمتر از یک ساعت دارد که نیم عمر بیشتر آنها کمتر از 10 ثانیه است. این عنصر یک حالت متا دارد.
ایزوتوپهای وانادیوم به ترتیب وزن اتمی از 43.981 amu تا 59.959 amu V59 مرتب شده اند. حالت Decay اولیه قبل از فراوان ترین ایزوتوپ V51 الکترون گیری و حالت اولیه بعد از آن Beta Decay می باشد. محصولات decay اولیه قبل از V51 ایزوتوپهای عنصر تیتانیوم22 و محصولات اولیه بعد از آن ایزوتوپهای عنصر Chromium24 می باشد.
هشدارها
پودر فلز وانادیوم خطر آتش سوزی به همراه داشته و ترکیبات وانادیوم بشدت سمی هستند. ترکیبات وانادیوم ممکن است که در صورت تنفس باعث سرطان ریه شود.
سازمان OSHA) Occupational Safety and Health Administration) محدودیت تماس تا 0.05mg/m را برای پنتا اکسید وانادیوم در نظر گرفته است. National Institute of Ocupational Safety and health یا NIOSH هم پیشنهاد کرده است که 335mg/m عنصر وانادیوم برای سلامتی بشدت خطرناک می باشد. این مقداری است که به سرعت باعث بوجود آمدن مشکلات همیشگی و حتی مرگ برای انسان می شود.
Titanium – Vanadium – Chromium
V
Nb

جدول کامل

عمومی
نام, علامت اختصاری, شماره
Vanadium, V, 23
گروه شیمیایی
فلز انتقالی
گروه, تناوب, بلوک
5 , 4 , d
جرم حجمی, سختی
6110 kg/m3, 7.0
رنگ
خاکستری نقره ای فلزی

خواص اتمی
وزن اتمی
1 E-26 kg
شعاع اتمی (calc.)
1 E-10 m
شعاع کووالانسی
125 pm
شعاع وندروالس
n/a pm
ساختار الکترونی
Ar]3d34s2]
e- بازای هر سطح انرژی
2, 8, 11, 2
درجه اکسیداسیون (اکسید)
5,3 (آمفوتریک)
ساختار کریستالی
body centered مکعبی
خواص فیزیکی
حالت ماده
جامد __)
نقطه ذوب
2175 K (3456 °F)
نقطه جوش
3682 K (6168 °F)
حجم مولی
8.32 ((scientific notation|ש)10-6 m3/mol
گرمای تبخیر
0.452 kJ/mol
گرمای هم جوشی
20.9 kJ/mol
فشار بخار
3.06 Pa at 2175 K
سرعت صوت
4560 m/s at 293.15 K
متفرقه
الکترونگاتیویته
1.63 (درجه پائولینگ)
ظرفیت گرمایی ویژه
490 J/kg·K
رسانائی الکتریکی
4.89 106/m اهم
رسانائی گرمایی
30.7 W/m·K
1st پتانسیل یونیزاسیون
650.9 kJ/mol
2nd پتانسیل یونیزاسیون
1414 kJ/mol
3rd پتانسیل یونیزاسیون
2830 kJ/mol
4th پتانسیل یونیزاسیون
4507 kJ/mol
5th پتانسیل یونیزاسیون
6298.7 kJ/mol
پایدارترین ایزوتوپها
iso
NA
نیمه عمر
DM
DE MeV
DP
48V
{syn.}
15.9735 روز
ε
4.012
48Ti
49V
{syn.}
330 روز
ε
0.602
49Ti
50V
{syn.}
1.4E17 y
ε
β
2.208
1.037
50Ti
50Cr
51V
100%
vanadium با28 نوترون پایدار است.

International System ofواحدهایSI & STP استفاده شده ، مگر آنکه ذکر شده باشد