ویژگی عنصر اربیم چیست؟ کاربرد اربیوم را می شناسید؟

عنصر اربیم از عناصر شیمیایی جدول تناوبی مندلیف بوده و با نماد شیمیایی Er شناخته می شود. عدد اتمی عنصر اربیم ۶۸ و عدد جرمی آن ۱۶۷.۲۵۹ است. خواص عنصر اربیم موجب شده است تا این عنصر در گروه ۳ و تناوب ۶ جدول تناوبی قرار گیرد. عنصر اربیم از عناصر واسطه داخلی و در دسته لانتانید ها جای گرفته است. کاربرد یون اربیم به دلیل خواص فلورسنت در لیزر صورت می گیرد. عنصر اربیم از فلزات کمیاب بوده و از خواص فیزیکی عنصر اربیم می توان به نرمی و رنگ نقره ای آن اشاره نمود. کاربرد عنصر اربیم در فناوری هسته ای نیز دیده می شود. ترکیبات عنصر اربیم نیز هر کدام می توانند خواص و کاربردهایی متفاوت داشته باشند. ایزوتوپ عنصر اربیم نیز شناسایی شده و در ادامه بررسی خواهد شد. با ما همراه باشید.

نشریه علمی جهان شیمی فیزیک به بررسی عناصر شیمیایی جدول تناوبی مندلیف پرداخته است. عناصری مانند: عنصر هولمیم، عنصر دیسپروزیم، عنصر تربیم، عنصر گادولینیم و… . در ادامه با شناخت این عنصر و بررسی مدل اتمی بور برای عنصر اربیم با ما همرا باشید.

تاریخچه عنصر اربیم

در سال ۱۸۴۳ دانشمندی به نام Carl Gustaf Mosander عنصر اربیم را کشف نمود. این دانشمند ایتریا را از گادولینیت معدنی و به سه صورت، به نام های ایتریا، اربیا و تربیا جدا نمود. کارل نام این ماده را از نام شهر Ytterby  گرفته است که مقادیر زیادی ایتریا و اربیم در آن وجود دارد.

نکته جالب این است که در آن زمان، اربیا و تربیا را با هم اشتباه گرفتند. بعد از۱۸۶۰ آنچه که تربیا می‌شناختند، اربیا نام‌گذاری شد. سپس بعد از سال ۱۸۷۷ نیز آنچه که اربیا می‌دانستند تربیا نام گذاری شد.

در نهایت در سال ۱۹۰۵ دانشمندانی به نام George Urban و Charles James به طور مستقل ترکیب Er_۲O_۳ نسبتا خالص را جداسازی نمودند. بعد از سال ۱۹۳۴ هنگامی که کارگران کلرید بدون آب را با بخار پتاسیم کاهش دادند، فلز خالص اربیم به صورت قابل قبول تولید شد.

منابع عنصر اربیم

همانند سایر عناصر خاکی کمیاب این عنصر نیز هرگز در طبیعت به شکل عنصر آزاد یافت نمی شود. این ماده را می توان همراه سنگ معدن های شن مونازیت یافت کرد. در گذشته جداسازی عناصر خاکی کمیاب از یکدیگر بسیار مشکل و هزینه بر بود. اما با ابداع روش تبادل یونی در اواخر قرن بیستم، به میزان زیادی هزینه تولید کلیه فلزات خاکی کمیاب و ترکیبات شیمیایی آن ها کاهش یافت.

منابع تجاری اصلی عنصر اربیم از معادن xenotime و euxenite است. فلز اربیم به شکل گرد بوده و بنابراین خطر آتش ‌زایی و انفجار دارد. اقتصادی ‌ترین منابع اربیم، کانی‌های گزنوتیم و اگزنیت در نروژ و رس ‌های جاذب یون در جنوب چین هستند. امروزه چین عمده‌ترین تولیدکننده اربیم در جهان است. در کانی‌هایی که غلظت ایتریم زیاد است، حدود ۴% تا ۵% اربیا وجود دارد. پس از حل شدن در اسید، یون‌ اربیم به حد کافی موجود هستند که رنگ صورتی به محلول دهند.

تولید عنصر اربیم

ابتدا به مواد معدنی خرد شده هیدروکلریک یا سولفوریک اسید افزوده می شود. در این حالت اکسید های محلول نادر به کلرید های محلول یا سولفات ها تبدیل می شوند.

فیلترهای اسیدی تا حدودی با سود سوز آور (هیدروکسید سدیم) به pH چهار خنثی می شوند. ابتدا عنصر توریم به عنوان هیدروکسید از محلول خارج می شود. در ادامه محلول با اگزالات آمونیوم درمان می شود. در نهایت ترکیب نادر(اربیم) به اگزالات های نامحلول آن ها تبدیل می شود.

اگزالات توسط پخت و پز به اکسید تبدیل می شود. اکسید ها در اسید نیتریک حل شده که یکی از مؤلفه های اصلی، سریم را حذف کرده که اکسید آن در HNO_۳ نا محلول است.

سپس محلول بوسیله نیترات منیزیم جهت تولید مخلوط متبلور شده از نمک های مضاعف فلزات خاکی کمیاب تصفیه می شود. نمک ها با تبادل یونی جدا می شوند. طی این فرایند، یون های خاکی کمیاب (اربیوم) با مبادله یون های هیدروژن، آمونیوم یا ترکیبات موجود در رزین، روی رزین با تبادل یونی مناسب، جذب می شوند.

یون ها پس از آن به صورت انتخابی توسط ماده پیچیده مناسب، شسته خواهند شد. فلز اربیم از طریق اکسید، یا نمک هایش با گرم کردن کلسیم در دمای ۱۴۵۰ درجه سانتی گراد در جو آرگون به دست می آید.

ویژگی عنصر اربیم عنصر شماره ۶۸ جدول تناوبی عناصر

• عدد اتمی: ۶۸
• جرم اتمی نسبی: ۱۶۷.۲۶
• ظرفيت: ۳
• دوره: ۶
• گروه: ۳
• فاز در شرایط STP: جامد
• چگالی نسبی: ۹.۰۴۵ گرم بر سانتی متر مکعب
• نقطه ذوب: ۱۵۲۹ درجه سانتی گراد
• نقطه جوش: ۲۸۶۸ درجه سانتی گراد
• آرایش الکترونی: [Xe] 4f^۱۲ ۶s^۲
• لایه الکترونی: ۲، ۸، ۱۸، ۳۰، ۸، ۲
• آنتالپی تبخیر: ۲۸۰  KJ/mol
• دسته: فلزات واسطه داخلی (لانتانيدها)
• الکترونگاتیویته: ۱.۲۴ مقیاس پائولینگ

خواص عنصر اربیم

از خواص عنصر اربیم فلزی می توان به سه ظرفیتی، چکش خوار و نرم بودن آن اشاره کرد. این فلز واسطه داخلی تا حدودی در هوا مقاوم است. در واقع این ماده به سرعت سایر فلزات کمیاب اکسید نمی شود. نمک اربیم قرمز رنگ بوده و طیف های جذب مشخصی را در نور مرئی، فرا بنفش و نزدیک مادون قرمز به وجود می آورد. برای شناخت بیشتر این ماده به مدل اتمی بور برای عنصر اربیم مراجعه نمایید.

فلز اربیم همانند سایر فلزات خاکی کمیاب (لانتانیدها) است. سسکوئی اکسید این ماده erbia نامیده می شود. خواص عنصر اربیوم تا حدی توسط نوع و مقادیر ناخالصی موجود تعیین می شود. این عنصر هیچ‌ گونه نقش بیولوژیکی شناخته شده ای ندارد. اما برخی بر این باورند که اربیوم موجب فعال شدن متابولیسم خواهد شد.

لانتانید ها

لانتانید ها نام گروهی از عناصر موجود در جدول تناوبی مندلیف است. این عناصر فلزاتی براق با واکنش پذیری بالا و کمیاب هستند. خواص این عناصر مشابه لانتان ۵۷ است. عناصر این گروه نمک های سه ظرفیتی محلول در آب با خواص شیمیایی یکسانی را به وجود می آورند. این عناصر را می توان احیا نمود. این کار با استفاده از اثر کلسیم و لیتیم بر هالید بدون آب صورت می پذیرد. در مرحله بعد آن را در خلأ ذوب مجدد نموده و باقیمانده مواد احیا کننده تبخیر می شود. همچنین آن ها را می توان از حمام های نمک ذوب شده به صورت الکترولیتی نیز احیا کرد. لانتانید ها می توانند با بعضی ترکیبات آلی املاح آلی نیز تشکیل دهند.

لانتانید ها به دلیل ویژگی هایی که دارند، خاک های کمیاب نیز نام گرفته اند. علت این نامگذاری این است که اولین اعضای لانتانید ها که به صورت اکسید جمع آوری شد شبیه به اکسید های کلسیم و منیزیم (بعد ها در گروه فلزات قلیایی خاکی قرار گرفتند) بود. لانتانید ها در طبیعت به صورت کانی هایی مانند مونازیت، زنوتیم و گادولینیت یافته می شوند.

ایزوتوپ عنصر اربیم

به صورت طبیعی عنصر اربیم دارای ۶ ایزوتوپ پایدار است. این ایزوتوپ ها شامل: ^۱۶۲Er، ^۱۶۴Er، ^۱۶۶Er، ^۱۶۷Er، ^۱۶۸Er، ^۱۷۰Er هستند. فراوان ‌ترین این ایزوتوپ ها، ایزوتوپ Er-166 با فراوانی طبیعی ۳۳،۶ % است. برای عنصر اربیوم ۲۳ رادیو ایزوتوپ نیز شناسایی شده است. پایدار ترین آن ها Er-169 با نیمه عمری برابر با ۹،۴ روز است. ایزوتوپ Er-172 نیمه عمری برابر با ۴۹،۳ ساعت،Er-160  نیمه عمری برابر با ۲۸،۵۸ ساعت،Er-165  نیمه عمر ۱۰،۳۶ و Er-171 نیمه عمری برابر با ۷،۵۱۶ ساعت دارد.

دیگر ایزوتوپ های رادیواکتیو این عنصر، نیمه عمری کمتر از ۳.۵ ساعت دارند. حتی بیشتر این رادیو ایزوتوپ ها از نیمه عمری کمتر از ۴ دقیقه برخوردارند. همچنین عنصر اربیم دارای ۶ حالت برانگیختگی است. پایدار ترین این حالات Er-167 با نیمه عمر t=2,269 است.

حالت فروپاشی اصلی قبل از فراوان ‌ترین ایزوتوپ پایدار Er-166 دریافت الکترون است. حالت فروپاشی اصلی بعد از فراوان ‌ترین ایزوتوپ پایدار، کاهش بتا است. محصول فروپاشی اولیه قبل از Er-166، ایزوتوپ های عنصر ۶۷ (هولمیم) و محصولات اولیه بعد از Er-166 ایزوتوپ های عنصر ۶۹ (تولیم) است.

کاربرد عنصر اربیم

کاربرد عنصر اربیم در فناوری هسته ‌ای در میله‌ های کنترل جذب نوترون صورت می گیرد.

کاربرد این عنصر موجب کاهش سختی و افزایش کارپذیری وانادیم می شود؛ هنگامی که با آن آلیاژ تشکیل دهد.

ترکیب اربیم اکسید که ‌رنگی صورتی دارد، گاهی برای رنگ ‌دهی به شیشه یا چینی به کار برده می‌شود. این شیشه‌ها در ساخت عینک و جواهرات ارزان نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند.

نوعی فیبر نوری حاوی عنصر اربیم در تقویت‌کننده‌ های نوری اربیوم ‌دار به صورت فراوان در مخابرات نوری به کار می‌رود. این ماده در تقویت کننده های فیبری به عنوان یک ناخالص کننده مورد استفاده است.

نوعی آلیاژ اربیم-نیکل (Er_۳Ni) به ‌طور غیر معمولی در دمای محدوده هلیم مایع، دارای ظرفیت گرمایی ویژه بالایی است و در نوعی سردکننده کاربرد دارد.

کاربرد عنصر اربیم به صورت فیلتر عکاسی صورت گرفته و به علت انعطاف پذیری آن، به عنوان ماده ای افزودنی در متالوژی نیز مفید است.

خطرات عنصر اربیم

عنصر اربیم مانند سایر لانتانیدها مقدار کم تا متوسطی سمیت دارند. اما جزئیات سمیت آن ها به طور کامل منتشر نشده است.

توجه شود که عنصر اربیوم اگر خورده شود کمی سمیت دارد. اما ترکیبات عنصر اربیم سمی نیستند. اربیم فلزی به شکل پودر بوده و ممکن است خطر آتش سوزی و انفجار داشته باشد.

سخن آخر

همان طور که می دانید در جدول تناوبی مندلیف عناصر مختلفی قرار گرفته اند. عناصر این جدول از لحاظ خواص فیزیکی و شیمیایی با یکدیگر متفاوتد. اغلب عناصری که در یک گروه از جدول تناوبی مندلیف قرار گرفته اند خواص شبیه به هم دارند. بنابراین برای شناخت عناصر می توان به جدول تناوبی مندلیف مراجعه نمود. در این جدول تمام عناصر جایگاه مخصوص به خود را دارا هستند. با شناخت بهتر عناصر جدول تناوبی می توان به کاربرد و ویژگی عناصر بهتر پی برد و گامی محکم تر در جهت پیشرفت علم برداشت. کاربرد های مختلف عناصر در صنعت و سلامت و پزشکی و کشاورزی و…، تنها با شناخت کامل آن ها امکان پذیر است. دانشمندان همواره در تلاشند تا شناخت بیشتری از این عناصر یافته و به توسعه علم و پیشرفت بشر کمک نمایند.

عناصر جدول تناوبی ممکن است حالت های مختلفی را داشته باشند. جامد، مایع، گاز، حالت های مختلف این عناصر است. برخی از عناصر این جدول فلز و برخی نافلزند. برخی نیز شبیه فلز هستند. به دلیل اهمیت بالای این عناصر در زندگی روزمره و صنعت و همین طور آینده، نشریه علمی جهان شیمی فیزیک به توضیح و بررسی عناصر پرداخته است. برای آشنایی با خواص و کاربرد و تاریخچه عناصر شیمیایی جدول تناوبی می توانید به سایت نشریه علمی جهان شیمی فیزیک مراجعه کرده و اطلاعات خود در این زمینه را گسترش دهید.