سفر پانزدهمین عنصر جدول تناوبی مندلیف است. این عنصر اولین بار توسط یک کیمیاگر که در جستجوی طلا بود تقطیر شد. او این فرآیند را بر روی ۶۰ سطل ادرار انجام داد!
در سال ۱۶۶۹ هنینگ برند (Hennig Brand) تقریباً به صورت تصادفی فسفر را کشف کرد. او در ترکیبات ادرار در جستجوی فلزی بود که بتوان آن را به طلا تبدیل کرد. البته راه بسیار سادهری برای دستیابی به فسفر وجود دارد: این عنصر در سنگ فسفات به وفور وجود دارد.
شما برای اینکه میتوانید به راحتی از رایانهی خود استفاده کنید باید ممنون سیلیکُن باشید. این عنصر حیاتی در بسیاری از تراشهها و قطعات الکترونیکی رایانهها موجود است. سیلیکُن همچنین در سواحل گرم و سفید وجود دارد. این ماده یکی از مواد اصلی سازندهی شن و ماسه است.
سیلیکُن هفتمین عنصر فراوان کل عالم و دومین عنصر فراوان کرهی زمین، پس از اکسیژن است. حدد بیست و پنج درصد از پوستهی زمین را سیلیکُن به خود اختصاص میدهد. از موارد عجیبی که سیلیکُن در آنها وجود دارد میتوان دستکش آشپزخانه و ایمپلنتهای کاشتنی در بدن را نام برد.
چه چیزی آنقدر سیلیکُن را مهم کرده است که حتی یک ناحیهی بزرگ در شهر کالیفرنیا را به نام این عنصر نامگذاری کردهاند؟ در ادامه خواهید دید. ادامه مطلب
آلومینیوم دومین عنصر فراوان پوستهی کرهی زمین پس از سیلیکُن است. از این فلز در ساخت قوطیهای نوشابه و بستهبندی غذاهای دیگر، بدنهی هواپیما و اتومبیل و حتی در گوشی هوشمند آیفون ۶ استفاده میشود.
بر اساس دادههای دانشگاه ویسکانسین، حدود ۸ درصد از وزن پوستهی زمین مربوط به فلز آلومینیوم است. این عنصر بسیار سبک است. وزن آن یک سوم وزن فولاد یا مس است. آلومینیوم با اسانی شکل میپذیرد و در برابر خوردگی مقاوم است. همچنین میتوان آن را بازیافت کرد و چندین مرتبه دوباره مورد استفاده قرار داد. با توجه به این دلایل از عنصر آلومینیوم استفادههای زیادی میشود.
عنصر منیزیم دو درصد از پوستهی زمین را تشکیل میدهد، اما شما نمیتوانید این فلز نقرهای و سبک را در طبیعت مشاهده کنید. اساساً منیزیم در ترکیب با عناصری مانند کربن، کلسیم و اکسیژن دیده میشود. دولومیت یک مادهی معدنی رایج است که در آن عنصر منیزیم وجود دارد.
در سال ۱۸۰۸ شیمیدان مشهور بریتانیایی همفری دیوی (Humphry Davy) توانست مقدار کمی منیزیم خالص به دست آورد. روش او اعمال جریان الکتریکی به منیزیم اکسید بود. اولین فردی که موفق شد مقدار قابل توجهی منیزیم را خالص به دست آورد، شیمیدان فرانسوی آنتوان باسی (Antoine Bussy) بود. این دستاورد در سال ۱۸۳۱ محقق شد.
عنصر منیزیم به سادگی با سایر عناصر ترکیب میشود. یکی از عناصری که ترکیب مهمی با منیزیم میسازد، آلومینیوم است. از ترکیب منیزیم و آلومینیوم برای ساخت بدنهی خودرو، قوطیهای نوشیدنی و سایر وسایلی که میبایست سبک و همزمان مقاوم باشند استفاده میشود. منیزیم قابل اشتعال است. به همین دلیل از آن در ساخت وسایل آتشبازی استفاده میشود. حتی در طول جنگ جهانی دوم منیزیم برای ساخت بمب به کار رفت.
مهمترین ویژگیهای منیزیم:
فلز اُرگانیک
منیزیم حاصل همجوشی هستهای عناصر نئون و هلیم در قلب ستارگان است؛ یعنی این عنصر تحت دماهای بسیار بالا و در اثر برخورد هستههای نئون و هلیم متولد شده است. بر اساس دادههای سازمان هواشناسی ایالات متحده، منیزیم هشتمین عنصر فراوان عالم است. در روی کرهی زمین هم میتوان آن را در پوسته و گوشته یافت. همچنین منیزیم سومین مادهی معدنی محلول در آبهای دریاها است. غلظت آن در آب دریا حدود ۰.۱۳ درصد است.
پس از آن که همفری دیوی توانست در سال ۱۸۰۸ منیزیم را خالصسازی کند، شیمیدانها به دنبال راههای تازه برای خالص کردن این عنصر از ترکیبهای مختلف بودند. این تلاشها ادامه داشت تا اینکه در سال ۱۹۰۹ با استفاده از روش الکترولیز تولید مقادیر زیاد منیزیم میسر شد و این ماده به صنعت و تولیدات صنعتی راه یافت. روش الکترولیز را رابرت بونزن (مخترع چراغ بونزن) توسعه داده بود.
منیزیم به شدت قابل اشتعال است، به همین دلیل نمیتوان از آن در ساخت و ساز استفاده کرد. اما این عنصر در ترکیب با آلومینیوم آلیاژی میسازد که بسیار سبک و مقاوم و کار با آن آسان است. منیزیم همچنین کاربردهای زیستی دارد. این عنصر در کلروفیل موجود است؛ مادهای سبز رنگ در گیاهان که قادر است انرژی را از نور خورشید گرفته و در اختیار سازوکارهای گیاه قرار دهد. منیزیم در حدود ۳۰۰ فرآیند زیستی مهم بدن انسان هم شرکت میکند. زنان بزرگسال باید روزی۳۲۰ میلیگرم منیزیم مصرف کنند. این عدد برای مردان بزرگسال حدود ۴۲۰ میلیگرم است. منیزیم در انواع میوهها، سبزیجات، غلات کامل، حبوبات و آجیلها موجود است. پزشکان در موارد لازم مکملهای منیزیم را برای انواعی از بیماریها، نظیر فشارخون بالا، سندرم پیش از قاعدگی و دیابت توصیه میکنند.
جالب است بدانید
نام منیزیم از واژهی یونانی منیزیا گرفته شده است. منیزیا نام منطقهای از کشور یونان است که در آن ترکیبهای منیزیم وجود دارد.
شیر منیزی که به عنوان ملین و برای درمان سؤهاضمه به کار میرود ترکیب منیزیم و اکسیژن و هیدروژن مولکولی است.
نمک اپسوم یا منیزیم سولفات، مادهای است که در کشاورزی، پزشکی و درمانهای حانگی استفادهی زیادی دارد.
ایالات متحدهی امریکا تن منیزیم در معادن دارد که ۸۸ درصد از این مقدار در ایالت نوادا موجود است.
آب نه تنها نمیتواند منیزیم مشتعل را خاموش کند، بلکه آن را شعلهورتر نیز میکند. بر اساس گزارش نشریهی آنلاین «ایستگاه آتشنشانی» استفاده از منیزیم در تولید خودروها و لوازم خانگی رو به افزایش است. به همین دلیل لازم است آتشنشانان آموزشهای لازم را ببینند و مواد مختلف اطفای حریق را به تناسب مادهی سوختنی استفاده کنند.
پژوهشهای فعلی
بانداژی را تصور کنید که خودش به تنهایی و بدون استفاده از داروها و مواد مختلف، باکتریهای زخم را از بین میبرد. ساخت این بانداژ هدف فیورنزو امنتو (FiorenzoOmenetto) و همکارانش در دانشکدهی مهندسی پزشکی دانشگاه تافتز (Tufts University) است. آنها تلاش میکنند با استفاده از ابریشم و منیزیم یک وسیلهی پزشکی قابل کاشت بسازند که بتواند بدون خطر عفونتها را درمان کند.
معمولاً ایمپلنتها یا مواد کاشتنی در بدن حاوی فلز یا دیگر مواد مقاوم هستند. این یعنی بدن باید ایمپلنت را برای همیشه حمل کند و یا پس از مدتی آن را بردارد. این فرآیندها ریسک ابتلا به عفونت را بالا میبرند. امنتو و همکارانش در حال تحقیق دربارهی وسیلهای بسیار جالب هستند که میتواند عفونتها را درمان کند. این وسیله شامل یک لایه ابریشم است که اسیدآمینههای ضروری را دارد.
یک سیمپیچ از منیزیم ابریشم را دربر گرفته است. این وسیله شبیه یک بخاری بسیار کوچک عمل میکند. به طوری که پس از کاشت در بدن فعال میشود و دمای ناحیهی اطرافش را تا حدی بالا میبرد که باکتری استافیلوکوکوس اورئوس کشته شود. این روش بر روی موشها آزمایش شده و نتایج موفقیتآمیزی داشته است. میزان حرارتی که بانداژ میتواند تولید کند بستگی به ضخامت آن و نوع ساخت ابریشم دارد. گروه محققان امنتو نتایج تحقیقاتشان را در ماه نوامبر در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم (journal Proceedings of the National Academy of Sciences) منتشر کردند.
امنتو توضیح میدهد: «منیزیم یک انتخاب مناسب برای سیمپیچ ایمپلنت ما است. زیرا این فلز در تماس با مایعات بدن تجزیه میشود و با فرآیندهای زیستی سازگاری دارد. بر اساس نظر پزشکان مقدار منیزیم لازم برای بدن انسان بین ۳۰۰ تا ۴۰۰ میلیگرم در روز است. مقدار منیزیم مصرف شده در وسیلهای که ما ساختیم تنها 30 میکروگرم است که در مقابل نیاز روزانه ناچیز است و تعادل بدن را به هم نمیزند. شما پس از استفاده از این بافت، در اطراف زخم هیچ پدیدهی زیستی تازهای مشاهده نخواهید کرد. این نشانهای دلگرم کننده است که به ما میگوید این ابزار مناسب و مفید است.»
امنتو ادامه میدهد: «هنوز راه زیادی باقی است تا این وسیله به طور وسیع در بازار پزشکی مصرف شود. اما تحقیقات نشان میدهند که کارکرد منیزیم و ابریشم در کنار یکدیگر میتواند در موارد زیادی کاربرد داشته باشد، زیرا این مواد بسیار زیستسازگار هستند. میتوان به عنوان یکی از موارد استفاده از ابریشم و منیزیم، سنسور تشخیص فساد در مواد غذایی را نام برد.»
Maryam Doroodian
منابع:
عنصری که میخواهیم دربارهاش صحبت کنیم، به تنهایی مادهی منفجره است و همراه با کلر، تبدیل به نمک میشود! سدیم یک عنصر وحشی و پریشان است که در بسیاری از ترکیبها وجود دارد. به غیر از نمک طعام که روزانه آن را مصرف میکنید، سدیم در جوش شیرین، سدیم پراکسید و بوراکس یا سدیم بورات دیده میشود. این عنصر برای کنترل فشار خون و عملکرد سیستم عصبی بدن بسیار حیاتی است.
انفجار
هنگامی که سدیم با آب ترکیب میشود، واکنش شدیدی نشان میدهد. این واکنش سدیم هیدروکسید، گاز هیدروژن و حرارت تولید میکند (واکنش گرمازا است). این حرارت به قدری است که گاز هیدروژن را مشتعل کرده و باعث میشود انفجاری رخ دهد. واکنش سدیم و آب به قدری سریع رخ میدهد که محققان آن را در فیلمهای ضبط شده چندین مرتبه آهسته میکنند تا بتوانند به جزئیاتش پی ببرند. بر اساس پژوهشهایی که در مجلهی نیچر منتشر شده است، سدیم در واکنش با آب ابتدا الکترونهایش را از دست داده و تبدیل به یون مثبت میشود. سپس یونهای مثبت با شدت یکدیگر را دفع میکنند و موجب پاره پاره شدن کل سدیم میشوند. چنین پدیدهای سطح بیشتری میان آب و سدیم ایجاد میکند و در نتیجه واکنش شدیدتر خواهد شد.
مهمترین دادههای سدیم عبارتاند از:
فلز واکنشگر
سدیم یک فلز قلیایی است که در ردیف سمت چپ جدول تناوبی عناصر قرار گرفته است. سایر فلزات قلیایی و هم گروه سدیم عبارتاند از: لیتیوم، پتاسیم، روبیدیم، سزیم و فرانسیم. نکتهی مشترک میان این عناصر، داشتن تنها یک الکترون در لایهی ظرفیت است. اتمها برای پیوند با یکدیگر الکترونهایشان را به اشتراک میگذارند. داشتن تنها یک الکترون در لایهی بیرونی به فلزات قلیایی این امکان را میدهد که خیلی ساده الکترون اضافی خود را با یک عنصر دیگر به اشتراک بگذارد. به همین دلیل میتوان گفت که فلزهای قلیایی را هرگز نمیتوان به تنهایی در طبیعت یافت، بلکه همیشه در ترکیب با دست کم یک عنصر دیگر دیده میشوند.
ترکیبهای سدیمدار از زمانهای باستان شناخته شدهاند. برای مثال مصریان باستان از ترکیبی به نام ناترون برای مومیایی کردن اجساد و خشک کردن و نگهداری گوشت استفاده میکردند. ناترون ترکیبی از خاکستر کربنات سدیم و جوش شیرین (بیکربنات سدیم) است.
اما براساس دادههای انجمن سلطنتی شیمی، امتیاز کشف سدیم متعلق به همفری دیوی (Humphry Davy) شیمیدان انگلیسی است. او هنگام الکترولیز هیدروکسید سدیم، موفق شد سدیم را جداسازی کند. هرچند که واکنش سدیم خالص با آب سرگرمکننده است، اما سدیم خالص کاربردهای عملی چندانی ندارد. میتوان از سدیم مذاب به عنوان خنک کننده در رآکتورهای هستهای استفاده کرد. براساس اعلام کمپانی هیتاچی که خود سازندهی این نوع خنک کنندههاست، سردسازهای سدیمی ایمنی بیشتری دارند، زیرا رسانای خوب گرما هستند و در صورت لزوم میتوانند حرارت اضافی تولید شده را پراکنده کنند.
از طرف دیگر سدیم در ترکیب با عناصر دیگر کاربردهای فراوانی دارد. بوراکس در مواد شوینده و بهداشتی استفاده میشود، جوش شیرین در پخت مواد خوراکی کاربرد دارد و نیتریت سدیم برای حفاظت از مواد غذایی، به ویژه گوشت مورد استفاده است.
در بدن ما انسانها، سدیم به تنظیم میزان آب بدن کمک میکند و برای کنترل فشار خون نیز بسیار مهم است. با وجودی که انجمن قلب امریکا اعلام کرده که هر فرد باید روزانه ۱۵۰۰ میلیگرم نمک طعام مصرف کند، این عدد دربارهی شهروندان امریکایی چیزی حدود ۳۴۰۰ میلیگرم در روز است. مصرف متعادل نمک میتواند خطر ابتلا به بیماریهای قلبی و عروقی را کاهش دهد.
سدیم در طبیعت
پژوهشهای فعلی
بر دوش این عنصر ارزان قیمت و فروتن وظیفهی بزرگی نهاده شده: توقف گرمایش جهانی! سدیم کربنات یا خاکستر سودا، یک نرمکنندهی آب است که به سادگی از نمک یا سنگ آهک تولید میشود. امروزه محققان این پودر سفید را به شکل توپهای بسیار کوچک، پیزی شبیه دانههای خاویار درآوردهاند. این کپسولهای ریز میتوانند گازهای گلخانهای را از خروجی نیروگاه های با سوخت فسیلی حذف کنند.
محقق این پروژه، مهندس جان وریچلا (John Vericella) از لابراتوار ملی لارنس لیورمور (Lawrence Livermore National Laboratory) میگوید: «گاز کربن دی اکسید در برخورد با این توپهای کوچک جذب آنها میشود. بشر در هر سال مقدار باورنکردنی ۱۰ گیگاتن کربن دی اکسید تولید میکند که این عدد بیش از وزن تودهی انسانها و گیاهان در یک سال است! کربن دی اکسید حرارت را در اتمسفر حبس کرده و موجب گرمای کرهی زمین میشود.» وریچلا ادامه میدهد: «یکی از راههای کاهش آلایندگی گازهای گلخانهای، حذف کربن از خروجی نیروگاهها است. در بسیاری از نیروگاهها از ترکیبات حاوی نیتروژن به نام آمینها استفاده میشود. اما این روش مشکلاتی به همراه دارد. آمینها که به صورت اسپری روی برجهای تصفیهی فولادی پاشیده میشوند، به مرور زمان این برجها را دچار خوردگی میکنند. همچنین در این روش کربن به طور کامل از خروجی سوخت حذف نمیشود.
اما کپسولهای سدیم کربنات جاذبهای بسیار خوبی برای گاز کربن دی اکسید هستند. این توپهای ریز با توجه به خواص ترمودینامیکی و نفوذپذیری بالایشان میتوانند کربن دی اکسید را جذب کنند. این روش در ابتدا کمی آهستهتر از روش برجهای فولادی است، اما با گذشت زمان که کرههای سدیم کربنات بزرگتر میشوند، فرآیند جذب سرعت میگیرد و در نتیجه بازدهی آن بیشتر میشود. در این صورت میزان حذف در این روش صد برابر بیشتر از روش برجهای فولادی میشود.»
National Geographic
وریچلا دربارهی نتایج این پژوهش توضیح میدهد: «تاکنون در ابعاد آزمایشگاهی از این کرههای ریز نتایج بسیار خوبی گرفتهایم. اما مشکل اینجاست که ابعاد مواد خروجی نیروگاهها بسیار زیاد است. گام بعدی ما بزرگ کردن مقیاس این روش است. هنوز تا برطرف کردن مشکل گازهای گلخانهای راه زیادی باقی است.»
Maryam Doroodian
منابع:
گازی که باعث میشود شهرهای بزرگ دنیا در طول شب بدرخشند، یکی از گازهای نجیب به نام نئون است. نئون یکی از عناصری است که در ردیف سمت راست جدول تناوبی عناصر دیده میشود، ردیفی که در آن گازهای بی اثر قرار دارند. این گازها واکنشپذیری بسیار کمی دارند. در حقیقت لایهی ظرفیت این عناصر کاملاً پر است و نیازی به الکترون دهی یا الکترون گیری ندارند.
به همین دلیل ترکیبهای بسیار کمی از این عناصر با سایر عنصرها وجود دارد. گازی که باعث میشود شهرهای بزرگ دنیا در طول شب بدرخشند، یکی از گازهای نجیب به نام نئون است. نئون یکی از عناصری است که در ردیف سمت راست جدول تناوبی عناصر دیده میشود، ردیفی که در آن گازهای بی اثر قرار دارند.
این گازها واکنشپذیری بسیار کمی دارند. در حقیقت لایهی ظرفیت این عناصر کاملاً پر است و نیازی به الکترون دهی یا الکترون گیری ندارند. به همین دلیل ترکیبهای بسیار کمی از این عناصر با سایر عنصرها وجود دارد. نئون مانند دوستان نجیبش، بدون بو و بدون رنگ است. بر اساس پژوهشهای آزمایشگاه شتابدهندهی ملی توماس جفرسون (Thomas Jefferson National Accelerator Laboratory)، نئون میتواند تحت شرایط آزمایشگاهی با فلوئور یک ترکیب بسازد. البته این ترکیب کاملاً غیر واکنشگر است.
منشأ نامگذاری: نام فلوئور از واژهی لاتین و فرانسوی فلوره به معنای جریان یا شاره گرفته شده است.
تاریخچهی کشف
فلوئور واکنشپذیرترین عنصر جدول تناوبی است، به همین دلیل به طور آزاد در طبیعت یافت نمیشود و جداسازی و خالصسازی آن برای دانشمندان بسیار دشوار بوده است. گئورگیوس آگریکولا (Georigius Agricola) در سال ۱۵۲۹ موارد استفاده از فلوریت را شرح داده است. در اوایل دههی ۱۶۷۰ شواندهارد (Schwandhard) دریافت هنگامی که شیشه در معرض فلوریت و اسید قرار بگیرد، شیشهی پردازش شده به دست میآید. ادامه مطلب
