خواص عنصر اسمیم چیست؟ درباره کاربرد اسمیم چه می دانید؟
عنصر اسمیم از عناصر شیمیایی جدول تناوبی مندلیف بوده و با نماد شیمیایی Re شناخته می شود. عدد اتمی عنصر اسمیم ۷۶ و عدد جرمی آن ۱۹۰.۲۳ است. از خواص عنصر اسمیم می توان به رنگ خاکستری و سخت و شکنندگی آن اشاره نمود. از ویژگی عنصر اسمیم می توان به دارا بودن چگالی بسیار بالا اشاره کرد. عنصر اسمیم از کمیاب ترین عناصر پوسته زمین است. مهم ترین کاربرد عنصر اسمیم ساخت آلیاژ از این ماده است. ترکیبات عنصر اسمیم نیز در تشخیص اثر انگشت کارایی دارند. ایزوتوپ عنصر اسمیم نیز در طبیعت موجود بوده و شناسایی شده است. عنصر اسمیم از عناصر واسطه و در خانواده پلاتین است. برای آشنایی بیشتر با عنصر خواص عنصر اسمیم می توان از مدل اتمی بور برای عنصر اسمیم استفاده نمود. در ادامه این مقاله با بررسی این فلز واسطه با ما همراه باشید.
به دلیل کاربرد و اهمیت روزافزون عناصر شیمیایی، نشریه علمی جهان شیمی فیزیک به بررسی کاربرد عناصر شیمیایی جدول تناوبی پرداخته است. عناصری مانند: رنیوم، تانتال، هافنیم، لوتسیم و… . در ادامه با شناخت یکی از عناصر شیمیایی جدول مندلیف به نام اسمیوم همراه ما باشید.
درباره تاریخچه عنصر اسمیم
در سال ۱۸۰۳ میلادی در لندن، دانشمندانی به نام اسمیتسون تنانت و ویلیام هاید ولستون موفق به کشف عنصر اسمیم شدند. کشف اسمیم همراه با کشف پلاتین و سایر فلزات گروه پلاتین بود. اسمیت این عنصر را در اثرات باقیمانده از حل کردن پلاتین خام در محلول آبی رجیا پیدا نمود. در همان زمان ایریدیم نیز توسط این دانشمند کشف شد. نام عنصر اسمیم از کلمه یونانی osme به معنای بو یا رایحه گرفته شده است.
منابع عنصر اسمیوم
این فلز واسطه به صورت طبیعی در آلیاژ طبیعی ایریدیوم و اسمیوم به نام iridiosmium در کوه های اورال و آمریکای شمالی و جنوبی یافته می شود. این ماده در خاک های رود خانه مملو از پلاتین وجود دارد. فلز اسمیم در سنگ معدن های نیکل دار، در سادبری انتاریو نیز به همراه سایر فلزات گروه پلاتین یافت شده است. فلزات پلاتین در این معادن کم است. اما حجم بالای سنگ معدن نیکل فرآوری شده، بازیافت این فلز را از نظر اقتصادی به صرفه می سازد. برآورد تولید اسمیم به عنوان محصول جانبی تصفیه مس در ایالات متحده امریکا در سال ۱۹۷۱ معادل ۶۲ کیلوگرم بوده است. برآورد واردات اسمیم آمریکا برای مصرف در سال ۲۰۱۷ معادل با ۹۰ کیلوگرم بوده است.
تولید عنصر اسمیوم
عنصر اسمیم از استخراج و فرآوری نیکل و مس به عنوان محصول جانبی به صورت تجاری به دست می آید. در طول تصفیه الکتریکی مس و نیکل، فلزات نجیب مانند نقره، طلا و فلزات گروه پلاتین، همراه با عناصر غیر فلزی مانند سلنیوم و تلوریم به عنوان سلول آند در پایین سلول قرار می گیرند. برای جداسازی فلزات ابتدا باید آن ها را در محلول قرار داد. بسته به روند جداسازی و ترکیب مخلوط فلزات، چندین روش می تواند پیشنهاد شود.
- همجوشی با پراکسید سدیم و به دنبال آن انحلال در ترکیبات زیستی
- انحلال در مخلوط کلر با اسید کلریدریک
عنصر اسمیم پس از ۱) حل شدن از طریق تقطیر یا ۲) استخراج با حلال های آلی تتروکسید اسید فرار، از فلزات دیگر گروه پلاتین جداسازی می شود. روش اول مشابه روش تننت و ولاستون است.
هر دو این روش ها برای تولید در مقیاس صنعتی مناسب هستند. این محصول با استفاده از هیدروژن کاهش یافته و فلز را به عنوان پودر یا اسفنج تولید می کند. با استفاده از تکنیک های متالورژی پودر تولیدی تصفیه می شود.
ویژگی عنصر اسمیم عنصر شماره ۷۶ جدول تناوبی مندلیف
- عدد اتمی: ۷۶
- جرم اتمی: ۱۹۰٫۲۳
- گروه: ۸
- تناوب (دوره): ۶
- نقطه ذوب اسمیوم: ۳۰۳۳ درجه سانتی گراد
- نقطه جوش: ۵۰۱۲ درجه سانتی گراد
- شعاع اتمی: ۱۳۵ pm
- ظرفیت: ۴
- رنگ: خاکستری متمایل به آبی
- حالت استاندارد شرایط (STP): جامد
- انرژی یونیزاسیون: ۸۴۰ کیلو ژول بر مول
- آرایش الکترونی: [Xe]6s۲۴f۱۴۵d۶
- لایه الکترونی: ۲, ۸, ۱۸, ۳۲, ۱۴, ۲
- الکترونگاتیویته: ۲٫۲ مقیاس پائولینگ
- حالت های اکسیداسیون : ۲,۳,۴,۶,۸
- چگالی: ۲۲٫۶ گرم بر سانتی متر مکعب
- آنتالپی تبخیر: ۷۳۸ کیلوژول بر مول
خواص عنصر اسمیم
عنصر اوسمیم به خاطر چگالی بالایش به عنوان سخت ترین فلز شناخته می شود. عصر اسمیم عنصر شماره ۷۶ جدول تناوبی است. در بعضی منابع این فلز را از ایریدیوم نیز سخت تر دانسته اند. محاسبات در شبکه فضایی چگالی kg/m3 22650 را به ایریدیوم و چگالی kg/m3 22661 را به اوسمیم اختصاص داده است.
بنابراین در حال حاضر مرز مشخصی را نمی توان از نظر چگالی برای اوسمیوم و ایریدیوم در نظر گرفت. زیرا چگالی این دو کاملا به هم نزدیک هستند. فلز اسمیوم بیشترین دمای ذوب و پایین ترین فشار بخار را در خانواده پلاتین داراست. حالت های اکسیداسیون معمول عنصر اوسمیم +۴ و +۳ است. اما حالت های اکسیداسیون +۱ تا +۸ نیز برای این ماده مشاهده می شود. برای آشنایی بیشتر با خواص عنصر اسمیم به مدل اتمی بور برای عنصر اسمیم مراجعه نمایید.
فلزات واسطه
عناصر واسطه عناصری هستند که اوربیتال فرعی d آن ها به صورت جزئی پر شده است. یا اینکه از طریق آرایش اوربیتالی ناقص به شکل کاتیون وجود داشته باشند. درواقع هر عنصر از بلوک d جدول تناوبی را می توان به عنوان عناصر واسطه شناخت. فلزات واسطه گروه ۳ تا ۱۲ جدول تناوبی عناصر را شامل می شوند. البته عناصر بلوک f شامل لانتانید ها و اکتینید ها نیز در دسته فلزات واسطه قرار می‌گیرند. نامی که بر لانتانیدها و اکتانیدها نهاده‌اند، فلزات واسطه داخلی است.
فلزات واسطه مابین فلزات قلیایی خاکی و عناصر گروه بور قرار دارند. لازم به ذکر است که عناصر دسته d، چگالی، نقطه ذوب و نقطه جوش بالایی دارند. تمامی فلزات واسطه رسانای خوب جریان الکتریسیته نیز هستند. این خواص به خاطر پیوند فلزی و جذب الکترون های زیر لایه d است. این موارد افزایش تعداد الکترون های اشتراکی و چسبندگی مولکول ها را منجر شده است.
خواص عناصر واسطه
این عناصر به علت انتقالات الکترونی d-d ترکیبات رنگی تشکیل می دهند. علت رنگی بودن برخی ترکیبات فلزات واسطه، در حالت گذار الکترونی آنهاست. این حالات دو اصل مهم را شامل می شود. حالت گذار اوربیتال های dو انتقال بار.
بسیاری از ترکیبات پارامغناطیس به دلیل حضور الکترون های جفت نشده تشکیل می شوند.
بیشتر فلزات واسطه در پیوند با لیگاند ها به تشکیل کمپلکس‌های فلزی زیادی منجر می‌شوند.
یکی از شاخصه های مهم عناصر واسطه اعداد اکسایش متفاوت است. در این فلزات ترکیباتی با اعداد اکسایش متفاوت تشکیل می شود. زیرا اختلاف انرژی در حالت های مختلف عدد اکسایش پایین است.
عناصر واسطه و ترکیبات آن ها بر اساس فعالیت های کاتالیستی همگن و ناهمگن نیز شناخته می‌شوند.
ایزوتوپ عنصر اسمیوم
عنصر اوسمیم به طور طبیعی هفت ایزوتوپ دارد. از این ایزوتوپ ها، تعداد ۵ ایزوتوپ پایدارند. ایزوتوپ ۱۹۰Os، ۱۸۹Os، ۱۸۸Os، ۱۸۷Os، ۱۹۲Os از جمله ایزوتوپ های پایدار این ماده اند. فراوان ترین این ایزوتوپ ها ۱۹۲Os است. ایزوتوپ های ۱۸۶Os و ۱۸۴Os نیز نیمه عمر زیادی داشته و می توانند برای اهداف کاربردی استفاده شوند.
نسبت Os-187/Os-186 اغلب اندازه گیری می شود. این نسبت همانند نسبت Re-187/Os-187 است که همانند شهاب سنگ برای تعیین عمر زمین کاربرد دارد. درواقع مهم ترین کاربرد عنصر اوسمیم در موارد زیر است:
- در تعیین تاریخ در ترکیب با عنصر ایریدیوم
- جهت تجزیه و تحلیل لایه های کوارتز صدمه دیده در طول K-T boundary که در ۶۵ میلیون سال پیش به انقراض دایناسور ها منجر شد.
کاربرد عنصر اسمیم
از اکسید اسمیم به دلیل فرار بودن و سمیت بالا به ندرت در حالت خالص استفاده می شود. اما اغلب از این ماده با فلزات دیگر استفاده می شود.
آلیاژ های عنصر اسمیم مانند اسمیم-ریدیم بسیار سخت هستند. این فلز همراه دیگر فلزات گروه پلاتین می توانند در نوک قلم های نوری، رابط های الکتریکی استفاده می شوند. این آلیاژ ها در برابر سایش حاصل از کار مکرر مقاومند.
آلیاژ اسمیم به همراه دیگر فلزات پلاتین بسیار سخت هستند. در مواردی که نیاز به آلیاژهای سخت دارند از آن بهره می برند. مانند نوک خودکار، سوزن های گرامافون، لوله، محور ابزار، لوازم گوناگون و اتصالات الکترونیکی.
در تشخیص اثر انگشت و در رنگ آمیزی بافت چربی نیز می توان از ترکیب تتروکسید اسمیم برای میکروسکوپ نوری و الکترونی استفاده نمود.
کاربرد عنصر اسمیم به عنوان یک اکسیدان قوی، لیپید ها را با واکنش با پیوند های کربن-کربن غیر اشباع متصل می نماید. در نتیجه این کار هر دو غشای بیولوژیکی را در محل نمونه های بافت ثابت کرده و به طور همزمان آن ها را لکه دار می کند.
پودر اسمیم به طور موثری اتم های هیدروژن را جذب می کند. این ویژگی عنصر اسمیم می تواند آن را به عنوان یک نامزد احتمالی برای الکترود باتری فلز هیدرید تبدیل کند. اما نکته مهم قیمت عنصر اسمیم است که منجر شده که هیدروکسید پتاسیم هنوز هم متداول ترین الکترولیت باتری باشد.
مشخص شده است که ترکیبات اسمیم (VI) و اسمیم (II) فعالیت های ضد سرطانی در بدن نشان داده اند. که این موضوع آینده ای امیدوار کننده را برای استفاده از ترکیبات اسمیوم به عنوان دارو های ضد سرطان نشان می دهد.
کاربرد آلیاژ ۹۰% پلاتین و ۱۰% اوسمیوم در کاشت های جراحی مانند ضربان ساز و جایگزین دریچه های ریوی مشاهده می شود.
اثرات خواص عنصر اسمیم بر سلامتی
تتراکسید اسمیم که با فرول OsO۴ شناخته می شود و از ترکیبات بسیار سمی است. این ماده باعث جمع شدن ریه، ناراحتی پوست و آسیب شدید چشم می شود. بسیاری از شیمیدانان حتی معتقدند که نباید به اکسید اسمیم دست زد. تتروکسید اسمیم می تواند از طریق تنفس بخار، گرد و غبار و یا خوردن به بدن وارد شود.
خطر تنفس: آلودگی هوا با تبخیر این ماده در دمای ۲۰ درجه سانتی گراد به سرعت بالا می رود.
تنفس: احساس سوختگی، سرفه، سردرد، خس خس سینه، تنفس کوتاه و اختلال در قوه بینایی نیز ممکن است با تاخیر ایجاد شوند.
آسیب های پوستی: سرخی، سوختگی پوست، درد، بی رنگی پوست و تاول از آثار پوستی این ماده هستند.
آسیب های چشمی: قرمزی، درد، تار شدن بینایی، کاهش دید و سوختگی شدید از آسیب های چشمی این ترکیب هستند.
بلع: در صورت بلع این ماده ممکن است عوارضی مانند شکم درد، احساس سوختگی و شوک یا غش بروز نماید.
خطرات عنصر اسمیم
خطرات شیمیایی اسمیم: این ماده در اثر گرما تجزیه شده و بخارات اسمیوم را به وجود می آورد. این ماده اکسیدانت بسیار قوی بوده و با مواد احتراق پذیر واکنش می دهد.
- واکنش عنصر اسمیم با اسید هیدروکلریک می تواند گاز سمی کلرین را به وجود آورد.
- این ماده با آلکالن ها نیز واکنش داده و ترکیبات ناپایداری را به وجود می آورد.
تماس کوتاه مدت با عنصر اسمیم: این ماده برای چشم، پوست و مجاری تنفسی مضر است. تنفس اسمیوم تورم ریه ایجاد می کند. غلظت بالای این ماده منجر به مرگ می شود. البته ممکن است این اثرات با تاخیر ایجاد شوند.
تماس طولانی مدت: تماس طولانی مدت و مکرر با پوست باعث ایجاد آماس پوستی می شود. اثرات این ماده بر روی کلیه هم مشخص شده است.
سخن آخر
جهان هستی از عناصر گوناگونی تشکیل یافته است. درواقع بدون عناصر شیمیایی جهان نمی توانست شکل بگیرد. درواقع شناخت عناصر شیمیایی از ملزومات گسترش علم است. عناصر شیمیایی در جدولی به نام جدول تناوبی مندلیف چیده شده اند. بنابراین در جدول تناوبی مندلیف عناصر گوناگونی جای گرفته اند. عناصر موجود در جدول تناوبی از لحاظ خواص فیزیکی و شیمیایی با یکدیگر متفاوت هستند. جامد، مایع، گاز، حالت های مختلف این عناصر است. برخی از عناصر جدول فلز و برخی نافلز و برخی از عناصر نیز شبه فلز هستند.
درواقع وجود همین تفاوت هاست که به خواص متفاوت آن ها منجر شده است. ویژگی و خواص متفاوت عناصر، کاربرد متنوع آن ها به وجود آورده است.
معمولا عناصر هر گروه از جدول تناوبی ویژگی های شیمیایی شبیه به هم نیز دارند. برای شناخت جایگاه این عناصر می توان به جدول تناوبی مندلیف مراجعه نمود. با مشاهده جدول تناوبی مشخص می شود که تمام عناصر جایگاه مخصوص به خود را دارند. کاربرد مختلف عناصر در صنایع و سلامت و پزشکی و کشاورزی و سایر کاربرد ها تنها با شناخت صحیح عناصر امکان پذیر است. توجه شود که توسعه علم به توسعه و پیشرفت بیشتر جوامع انسانی خواهد انجامید.
ارزش بالای شیمی در صنعت و اهمیت عناصر در زندگی انسان منجر شده تا نشریه علمی جهان شیمی فیزیک به بررسی عناصر بپردازد. بنابراین جهت آشنایی با خواص و کاربرد و تاریخچه عناصر شیمیایی می توانید به سایت نشریه علمی جهان شیمی فیزیک مراجعه کرده و اطلاعات خود را افزایش دهید.
