آهن

اطلاعات اولیه

آهن،عنصرشیمیاییاست که درجدولتناوبیبا نشان Fe وعدداتمی 26 وجود دارد. آهن فلزی است که در گروه 8 و دوره 4 جدول تناوبی قرار دارد.

تاریخچـــــه

اولین نشانه‌های استفاده از آهن به زمانسومریانومصریانبر می‌گردد که تقریبا" 4000 سال قبل از میلاد با آهن کشف شده از شهابسنگها اقلام کوچکی مثل سر نیزه و زیور آلات می‌ساختند. از 2000 تا 3000 سال قبل ازمیلاد ، تعداد فزاینده ای از اشیاء ساخته شده با آهن مذاب ( فقدان نیکل ، اینمحصولات را از آهن شهاب سنگی متمایز می‌کند ) در بین‌النهرین ، آسیای صغیر و مصر بهچشم می‌خورد؛ اما ظاهرا" تنها در تشریفات از آهن استفاده می‌شد و آهن فلزی گرانبهاحتی باارزش‌تر ازطلابه‌حسابمی‌آمد.

بر اساس تعدادی از منابع آهن ، بعنوان یک محصول جانبی از تصفیه مستولید می‌شد - مثل آهن اسفنجی – و بوسیلهمتالوژیآن زمان قابل تولید مجدد نبوده است. از 1600 تا 1200 قبل از میلاد در خاورمیانه بطور روز افزون از آین فلز استفادهمی‌شد، اما جایگزین کابرد برنز در آن زمان نشد.

تبر آهنی متعلق به عصرآهن سوئددرگاتلندسوئدیافت شده است. از قرن 10 تا 12 در خاورمیانه یک جابجایی سریع در تبدیلابزار و سلاحهای برنزی به آهنی صورت گرفت. عامل مهم در این جابجائی ، آغاز ناگهانیتکنولوژیهای پیشرفته کار با آهن نبود، بلکه عامل اصلی ، مختل شدن تامینقلعبود. این دوره جابجایی کهدر زمانهای مختلف و در نقاط مختلفی از جهان رخ داد، دوره ای از تمدن به نامعصر آهنرا بوجود آورد.

همزمانبا جایگزینی آهن به جای برنز ،فرآیند کربوریزاسیونکشف شد که بوسیله آن بهآهن موجود در آن زمان ، کربن اضافه می‌کردند. آهن را بصورت اسفنجی که مخلوطی از آهنو سرباره به همراه مقداری کربن یا کاربید است، بازیافت کردند. سپس سرباره آنرا باچکش‌کاری جدا نموده وم حتوی کربن را اکسیده می‌کردند تا بدین طریق آهن نرم تولیدکنند.

مردم خاور میانه دریافتند که با حرارت دادن طولانی مدت آهن نرم درلایه ای از ذغال و آب دادن آن در آب یا روغن می‌توان محصولی بسیار محکم‌تر بدستآورد. محصول حاصله که دارای سطح فولادی است، از برنزی که قبلا" کاربرد داشت محکمترو مقاوم‌تر بود. در چین نیز اولین بار از آهن شهاب سنگی استفاده شد و اولین شواهدباستان شناسی برای اقلام ساخته شده با آهن نرم در شمال شرقی نزدیکXinjiangمربوط به قرن 8 قبل از میلاد بدست آمده است. این وسایل از آهن نرم و با همان روشخاورمیانه و اروپا ساخته شده بودند و گمان می‌رفت که برای مردم غیر چینی هم ارسالمی‌کردند.

در سالهای آخر پادشاهی سلسله ژو ( حدود 550 قبل از میلاد) به سببپیشرفت زیاد تکنولوژی کوره ، قابلیت تولید آهن جدیدی بوجود آمد. ساخت کوره‌هایبلندی که توانایی حرارتهای بالای k 1300 را داشت، موجب تولید آهن خام یا چدن توسطچینِی‌ها شد. اگر سنگ معدن آهن را با کربن k 1470-1420 حرارت دهیم، مایع مذابی بدستمی‌آید که آلیاژی با 5/96% آهن و 5/53% کربن است. این محصول محکم را می‌توان بهشکلهای ریز و ظریفی در آورد. اما برای استفاده ، بسیار شکننده می‌باشند، مگر آنکهبیشتر کربن آنرا از بین ببرند.

از زمان سلسله ژو به بعد اکثر تولیدات آهن درچین به شکل چدن است. با این همه آهن بعنوان یک محصول عادی که برای صدها سال مورداستفاده کشاورزان قرار گرفته است، باقی ماند و تا زمان سلسله شین ( حدود 221 قبل ازمیلاد ) عظمت چین را واقعا" تحت تاثیر قرار نداد.

توسعه چدن در اروپا عقبافتاد، چون کوره‌های ذوب در اروپا فقط توانایی k 1000 را داشت. در بخش زیادی ازقرون وسطی در اروپای غربی آهن را همچنان با روش تبدیل آهن اسفنجی به آهن نرم بدستمی‌آوردند. تعدادی از قالب‌گیریهای آهن در اروپا بین سالهای 1150 و 1350 بعد ازمیلاد در دو منطقه در سوئد به نامهایLapphyttanوVinarhyttanانجامشد.

دانشمندان می‌پندارند شاید این روش بعد از این دو مکان تا مغولستان آنسوی روسیه ادامه یافته باشد، اما دلیل محکمی برای اثبات این فرضیه وجود ندارد. تااواخر قرن نوزدهم در هر رویدادی یک بازار برای کالاهای چدنی بوجود آمد، ماننددرخواست برای گلوله‌های توپ چدنی.

در آغاز برای ذوب آهن از زغال چوب همبعنوان منبع حرارتی و هم عامل کاهنده استفاده می‌شد. در قرن 18 در انگلستان تامینکنندگان چوب کم شدند و اززغالسنگکه یک سوخت فسیلی است، بعنوان منبع جانشین استفاده شد. این نوآوریبوسیلـــهAbraham Darbyانرژی لازم برای انقلاب صنعتی را تامین نمود.

پیدایـــــــش

آهن یکی از رایج‌ترین عناصر زمین است که تقریبا" 5% پوستهزمین را تشکیل می‌دهد.
آهن ازسنگ معدن هماتیتکه عمدتا" Fe₂O₃ می‌باشد، استخراج می‌گردد. این فلز را بوسیله روش کاهشبا کربن که عنصری واکنش‌‌پذیرتر است جدا می‌کنند. این عمل درکورهبلنددر دمای تقریبا" 2000 درجه سانتی‌گراد انجام می‌پذیرد.

در سال 2000، تقریبا" 1100 میلیون تن سنگ معدن آهن با رشد ارزش تجاری تقریبا" 25 میلیارد دلارآمریکا استخراج شد. درحالیکه استخراج سنگ معدن آهن در 48 کشور صورت می‌گیرد،چین،برزیل، استرالیا،روسیهوهندبا تولید 70% سنگ آهن جهان پنج کشور بزرگ تولید کنندگان آن به‌حساب می‌آیند. برای تولیدتقریبا" 572 میلیون تن آهن خام 1100 میلیون تن سنگ آهن مورد نیاز است.

خصوصیات قابل توجه

جرم یکاتممعمولی آهن 56 برابر جرمیک اتم معمولیهیدروژنمی‌باشد. عقیده بر این است که آهن ، دهمین عنصر فراوان در جهان است. Fe مخفف واژهلاتینferrumبرای آهن می‌باشد. اینفلز، از سنگ معدن آهناستخراج می‌شود و به‌ندرت به حالت آزاد (عنصری) یافت می‌گردد.

برای تهیه آهنعنصری ، باید ناخالصیهای آن با روشکاهششیمیاییاز بین برود. آهن برای تولیدفولادبکارمی‌رود که عنصر نیست، بلکه یکآلیاژو مخلوطی است از فلزات متفاوت ( وتعدادی غیر فلز بخصوص کربن ). هسته اتمهای آهن دارای بیشترین نیروی همگیر در هرنوکلئون هستند بنابراین آهن با روش همجوشی ، سنگین‌ترین و با روش شکافت اتمی ،سبکترین عنصری است که بصورت گرمازایی تولید می‌شود.

وقتی یک ستاره که دارایجرم کافی می‌باشد چنین کاری انجام دهد، دیگر قادر به تولید انرژی در هسته‌اش نبودهو یک ابر اختر پدید می‌آید. آهن رایج‌ترین فلز در جهان به حساب می‌آید. الگوهایجهان شناختی با یک جهان باز پیش‌بینی زمانی را می‌کند که در نتیجه واکنشهای همجوشیوشکافت هسته، همه چیز به آهن تبدیل خواهدشد!

کاربردهــــــــــا

کاربرد آهن از تمامی فلزات بیشتر است و 95 درصد فلزاتتولید شده در سراسر جهان را تشکیل می‌دهد. قیمت ارزان و مقاومت بالای ترکیب آناستفاده از آنرا بخصوص در اتومبیلها ، بدنه کشتی‌های بزرگ و ساختمانها اجتنابناپذیر می‌کند. فولاد معروف‌ترینآلیاژ آهن است و تعدادی از گونه‌های آهن به شرح زیر می‌باشد:

·         آهن خام که دارای 5%-4% کربن و مقادیر متفاوتی ناخالصی از قبیلگوگرد،سیلیکونوفسفراست و اهمیت آنفقط به این علت است که در مرحله میانی مسیر سنگ آهن تاچدنوفولادقراردارد.

·         چدن ، شامل 5/3%-2% کربن و مقدار کمیمنگنزمی‌باشد. ناخالصی‌های موجود در آهن خام مثل گوگرد و فسفر که خصوصیات آنرا تحت تاثیر منفیقرار می‌دهد، در چدن تا حد قابل قبولی کاهش می‌یابند. نقطه ذوب چدن بین k 1470-1420 می‌باشد که از هر دو ترکیب اصلی آن کمتر است و آنرا به اولین محصول ذوب شده پس ازگرم شدن همزمان کربن و آهن تبدیل می‌کند. چدن بسیار محکم ، سخت و شکننده می‌باشد. چدن مورد استفاده حتی چدن گرمای سفید موجب شکستن اجسام می‌شود.

·         فولاد کربن شامل 5/1% - 5/0% کربن و مقادیر کم منگنز ، گوگرد ، فسفر و سیلیکوناست.

·         آهن ورزیده ( آهن نرم) دارای کمتر از 5/0% کربن می‌باشد و محصولی محکم وچکش‌خوار است، اما به اندازه آهن خام گدازپذیر نیست. حاوی مقادیر بسیار کمی کربناست ( چند دهم درصد). اگر یک لبه آن تیز شود، به‌سرعت تیزی خود را از دستمی‌دهد.

·         فولادهای آلیاژ حاوی مقادیر متفاوتی کربن بعلاوه فلزات دیگر مانندکروم،وانادیم،مولیبدن،نیکل،تنگستنو ... می‌باشد.

·         اکسیدهای آهن برای ساخت ذخیره مغناطیسی در کامپیوتر مورد استفاده قرارمی‌گیرند. آنها اغلب با ترکیبات دیگری مخلوط شده و خصوصیات مغناطیسی خود را بصورتمحلول هم حفظ می‌کنند.

ترکیبات

معمولترین حالات اکسیداسیون آهن عبارتند از:

حالت فروس²⁺Fe

·         حالت فریک³⁺Fe

·         حالت فریل⁴⁺Fe که با تعدادی آنزیم ( مثلا" پیروکسیدازها ) پایدارشده است.

·         آهن ( VI) هم معروف است (اگرچه کمیاب می‌باشد). درصورتیکه به شکل فرات پتاسیمباشد، ( K₂FeO ) یکاکسیدکنندهانتخابی برای الکلهای نوع اول می‌باشد. این ماده جامد فقط در شرائط خلاءو ارغوانی تیره پایدار است، هم به صورت محلول سوزآور و هم بصورت یک ماده جامد.

·         کاربید آهن Fe₃C به نام سمنتیت معروف است.

بیولـــــــوژی

آهن ، اتم اصلی مولکولهِم ( بخشی از گلبول قرمز) و بنابراین جزءضروری تمامی هموپروتئین‌ها محسوب می‌شود. به همین علت ، وجود این عنصر در حیواناتحیاتی می‌باشد. همچنین آهن غیر آلی در زنجیره‌های آهن – گوگرد بسیاری ازآنزیمهایافتمی‌شود. باکتریها اغلب از آهن استفاده می‌کنند. وقتی بدن در حال مبارزه با یک عفونتباکتریایی است، برای عدم دستیابیباکتریبهآهن ، این عنصر را پنهان می‌کند.

ایزوتوپها

آهن بطور طبیعی دارای چهار ایزوتوپ پایدار Fe-54 , Fe56 , Fe-57 , Fe-58 می‌باشد. فراوانی نسبی ایزوتوپهای آهن در طبیعت تقریبا" Fe-54 8/5% ، Fe-56 7/91%، Fe-57 2/2% و Fe-58 3/0% است.Fe-60 که نوکلید پرتوزای غیر فعال است، داراینیمه عمر 5,1 (Myr) می‌باشد. بیشتر تلاش گذشته برای اندازه گیری ترکیبات ایزوتوپیآهن به‌علت فرآیندهایی که توام با نوکلئوسنتز ( مانند مطالعات شهاب سنگها ) وشکل‌گیری کانی‌ها هستند، حول محور تعیین انواع مختلف Fe-60 صورت گرفتهاست.

در وهله‌های مختلف ، شهاب سنگهایSemarkonaوChervony Kutمی‌توان بین تمرکز Ni-nickel|60 ( محصول اخترچه Fe-60 ) وفراوانی ایزوتوپهای پایدار آهن ارتباطی یافت که دلیلی برای وجود آهن 60 در زمانشکل‌گیری منظومه شمسی می‌باشد. احتمالا" انرژی آزاد شده توسط فروپاشی آهن 60 بههمراه انرژی رها شده بر اثر فروپاشی نوکلئید پرتوزای Al-26 ، در ذوب مجدد و تفکیکاخترچه‌های بعد از شکل‌گیری آنها 4,6 میلیارد سال پیش تاثیر داشته است. فراوانی Ni-60 موجود در مواد فرازمینی نیز ممکن است آگاهی بیشتری در مورد منشاءمنظومهشمسیو تاریخ ابتدایی آن ارائه نماید.

در بین ایزوتوپهای پایدار فقط آهن 57 دارای اسپین اتمی است،(2/1-). به همین خاطر آهن 57 در شیمی و بیوشیمی بعنوان یکایزوتوپ اسپینی دارای کاربرد است.

هشدارهـــــــــا

مصرف بیش از حد آهن خوراکی ایجاد مسمومیت می‌کند، چونمقدار زیاد آهن فروس با پروکسیدهای بدن واکنش کرده ، تولید بنیانهای آزاد می‌کند. وقتی مقدار آهن در بدن طبیعی است، مکانیسمهای ضد اکسیداسیون خود بدن قادر به کنترلاین فرآیند می‌باشد. اگر مقدار آهن بیش از نرمال باشد، مقادیر غیرقابل کنترلبنیانهای آزاد بوجود می‌آید.

مقدار کشنده آهن برای یک کودک 2 ساله تقریبا" 3گرم بوده و یک گرم آن مسمومیت جدی در پی خواهد داشت. گزارشهایی مبنی بر مسمومیتکودکان در اثر مصرف 10 تا 50 عدد قرص سولفات آهن در کوتاه مدت وجود دارد.مصرف بیشاز حد آهن بر اثر خوردن غیر عمدی داروها عامل جدی مرگ و میر در کودکان است. افزایشغیرقابل کنترل آهن در بدن ، موجب بروز بیماری به نامhemochromatosisمی‌گردد. آهن اضافی در کبد جمع شده ، موجب بیماریآهن زدگیsiderosisو آسیبهای عضوی می‌شود. به همین دلیل افرادیکه کمبود آهن ندارند، نباید مکملهای آهنمصرف کنند.

آلومینیوم

تاریخچه کشف آلومینیوم

"فردریک وهلر" بطور کلی به آلومینیوم خالصاعتقاد داشت .(لاتین :alum alumen). اما این فلز دو سال پیشتر بوسیله "هانسکریستین ارستد" شیمیدان و فیزیکدان دانمارکی بدست آمد. دررومویونان باستاناین فلز را بعنوان ثابت کننده رنگ در رنگرزی و نیز بعنوان بندآورنده خون در زخمها بکار می‌بردند و هنوز هم بعنوان داروی بند آورنده خون مورداستفاده است. در سال 1761 ، "گویتون دموروو" پیشنهاد کرد تا alum راآلومین (alumin) بنامند.

پیدایش و منابع

اگر چه Al ، یک عنصر فراوان در پوسته زمین است(18%) ، اینعنصر در حالت آزاد خود بسیار نادر است و زمانی یک فلز گرانبها و ارزشمندتر ازطلابه حساب می‌آمد. بنابراین، بعنوان فلزی صنعتی اخیرأ مورد توجه قرار گرفته و در مقیاسهای تجاری تنها بیش از 100 سال است که مورد استفاده است. در ابتدا که این فلز کشف شد، جدا کردن آن ازسنگها بسیار مشکل بود و چون کل آلومینیوم زمین بصورت ترکیب بود، مشکل‌ترین فلز ازنظر تهیه به شمار می‌آمد.

آلومینیوم برای مدتی از طلا با ارزش‌تر بود، اما بعداز ابداع یک روش آسان برای استخراج آن در سال 1889 ، قیمت آن رو به کاهش گذاشت وسقوط کرد. تهیه مجدد این فلز از قطعات اسقاط (از طریق بازیافت) تبدیل به بخش مهمیاز صنعت آلومینیوم شد. بازیافت آلومینیوم موضوع تازه ای نیست، بلکه از قرن نوزدهمیک روش رایج برای این کار وجود داشت. با اینهمه تا اواخر دهه 60 این یک کار کممنفعتی بود تا زمانیکه بازیافت قوطیهای آلومینیومی آشامیدنیها بالاخره بازیافـت اینفلز را مورد توجه قرار داد. منابع بازیافت آلومینیوم عبارتند از: اتومبیلها ، پنجرهها ، درها ، لوازم منزل ، کانتینرها و سایر محصولات ... .

معرفی

آلومینیوم ،عنصرشیمیاییاست که درجدولتناوبیدارای علامت Al وعدداتمی 13 می‌باشد. آلومینیوم که عنصری نقره‌ای و انعطاف‌پذیر است، عمدتأ به صورتسنگ معدنبوکسیتیافت می‌شود و از نظر مقاومتی که در برابراکسیداسیوندارد، همچنین وزن و قدرت آن ،قابل توجه است. آلومینیوم در صنعت برای تولید میلیونها محصول مختلف بکار می‌رود ودر جهان اقتصاد ، عنصر بسیار مهمی است.

اجزای سازه‌هایی که از آلومینیومساخته می‌شوند، در صنعت هوانوردی و سایر مراحل حمل و نقل بسیار مهم هستند. همچنیندر سازه‌هایی که در آنها وزن پایداری و مقاومت لازم هستند، وجود این عنصر اهمیتزیادی دارد.

ویژگی‌های قابل توجه

آلومینیوم ، فلزی نرم و سبک ، اما قوی است، با ظاهرینقره‌ای - خاکستری مات و لایه نازکاکسیداسیونکه در اثر برخورد با هوا در سطح آن تشکیل می‌شود، از زنگ خوردگی بیشتر جلوگیریمی‌کند. وزن آلومینیوم تقریبأ یک سومفولادیامساست.ِ چکش خوار ، انعطاف پذیر و به راحتی خم می‌شود. همچنین بسیار بادَوام و مقاومدر برابر زنگ خوردگی است. بعلاوه ، این عنصر غیر مغناطیسی ، بدون جرقه ، دومین فلزچکش خوار و ششمین فلز انعطاف‌پذیر است.

کاربردها

چه از نظر کیفیت و چه از نظر ارزش ، آلومینیوم کاربردی‌ترین فلزبعد ازآهناست و تقریبأ در تمامیبخشهای صنعت دارای اهمیت می‌باشد. آلومینیوم خالص ، نرم و ضعیف است، اما می‌تواندآلیاژهایی را با مقادیر کمی از مس ، منیزیوم ، منگنز ، سیلیکون و دیگر عناصر بوجودآورد که این آلیاژها ویژگی‌های مفید گوناگونی دارند. این آلیاژها اجزای مهمهواپیماها و راکتها را می‌سازند.

وقتی آلومینیوم را در خلاء تبخیر کنند،پوششی تشکیل می‌دهد که هم نور مرئی و هم گرمای تابشی را منعکس می‌کند. این پوششهالایه نازک اکسید آلومینیوم محافظ را بوجود می‌آورند که همانند پوششهاینقرهخاصیت خود را ازدست نمی‌دهند. یکی دیگر از موارد استفاده از این فلز در لایه آینه‌های تلسکوپ‌هاینجومی است.

برخی از کاربردهای فراوان آلومینیوم عبارتند از:

·         حمل و نقل ( اتومبیل‌ها ، هواپیماها ، کامیون‌ها ، کشتی‌ها ، ناوگانهای دریایی، راه آهن و ... (

·         بسته‌بندی ( قوطی‌ها ، فویل و... (

·         ساختمان ( درب ، پنجره ، دیوار پوشها و ... (

·         کالاهای با دوام مصرف کننده ( وسایل برقی خانگی ، وسایل آشپزخانه ، ... (

·         خطوط انتقال الکتریکی ( به‌علت وزن سبک اگرچه هدایت الکترِکی آن تنها 60% هدایتالکتریکیمسمی‌باشد(

·         ماشین آلات

اکسید آلومینیوم (آلومینا) بطور طبیعی و بصورت کوراندوم ،سنگ سمباده (emery) ، یاقوت (ruby) و یاقوت کبود (sapphire) یافت می‌شود که در صنعتشیشه‌سازی کاربرد دارد. یاقوت و یاقوت کبود مصنوعی درلیزربرای تولید نور هم‌نوسان بکار می‌روند. آلومینیوم با انرژی زیادی اکسیده می‌شود و در نتیجه در سوخت موشکهای با سوخت ودمازاها مورد استفاده واقع می‌شود.

استخراج آلومینیوم

آلومینیوم یک فلز واکنشگر است و نمی‌تواند از سنگ معدنخود بوکسیت (Al₂O ) بوسیله کاهش باکربنجدا شود. در عوضروش جداسازی این فلز از طریقالکترولیزاست. (این فلز در محلول اکسیده شده ، سپس بصورت فلز خالص جدا می‌شود.) لذا جهت اینکار ، سنگ معدن باید درون یک مایع قرار بگیرد. امابوکسیتدارای نقطه ذوب بالایی است (2000درجه سانتی‌گراد) که تامین این مقدار انرﮊی از نظر اقتصادی مقرون به صرفهنیست.

برای سالهای زیادی بوکسیت را در فلورید سدیم و آلومینیوم مذاب قرارمی‌دادند و نقطه ذوب آن تا 900درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یافت. اما امروزه مخلوطمصنوعی ازآلومینیوم ، سدیم و فلوئورید کلسیم ، جایگزین فلورید سدیم و آلومینیوم شدهاست. این فرایند هنوز مستلزم انرژی بسیار زیاد است و کارخانجات آلومینیوم دارایایستگاههای برق مخصوص خود در اطراف این کارخانه‌ها هستند.

الکترودهایی که درالکترولیز بوکسیت بکار می‌روند، هر دو کربن هستند. وقتی سنگ معدن در حالت مذاب است،یونهای آن آزادانه حرکت می‌کنند. واکنش در کاتد منفی اینگونه است:

Al³⁺ + 3e ----> Al

در اینجا یون آلومینیوم در حالت کاهش است(الکترونها اضافهمی‌شوند). سپس فلز آلومینیوم به سمت پایین فرو می‌رود و خارج می‌شود.

آندمثبت ، اکسیژن بوکسیت را اکسیده می‌کند که بعد از آن با الکترود کربنی واکنش کردهتا تولیددی‌اکسیدکربننماید.

اینکاتدباید عوض شود، چون اغلب تبدیل به دی‌اکسید کربن می‌شود. بر خلاف هزینهالکترولیز، آلومینیوم فلزی ، ارزان با کاربرد وسیع است. امروزه آلومینیوم را می‌توان از خاکهمعدنی (clay) استخراج کرد، اما این فرایند ، اقتصادی نیست.

ایزوتوپها

آلومینیوم ، دارای 9ایزوتوپاست که عمده‌ترین آنها بین 23 تا 30 مرتب شده‌اند. تنها Al-27 ( ایزوتوپ پایدار ) و AL-26 (ایزوتوپ رادیو اکتیو) بطور طبیعی وجود دارند. AL-26 از پراشیدن ذرات اتمآرگوندراتمسفرکهدر نتیجه پروتونهای اشعه کیهانی رخ می‌دهد، تولید می‌شود. ایزوتوپهای آلومینیوم ،کاربردهای عملی در تعیین قدمت رسوبات دریایی ، خاستگاه منگنز ، یخهای دوران یخبندان، کوارتز در صخره‌ها و شهاب سنگها دارد.

AL-26 اولین بار در مطالعات ماه وشهاب‌سنگها بکار رفت. اجزاء شهاب‌سنگها بعد از جدا شدن از پیکره مادر در مدت سفرخود در فضا در معرض شدید بمباران اشعه کیهانی هستند که باعث تولید آلومینیوم 27پایدار می‌شود. بعد از سقوط روی زمین ، حفاظ اتمسفر مانع از تولید AL-26 بیشتر ازقطعات شهاب‌سنگها می‌شود و واپاشی آن در تعیین عمر زمینی آنها موثر است. تحقیقاتروی شهاب‌سنگها ثابت کرده است که AL-26 در زمان شکل‌گیری سیاره ما نسبتا به مقدارفراوان وجود داشته است. احتمالا انرژی آزاد شده در نتیجه واپاشی AL-26 ، ذوب شدنمجدد و جدایی سیارکها بعد از شکل گیری آنها را 2-4 میلیارد سال پیش در پی داشتهاست.

هشدارها

آلومینیوم یکی از معدود عناصر فراوانی است که ظاهرا هیچ فعالیتموثری در سلولهای زنده ندارد. اما درصد کمی از مردم به آن حساسیت دارند. آنها تجربهکرده‌اند تماس هر نوع از آن موجب التهاب پوستی می‌شود. مصرف داروهای بند آورنده خونو مواد ضد عرق باعث ایجاد جوشهای خارش آور و سوء هاضمه می‌گردد. عدم جذب مواد غذاییمفید از غذاهای پخته شده در ظروف آلومینیومی همچنین تهوع و سایر علائم مسمومیت درنتیجه خوردن اینگونه محصولات مانند Maalox ، Amphojel ، Kaopectate .

درسایر افراد آلومینیوم مانند فلزات سنگین ، سمی نیست، اما در صورت مصرف زیاد علائمیاز مسمومیت دیده شده است. اگرچه استفاده از ظروف غذای آلومینیومی به خاطر مقاومت دربرابر زنگ‌زدگی و خاصیت هدایت گرمایی بالای آنها بسیار رایج است، در کل ، هیچگونهعلامتی در مورد ایجاد مسمومیت آنها دیده نشده است. مصرف زیاد داروهای ضد اسید ومواد ضد عرق که حاوی ترکیبات آلومینیومی هستند، احتمال مسمومیت بیشتری دارند. بعلاوه احتمال ارتباط آلومینیوم بابیماری آلزایمرمطرح شده است، گرچه اخیرااین فرضیه رد شده است.

املا

املاء رسمی این عنصر ، IUPAK) Aluminium) است، گرچه عموماآمریکایی‌ها و کانادایی‌ها آنرا بصورت Aluminum نوشته و تلفظ می‌کنند. "همفریدیوی" در سال1807 Aluminum را برای عنصر کشف شده در آنزمان ارائه کرد، اما بعدا تصمیم گرفت تا این نام را بهAluminium تغییر دهد که باوجودiumدر نام بیشتر عناصر تطبیق کند. بعدها املا Aluminium در بریتانیا وآمریکا متداول شد، اما بعد بتدریج آمریکایی‌ها برای اهداف غیرتخصصی این نام را به Aluminum برگرداندند. نام رسمی این عنصر در آمریکا و در رشته شیمی تا سال 1926بصورت Aluminium بکار رفت. از این تاریخ به بعد انجمن شیمی آمریکا تصمیم به استفادهاز املاء Aluminum در نشرِات خود گرفت.

پلاستیک

تاریخچه

اولین قدم در موردصنعت پلاستیک، توسط فردی به ناموایسا هیکاتانجام گرفت که تلاش می‌کرد ماده‌ای بجای عاج فیل تهیه کند. چونعاج فیل بعنوان ماده‌ای سخت ، گرانقیمت و همینطور کمیاب کاربردهای فراوانی داشت. ویتوانستنیترات سلولزرا (که به غلط نیتروسلولز گفتهمی‌شود) ازسلولزتهیه کند. پس نیترات سلولز اولین پلاستیک با منشا طبیعی است.

ویژگیهای مواد پلاستیکی

یک ویژگی مهم مواد پلاستیکی در صنعت ، فرآیند پذیربودن یاProcessibleبودن آن است. اگر ماده‌ای قابل ذوب یا قابل حل باشد، درصنعت قابل استفاده است و گرنه نمی‌توان از آن استفاده صنعتی کرد. چون نمی‌توانیم آنرا برای تهیه مواد بکار ببریم.

ویژگی سلولز و نیترات سلولز

سلولز نه قابل حل و نه قابل ذوب است و قبل ازذوب تجزیه می‌شود. پس فرآیند پذیر نیست. اما نیترات سلولز هم قابل حل و هم قابل ذوباست. یعنیوایسا هیکات، سلولز فرآیند ناپذیر را به نیترات سلولز فرآیندپذیر تبدیل کرد.

ویژگی استات سلولز

نیترات سلولزایراداتی دارد. از این رو تلاشبرای جایگزین کردن یک پلاستیک دیگر به جای آن آغاز شد. در سال 1908مایلزاستات را تهیه کرد که هم مزیت نیتروسلولز را دارد و هم کارکردن با آن آسانتر است وخطرات کمتری دارد.

اولین پلاستیک سنتزی

اولین پلاستیک سنتزی ،رزین فنل- فرمالدئیدبود که در تلاش برای ساخت مواد پلیمری کاملا سنتزی ، در سال 1907لئو بلکندموفق شد از متراکم کردنفنلبافرمالدئید، رزین فنل فرمالدئید را که بعدها تحت عنوانبالکیت (بعنوان محصول نهایی) نامیده شد، تولید کند. اینرزینهم در محیطهای اسیدی و هم قلیایی قابلتهیه است.

فنوپلاستها

از متراکم شدن فنل با فرمالدئید در محیط اسیدی یا بازیفنوپلاستیا رزین فنل-فرمالدئید حاصلمی‌شود. ماکزیمم PH که در صنعت با آن کار می‌شود 8/5 است و برای ایجاد این PH البتهدر محیط بازی به محیط ،NH₃یا NaOH اضافه می‌شود. برای این که چسب نجاریحاصل شود، در انتهای مولکول ، باید گروه OH باشد. هر چه گروههای OH بیشتر باشدچسبندگی بیشتر خواهد بود. پس برای تولید چسب بهتر ، باید فرمالدئید اضافی برداریم. بهترین چسب آن است که گروه فرمالدئید آزاد داشته باشد.

آمینوپلاستها

این پلاستیک‌ها از متراکم شدناورهیاملامینبا فرمالدئید در محیط اسیدی یا بازیبدست می‌آیند. دمایاین واکنش باید بین 60تا 80 درجه سانتیگراد باشد. چسب فنل فرمالدئید بعلت بدبویی در بازار نیست. ولی اینچسب ، در بازار موجود است. ملامینیا 8 ، 4 ، 6 _ تری آمینو _ 1 ، 3 ، 5 _ تری آزیدبافرمالدئید می‌تواند در محیط اسیدی یا بازی ،واکنش چند تراکمیانجام دهد وبرحسب شرایط تنظیم واکنش ،پلیمریک بعدی ایجاد کند.

وقتی که شرایط را با تنظیم PH در محیط اسیدی و دمای زیادتغییر دهیم، پلیمر یک بعدی به سه بعدی تبدیل می‌شود و همراه با 20 درصدکائولنتبدیل بهفرمیکالمی‌شود که ماده استخوانی روی میزهایکابینت‌هاست که در خلا تحتفشاربالا پرس می‌شود. حال اگر 40 - 30 درصدکربناتکلسیماضافه کنیم، تبدیل به زیر سیگاری و مواد دیر اشتعال پذیر می‌شود که قیمتآن ، فوق‌العاده افت می‌کند. اما قدرت مکانیکی آن بالا می‌رود.

کلید و پریزبرق بدون استثنا از اینمادهمی‌باشد.

ترموپلاستها

پلیمرهایی هستند که در اثر فشار ، تغییر شکل می‌دهند و بعد ازحذف نیروی خارجی ، این تغییر شکل همچنان ادامه می‌یابد و باقی می‌ماند. به عبارتدیگر ،خاصیت پلاستیسیتیدارند. این پلیمرها در اثرگرمابتدریج نرم می‌شوند و با افزایش دما بهحالت فیزیکیجامدخود تبدیلمی‌شوند. این خصلت ، کاربرد این پلیمرها را تضمین می‌کند یا بوجود می‌آورد. اگرترموپلاستیکی را بصورت پودر یا حلقه‌های کوچک حرارت دهیم، ابتدا نرم و سپس مذاب ووسیکوز می‌شود و اگر آنها را قالب بگیریم، شکل قالب را به خود می‌گیرد.

مس

اطلاعات اولیه

مسیکی از عناصرجدولتناوبیاست که نشان آن Cu وعدداتمیآن 29 می‌باشد.

پیدایش

مس معمولا" به شکلمعدنییافت می شود.کانیهایی مثلآزوریت،مالاکیتوبرنیتهمانند سولفیدهایی از جملهکالکوپیریت ( CuFeS2) ،کوولین ( CuS)،کالکوزین ( Cu2S) یا اکسیدهایی مانندکوپریت (Cu2O) از منابع مس هستند.

خصوصیات قابل توجه

مسفلزنسبتا" قرمز رنگی است کهاز خاصیت هدایت الکتریکی و حرارتی بسیار بالایی برخوردار می باشد.( در بین فلزاتخالص ، تنها خاصیت هدایت الکتریکینقرهدر حرارت اطاق ازمس بیشتر است) چون قدمت مصنوعات مسی کشف شده به سال 8700 قبل از میلاد برمی گردد،احتمالا" این فلز قدیمی ترین فلز مورد استفاده انسان می باشد.مس علاوه بر اینکه درسنگهای معدنی گوناگون وجود دارد ، به حالت فلزی نیز یافت می شود.( مثلا" مسخالصدر بعضی مناطق).
این فلز را یونانیان تحت عنوان Chalkos می شناختند. چون مقدار بسیار زیادی از این فلز در قبرس استخراج می شد رومیان آنرا aes Cyprium می نامیدند. بعدها این کلمه به فرم ساده تر cuprum درآمد و در نهایت انگلیسی شده وبه لغت Copper تبدیل شد.

کاربردها

مس فلزی قابل انعطاف و چکش خوار است که کاربردهای زیادی در موارزیر دارد:

·         سیمهایمسی

·         لوله هایمسی

·         دستگیره های درب و سایر وسایل منزل

·         مجسمه سازی. مثلا" مجسمه آزادیشامل 179000 پوند مس می باشد.

·         آهنرباهای الکتریکی.

·         موتورها، بخصوص موتورهای الکترومغناطیسی.

·         موتور بخاروات.

·         کلیدهاوتقویت کنندههای الکتریکی.

·         لامپهای خلاء،لامپهای پرتوی کاتدیومگنترونهایاجاقهای مایکرو ویو.

·         هدایت کننده موجبرای تشعشع مایکروویو.

·         به علت خاصیت هدایت بهتر آن نسبت بهآلومینیوم،کاربرد مس درICها به جای آلومینیوم رو به افزایش است.

·         بعنوان جزئی ازسکه ها.

·         دروسایل آشپزی، از جملهماهی تابه .

·         بیشتر سرویسهای قاشق چنگال ( flatware) قاشقها،چنگالهاوچاقوهادارای مقادیری مس هستند(نقره نیکلی).

·         اگرنقره استرلینگدر ظروف غذاخوری بکار رفتهباشد ،حتما"باید دارای درصد کمی مس باشد.

·         بعنوان بخشی ازلعابسرامیکی و در رنگ آمیزیشیشه .

·         وسایل موسیقی،بخصوصسازهای بادی.

·         بعنوان یکبیواستاتیکدر بیمارستانها وپوشاندن قسمتهایمختلف کشتی برای حفاظت در برابربارناکلهاوماسلها.

·         ترکیباتی مانندمحلول فلینگکه در شیمی کاربرد دارد.

·         سولفات مسکه بعنوان سم و تصفیه کننده آبکاربرد دارد.

تاریخچه

مس برای تعدادی از تمدنهای قدیمی ثبت شده ، شناخته شده بود وتاریخ استفاده از آن حد اقل به 10000 سال پیش می رسد. یک آویزه مسی ، متعلق به سال 8700 قبل از میلاد در شمال عراق کنونی پیدا شد.نشانه هایی مبنی برذوبو خالص کردن مس از اکسیدهای آن مانندمالاکیتوآزوریتتاسال 5000 قبل از میلاد وجود دارد.در عوض اولین نشانه های استفاده ازطلاتقریبا" به 400 سال قبلاز میلاد بر می گردد.

مصنوعات مسی وبرنزیکه از شهرهایسومریو مصنوعاتمصریکه از مس و آلیاژ آن با قلع یافت شدهتقریبا" متعلق به 3000 سال قبل از میلاد هستند.در یکی از اهرام یک سیستم لوله کشیبا مس پیدا شده که مربوط به5000 سال پیش است.مصریان دریافتند افزودن مقدار کمیقلع، قالب گیری مس را آسانتر می کند لذا آلیاژهای برنزی که در مصر کشف می شوند تقریبا" قدمتی همانند مسدارند. استفاده از مس درچینباستان حداقل به 2000 سالقبل از میلاد مربوط بوده و تا 1200 سال قبل از میلاد در این کشوربرنز مرغوب ساختهمی شده است.در نظر داشته باشید چون مس به راحتی برای استفاده و کاربرد مجدد ذوب میشود ، دوران ذکر شده تحت تاثیر جنگها و کشورگشائیها قرار می گیرد.در اروپا مردیخیOetzi ،مردی که به دقت نگهداری می شود و متعلق به3200 سال قبل از میلاد است،تبری با نوک مسی در دست دارد که درجه خلوص فلز آن 7/99% می باشد.مقدار زیادآرسنیکموجود در موهای او نشان دهنده سرو و کار او با پالایش مس می باشد.
استفاده اربرونزدر مرحله ای از تمدن به قدری فراگیربود که آن مرحله راعصر برونزمی نامند.
برنجبراییونانیانشناخته شده بود اما اولین بار بصورت گسترده توسطرومیانبکار رفت.
به خاطر زیبایی درخشانش- بطوریکه در باستان برای ساخت آئینه از آناستفاده می شد -ونیزبه دلیل ارتباط آن با قبرس که مربوط به الهه بود ،در اسطورهشناسی وکیمیاگریفلز مس با الهه هایآفرودیتوونوسپیوند دارد.در کیمیا گری علامتی را کهبرای مس در نظر گرفته بودند ،علامت سیارهزهره(ونوس) نیز بود.

نقش بیولوژیکی

وجود مس برای کلیه گیاهان و حیوانات عالی ضروری می باشد. مسدرآنزیمهایمتنوعی،از جمله مراکز مس cytochrome c oxidase و آنزیم حاوی Cu-Zn بهنام superoxide dismutase وجود دارد و فلز اصلیدر رنگدانه حامل اکسیژن hemocyanin است.RDA برای مس در بزرگسالانسالم 9/0 میلی گرم در روز می باشد.
مس در جریان خون عمدتا" رویپروتئین پلاسماییبنام ceruloplasmin حرکت می کند. اگرچه مس اول درروده جذب می شود، این عنصر همبسته باآلبومینبه سوی کبد منتقل می شود.
یکحالت ارثی کهبیماری ویلسوننامیده می شود موجب باقیماندن مس در بدن و عدم ورود آن بهصفراتوسطکبدشود.این بیماری در صورتعدم درمان می تواند منجر به آسیبهای کبدی ومغزیشود.

ترکیبات

آلیاژهایبسیاری از مس وجود دارد- برنجآلیاژ مس/رویوبرنزآلیاژ مس/ قلعاست.
متداول ترین حالات اکسیداسیون مس شامل حالت مربوط به مس یک طرفیتیcuprous، 1+Cu و حالتcupric،2+Cu می باشد.

کربنات مسبه رنگ سبز است که بوسیله آن ظاهرمنحصر به فرد بامها یا گنبدهای با پوشش مس روی بعضی ساختمانها ساخته می شوند.
اکسیدهای مس ( مانند :اکسید مسایتریموباریم 7δ Yba2Cu3O یا YBCO) پایه های بسیاری ازابر رساناهای غیر معمولرا تشکیل می دهند.
ترکیبات دیگر : سولفید مس

ایزوتوپها

علاوه بر تعداد زیادی رادیوایزوتوپ ، دو ایزوتوپ پایدار Cu-63 و Cu-65 موجود است.تعداد بسیار زیادی از این رادیوایزوتوپها دارای نیمه عمرهایی بهمقیاس دقیقه یا کمتر دارند ، طولانی ترین نیمه عمر متعلق به Cu-64 است که مدت آن 7/12 ساعت ،با دو حالت فرسایشی که منجر به محصولات جداگانه می شود.

هشدارها

با تمامی ترکیبات مس باید طوری رفتار شود گوییسمی هستند ( مگر خلاف آن مشخص باشد). این فلز در حالت پودزی خطر آتش زاییدارد.30 گرم سولفات مس برای انسان کشنده است.مس موجود در آب آشامیدنی با غلظتی بیشاز 1 میلی گرم در لیتر موجب لک شدن لباسها و اقلام در آب می گردد.مقدار بی خطرمس درآب آشامیدنی انسان بر حسب منبع آن متفاوت است اما مرز آن بین 5/1 تا 2 میلی گرم درهر لیترمی باشد.

شناخت محیط رشد:مس

مس نیز به مقدار بسیار کم در تولید کلروفیل، پروتئین،کربوهیدرات ها و همچنین در فعال ساختن برخی از آنزیم ها مورد نیاز است. در صورتکمبود مس برگها کوچک مانده و سرشاخه های جوان را دچار برگ سوختگی می کند. هر چهواکنش خاک اسیدی تر باشد، مس قابل استفاده تر است. برای رفع کمبود مس از سولفات مسبه تنهایی و گاهی مخلوط با آهک (به نام محلول بردو) استفاده می شود که البته بازدهآن در خاکهای ایران بسیار کم است.

منبع : دانشنامه رشد

دانش آموز: فاطمه لطفی