ترکیبات مصنوعی و مصنوعی با وزن مولکولی بالا. کاربردهای عناصر d و ترکیبات آنها سایر کاربردهای صنعتی

d-ELEMENTS و اتصالات آنها

1. مشخصات کلی عناصر d

بلوک d شامل 32 عنصر جدول تناوبی است. d-Element ها در دوره های اصلی 4-7 گنجانده شده اند. اتم های گروه IIIB اولین الکترون را در اوربیتال d دارند. در گروه های بعدی B، سطح فرعی d با حداکثر 10 الکترون پر می شود (از این رو عناصر d نامیده می شوند). ساختار لایه‌های الکترونی بیرونی اتم‌های بلوک d با فرمول کلی (n-1)d توصیف می‌شود. آ ns ب ، که در آن a = 1-10، b = 1-2.

یکی از ویژگی های عناصر این دوره ها افزایش نامتناسب آهسته شعاع اتمی با افزایش تعداد الکترون ها است. این تغییر نسبتاً آهسته در شعاع ها با فشرده سازی به اصطلاح لانتانید به دلیل نفوذ الکترون های ns به زیر لایه الکترونی d توضیح داده می شود. در نتیجه تغییر جزئی در خواص اتمی و شیمیایی عناصر d با افزایش عدد اتمی ایجاد می شود. شباهت خواص شیمیایی در ویژگی مشخصه عناصر d برای تشکیل ترکیبات پیچیده با انواع لیگاندها آشکار می شود.

یکی از ویژگی های مهم عناصر d، ظرفیت متغیر و بر این اساس، انواع حالت های اکسیداسیون است. این ویژگی عمدتاً با ناقص بودن لایه الکترون d پیش بیرونی (به جز عناصر گروه های IB و IIB) همراه است. امکان وجود عناصر d در حالت های مختلف اکسیداسیون، طیف وسیعی از خواص اکسیداسیون و کاهش عناصر را تعیین می کند. در حالت های اکسیداسیون پایین تر، عناصر d خواص فلزات را نشان می دهند. با افزایش عدد اتمی در گروه B، خواص فلزی به طور طبیعی کاهش می یابد.

در محلول‌ها، آنیون‌های حاوی اکسیژن عناصر d با بالاترین حالت اکسیداسیون، خاصیت اسیدی و اکسیدکننده دارند. شکل‌های کاتیونی حالت‌های اکسیداسیون پایین‌تر با خواص پایه و کاهنده مشخص می‌شوند.

عناصر d در حالت های اکسیداسیون میانی خواص آمفوتریک را نشان می دهند. این الگوها را می توان با استفاده از مثال ترکیبات مولیبدن در نظر گرفت:

با تغییر در خواص، رنگ کمپلکس های مولیبدن در حالت های مختلف اکسیداسیون (VI - II) تغییر می کند:

در دوره با افزایش بار هسته ای، کاهش پایداری ترکیبات عناصر در حالت های اکسیداسیون بالاتر مشاهده می شود. به موازات آن، پتانسیل ردوکس این ترکیبات افزایش می یابد. بیشترین توانایی اکسیداسیون در یون های فرات و یون های پرمنگنات مشاهده می شود. لازم به ذکر است که در عناصر d با افزایش الکترونگاتیوی نسبی، خواص اسیدی و غیرفلزی افزایش می یابد.

با افزایش پایداری ترکیبات هنگام حرکت از بالا به پایین در گروه های B، خواص اکسید کننده آنها به طور همزمان کاهش می یابد.

می توان فرض کرد که در طول تکامل بیولوژیکی، ترکیبات عناصر در حالت های اکسیداسیون متوسط، که با خواص اکسیداسیون و کاهش خفیف مشخص می شوند، انتخاب شدند. مزایای چنین انتخابی واضح است: آنها به جریان صاف واکنش های بیوشیمیایی کمک می کنند. کاهش پتانسیل RH پیش نیازهایی را برای "تنظیم" ظریف تر فرآیندهای بیولوژیکی ایجاد می کند که افزایش انرژی را تضمین می کند. عملکرد بدن انرژی کمتری دارد و بنابراین در مصرف غذا مقرون به صرفه تر می شود.

از نقطه نظر تکامل، وجود عناصر d در حالت های اکسیداسیون پایین تر برای ارگانیسم موجه می شود. شناخته شده است که یون منگنز 2+، Fe 2+، شرکت 2+تحت شرایط فیزیولوژیکی آنها عوامل کاهنده قوی و یون مس نیستند 2+و Fe 2+عملاً خواص ترمیمی در بدن نشان نمی دهند. هنگامی که این یون ها با لیگاندهای بیورگانیک برهمکنش می کنند، کاهش بیشتری در واکنش پذیری رخ می دهد.

به نظر می رسد که موارد فوق با نقش مهم کمپلکس های مولیبدن (V) و (VI) بیورگانیک در موجودات مختلف تناقض دارد. با این حال، این نیز با الگوی کلی سازگار است. علیرغم درجه بالای اکسیداسیون، چنین ترکیباتی خواص اکسید کننده ضعیفی از خود نشان می دهند.

لازم به ذکر است که توانایی های کمپلکس بالای عناصر d که معمولاً به طور قابل توجهی بالاتر از عناصر s و p است. این در درجه اول با توانایی عناصر d برای دادن دهنده و پذیرنده یک جفت الکترون که یک ترکیب هماهنگی را تشکیل می دهند توضیح داده می شود.

در مورد کمپلکس هیدروکسی کروم [Cr(OH) 6]3-یون فلزی یک گیرنده جفت الکترون است. هیبریداسیون 3 بعدی 24 sp 3-اوربیتال‌های کروم نسبت به زمانی که الکترون‌های کروم در اوربیتال‌های گروه‌های هیدروکسی قرار دارند، حالت انرژی پایدارتری ارائه می‌کنند.

ترکیب [СrСl 4]2-برعکس، در نتیجه این واقعیت است که d-الکترون های فلزی اوربیتال های آزاد لیگاندها را اشغال می کنند، زیرا در این حالت انرژی این اوربیتال ها کمتر است.

خواص کاتیون کروم 3+تغییرپذیری اعداد هماهنگی عناصر d را نشان می دهد. اغلب، اینها اعداد زوج از 4 تا 8 هستند؛ اعداد 10 و 12 کمتر رایج هستند. لازم به ذکر است که تنها مجتمع های تک هسته ای وجود ندارند. تعداد زیادی از ترکیبات هماهنگ کننده دی، سه و چهار هسته ای عناصر d شناخته شده است.

یک مثال مجتمع کبالت دو هسته ای [Co 2(NN 3)10(در باره 2)](خیر 3)5، که می تواند به عنوان مدل حامل اکسیژن عمل کند.

بیش از 1/3 از تمام ریز عناصر موجود در بدن عناصر d هستند. در موجودات به شکل ترکیبات پیچیده یا یون های هیدراته با میانگین زمان تبادل پوسته هیدراتاسیون 10 وجود دارد. -1به 10 -10با. بنابراین، می توان استدلال کرد که یون های فلزی "آزاد" در بدن وجود ندارند: آنها یا هیدرات های آنها هستند یا محصولات هیدرولیز.

در واکنش های بیوشیمیایی، عناصر d اغلب خود را به عنوان فلزات کمپلکس نشان می دهند. لیگاندها در این مورد مواد فعال بیولوژیکی هستند که معمولاً ماهیت آلی دارند یا آنیونهای اسیدهای معدنی.

مولکول های پروتئین کمپلکس های بیوان آلی را با عناصر d - خوشه ها یا خوشه های زیستی تشکیل می دهند. یون فلزی (عامل تشکیل کمپلکس فلزی) در داخل حفره خوشه قرار دارد و با اتم های الکترونگاتیو گروه های اتصال پروتئین: هیدروکسیل (-OH)، سولفیدریل (-SH)، کربوکسیل (-COOH) و گروه های آمینه در تعامل است. پروتئین ها (H 2ن -). برای نفوذ یک یون فلزی به داخل یک حفره خوشه ای، لازم است که قطر یون متناسب با اندازه حفره باشد. بنابراین، طبیعت تشکیل خوشه های زیستی را با یون های عناصر d با اندازه های خاص تنظیم می کند.

شناخته شده ترین متالوآنزیم ها: کربنیک انیدراز، گزانتین اکسیداز، سوکسینات دهیدروژناز، سیتوکروم ها، روبردوکسین. آنها خوشه های زیستی هستند که حفره های آنها مراکزی را برای اتصال بسترها با یون های فلزی تشکیل می دهند.

بیوکلسترها (کمپلکس های پروتئینی) وظایف مختلفی را انجام می دهند.

مجتمع های پروتئینی حمل و نقل اکسیژن و عناصر لازم را به اندام ها می رسانند. هماهنگی فلزات از طریق اکسیژن گروه های کربوکسیل و نیتروژن گروه های آمینه پروتئین صورت می گیرد. در این حالت یک ترکیب کلات پایدار تشکیل می شود.

عناصر D (کبالت، نیکل، آهن) به عنوان فلزات هماهنگ کننده عمل می کنند. نمونه ای از کمپلکس پروتئین حمل و نقل حاوی آهن، ترانسفرین است.

سایر خوشه های زیستی می توانند نقش باتری (ذخیره) را انجام دهند - اینها پروتئین های حاوی آهن هستند: هموگلوبین، میوگلوبین، فریتین. آنها در هنگام توصیف ویژگی های گروه VIIB در نظر گرفته می شوند.

عناصر Zn، Fe، Co، Mo، Cu دارای اهمیت حیاتی هستند و بخشی از متالوآنزیم ها هستند. آنها واکنش هایی را کاتالیز می کنند که می توان آنها را به سه گروه تقسیم کرد:

1. فعل و انفعالات اسید و باز یون روی درگیر بخشی از آنزیم کربنیک انیدراز است که هیدراتاسیون برگشت پذیر CO را کاتالیز می کند. 2 در بیوسیستم ها
2. فعل و انفعالات ردوکس یون های Fe، Co، Cr، Mo دخیل هستند. آهن بخشی از سیتوکروم است، در طول فرآیند انتقال الکترون رخ می دهد:

Fe 3+→ Fe 2++ e -

3.انتقال اکسیژن Fe، Cu درگیر هستند. آهن بخشی از هموگلوبین و مس بخشی از هموسیانین است. فرض بر این است که این عناصر به اکسیژن متصل می شوند، اما توسط آن اکسید نمی شوند.

ترکیبات عنصر D به طور انتخابی نور با طول موج های مختلف را جذب می کنند. این منجر به ظاهر شدن رنگ می شود. نظریه کوانتومی گزینش پذیری جذب را با شکافتن لایه های فرعی d یون های فلزی تحت تأثیر میدان لیگاند توضیح می دهد.

واکنش های رنگی زیر به عناصر d به خوبی شناخته شده است:

منگنز 2++S 2-= МnS↓ (رسوب گوشتی)

Нg 2++ 2I -= НgI 2↓ (رسوب زرد یا قرمز)

به 2Cr 2در باره 7+ ن 2بنابراین 4(conc.) = K 2بنابراین 4+ ن 2O + 2СrО 3↓

(کریستال های نارنجی)

از واکنش های فوق در شیمی تجزیه برای تعیین کیفی یون های مربوطه استفاده می شود. معادله واکنش با دی کرومات نشان می دهد که هنگام تهیه یک "مخلوط کروم" برای شستن ظروف شیمیایی چه اتفاقی می افتد. این مخلوط برای حذف رسوبات معدنی و آلی از سطح بطری های شیمیایی ضروری است. به عنوان مثال لکه های چربی که همیشه بعد از لمس انگشتان روی شیشه باقی می مانند.

توجه به این واقعیت ضروری است که عناصر d در بدن راه اندازی اکثر فرآیندهای بیوشیمیایی را تضمین می کند که زندگی طبیعی را تضمین می کند.

مشخصات کلی عناصر d گروه VIB

گروه VIB از عناصر (فلزات واسطه) - کروم، مولیبدن و تنگستن تشکیل شده است. این فلزات کمیاب در طبیعت به مقدار کم یافت می شوند. با این حال، به دلیل تعدادی از خواص شیمیایی و فیزیکی مفید، آنها نه تنها در مهندسی مکانیک و فناوری شیمیایی، بلکه در عمل پزشکی نیز به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند (آلیاژ Cr-Co-Mo در جراحی و دندانپزشکی استفاده می شود، مولیبدن و آلیاژهای آن به عنوان قطعاتی برای لوله های اشعه ایکس، آندهای تولید تنگستن برای لوله های اشعه ایکس، آلیاژهای تنگستن - اساس صفحه نمایش برای محافظت از γ -اشعه).

پیکربندی الکترون های ظرفیتی Cr و Mo - (n-1)d 5ns 1، W - 5d 46 ثانیه 2. مجموع الکترون های ظرفیت کروم، مولیبدن و تنگستن 6 است که موقعیت آنها را در گروه VIB مشخص می کند. در کروم و مو، آخرین لایه الکترونی توسط 13 الکترون اشغال شده است، در W - 12. مانند اکثر عناصر d، این لایه ناپایدار است. بنابراین، ظرفیت کروم، مولیبدن و تنگستن ثابت نیست. به همین دلیل، ترکیبات فلزات گروه VIB با مجموعه ای از حالت های اکسیداسیون از +2 تا +6 مشخص می شود.

در گروه عناصر d یک روند کلی ظاهر می شود: با افزایش عدد اتمی، پایداری ترکیبات با بالاترین حالت اکسیداسیون افزایش می یابد. قوی ترین عامل اکسید کننده در حالت E 6+کروم است. "مرز" مو 6+خواص اکسید کننده ضعیفی از خود نشان می دهد. یون مولیبدنات MoO 42-فقط به Mo بازیابی می شود 6در باره 17("مولیبدن آبی")، که در آن برخی از اتم های مولیبدن حالت اکسیداسیون 5+ دارند. این واکنش در شیمی تحلیلی برای تعیین فتومتریک استفاده می شود.

در حالت‌های ظرفیت پایین‌تر، به دنبال همان روند، کروم خواص کاهشی قوی‌تری از خود نشان می‌دهد 2+. برای یون های مو 2+و W 2+افزایش انرژی یونیزاسیون منجر به کاهش خواص احیایی و فلزی می شود.

ترکیبات پیچیده این گروه از عناصر اغلب دارای عدد هماهنگی 6 و هیبریداسیون از نوع sp هستند. 3د 2، که در فضا توسط یک هشت وجهی توصیف می شود.

ویژگی بارز ترکیبات این گروه، تمایل به پلیمریزاسیون (تراکم) اشکال اکسیژن عناصر گروه VI است. این ویژگی هنگام حرکت در گروه از بالا به پایین افزایش می یابد. در این حالت ترکیبات نوع M تشکیل می شود 6در باره 2412-، از هشت وجهی MoO تشکیل شده است 4و W.O. 4. این هشت وجهی بلورهای پلیمری را تشکیل می دهند. اکسید کروم (VI) توانایی پلیمریزاسیون را نشان می دهد، اما ضعیف است. بنابراین اکسیدهای مولیبدن و تنگستن دارای درجه پلیمریزاسیون بالاتری هستند.

بر اساس ساختار پوسته الکترونیکی اتم ها با اوربیتال d پر نشده، ترکیب خواص فیزیکی و شیمیایی و تمایل به تشکیل یون های الکترومثبت و ترکیبات هماهنگ کننده، عناصر گروه VI متعلق به فلزات واسطه هستند.

خواص شیمیایی ترکیبات کروم اکثر ترکیبات کروم دارای رنگ های روشن در رنگ های مختلف هستند. این نام از یونانی گرفته شده است. chromos - رنگ، رنگ آمیزی.

ترکیبات کروم سه ظرفیتی (برخلاف ترکیبات مولیبدن و برای تنگستن حالت اکسیداسیون +3 اصلا مشخص نیست) از نظر شیمیایی بی اثر هستند.

در طبیعت، کروم به شکل سه ظرفیتی یافت می شود (اسپینل - اکسید دوگانه MnСrO 4- مگنوکرومیت) و حالت شش ظرفیتی (PbСrO 4- کروکویت). اکسیدهایی با طبیعت بازی، آمفوتریک و اسیدی تشکیل می دهد.

اکسید کروم (II) CrO - کریستال های قرمز (قرمز قهوه ای) یا پودر پیروفوریک سیاه، نامحلول در آب. مربوط به هیدروکسید Cr(OH) 2. هیدروکسید زرد (مرطوب) یا قهوه ای است. وقتی در هوا گرم می شود به کروم تبدیل می شود 2در باره 3(رنگ سبز):

Cr(OH) 2+ 0.5O 2= کر 2O 3+ 2 ساعت 2در باره

Cation Cr 2+- بی رنگ، نمک های بی آب آن سفید و نمک های آبی آن آبی است. نمک های کروم دو ظرفیتی عوامل کاهش دهنده انرژی هستند. یک محلول آبی از کلرید کروم (II) در تجزیه و تحلیل گاز برای جذب کمی اکسیژن استفاده می شود:

2СrСl 2+ 2НgО + 3Н 2O+0.5O 2= 2НgСl 2+ 2Cr(OH) 3↓

(بقایای سبز کثیف)

هیدروکسید کروم (III) خاصیت آمفوتریک دارد. به راحتی به حالت کلوئیدی می رود. با حل شدن در اسیدها و قلیاها، کمپلکس های آبی یا هیدروکسو را تشکیل می دهد:

Cr(OH) 3+ 3 ساعت 3در باره += [Cr(H 2در باره) 6]3+(محلول آبی-بنفش)

Cr(OH) 3+ 3OH -= [Cr(OH) 6]3-(محلول سبز زمرد)

ترکیبات کروم سه ظرفیتی، مانند کروم دو ظرفیتی، خواص کاهشی را نشان می دهند:

Cr 2(بنابراین 4)z+KSlO 3+ 10KON = 2K 2СrO 4 + 3K 2بنابراین 4 + KCl + 5H 2در باره

ترکیبات کروم (VI) معمولاً کمپلکس‌های کروم حاوی اکسیژن هستند. اکسید کروم شش ظرفیتی مربوط به اسیدهای کرومیک است.

اسیدهای کرومیک زمانی تشکیل می شوند که CrO در آب حل شود 3. اینها محلولهای بسیار سمی زرد، نارنجی و قرمز با خاصیت اکسید کننده هستند. CrO 3اسیدهای پلی کرومیک با ترکیب H را تشکیل می دهد 2Cr n در باره (3n+1) : nCrО 3+ ن 2O → N 2Cr n در باره (3n+1) . ممکن است چندین چنین اتصال وجود داشته باشد: N 2CrO 4، ن 2Cr 2O 7، ن 2

اگر از دانشمندان بپرسید کدام یک از اکتشافات قرن بیستم. مهمتر از همه، به ندرت کسی نام سنتز مصنوعی عناصر شیمیایی را فراموش خواهد کرد. در مدت زمان کوتاهی - کمتر از 40 سال - فهرست عناصر شیمیایی شناخته شده 18 نام افزایش یافته است. و همه 18 سنتز شدند و به صورت مصنوعی تهیه شدند.

کلمه "سنتز" معمولاً فرآیند به دست آوردن از یک مجتمع ساده را نشان می دهد. به عنوان مثال، برهمکنش گوگرد با اکسیژن، سنتز شیمیایی دی اکسید گوگرد SO 2 از عناصر است.

سنتز عناصر را می توان به این صورت درک کرد: تولید مصنوعی از عنصری با بار هسته ای کمتر و عدد اتمی کمتر عنصری با عدد اتمی بالاتر. و خود فرآیند تولید را واکنش هسته ای می نامند. معادله آن مانند معادله یک واکنش شیمیایی معمولی نوشته شده است. در سمت چپ واکنش دهنده ها، در سمت راست محصولات حاصل قرار دارند. واکنش دهنده ها در یک واکنش هسته ای هدف و ذره بمباران هستند.

هدف می تواند هر عنصر جدول تناوبی (به شکل آزاد یا به شکل یک ترکیب شیمیایی) باشد.

نقش ذرات بمباران را ذرات α، نوترون ها، پروتون ها، دوترون ها (هسته ایزوتوپ سنگین هیدروژن) و همچنین به اصطلاح یون های سنگین باردار چندگانه عناصر مختلف - بور، کربن، نیتروژن، اکسیژن، ایفا می کنند. نئون، آرگون و سایر عناصر جدول تناوبی.

برای اینکه یک واکنش هسته ای رخ دهد، ذره بمباران باید با هسته اتم هدف برخورد کند. اگر ذره ای انرژی کافی داشته باشد، می تواند آنقدر عمیق به هسته نفوذ کند که با آن ادغام شود. از آنجایی که تمام ذرات ذکر شده در بالا، به جز نوترون، حامل بارهای مثبت هستند، هنگامی که با هسته ادغام می شوند، بار آن را افزایش می دهند. و تغییر در مقدار Z به معنای تبدیل عناصر است: سنتز یک عنصر با مقدار جدیدی از بار هسته ای.

برای یافتن راهی برای شتاب بخشیدن به ذرات بمباران و دادن انرژی بالا به آنها که برای ادغام آنها با هسته کافی است، یک شتاب دهنده ذرات ویژه به نام سیکلوترون اختراع و ساخته شد. سپس آنها یک کارخانه ویژه برای عناصر جدید - یک راکتور هسته ای - ساختند. هدف مستقیم آن تولید انرژی هسته ای است. اما از آنجایی که شارهای نوترونی شدید همیشه در آن وجود دارد، استفاده از آنها برای اهداف همجوشی مصنوعی آسان است. یک نوترون بار ندارد و بنابراین نیازی به شتاب ندارد (و غیرممکن است). برعکس، نوترون‌های آهسته مفیدتر از نوترون‌های سریع هستند.

شیمیدانان مجبور بودند مغز خود را جمع کنند و معجزات واقعی نبوغ را نشان دهند تا راه هایی برای جداسازی مقادیر ناچیز عناصر جدید از ماده مورد نظر ایجاد کنند. یاد بگیرید که خواص عناصر جدید را زمانی که فقط چند اتم در دسترس بود مطالعه کنید...

از طریق کار صدها و هزاران دانشمند، هجده سلول جدید در جدول تناوبی پر شد.

چهار مورد در مرزهای قدیمی آن قرار دارند: بین هیدروژن و اورانیوم.

چهارده - برای اورانیوم.

همه چیز اینطوری اتفاق افتاد...

تکنتیوم، پرومتیم، استاتین، فرانسیم... چهار جای جدول تناوبی برای مدت طولانی خالی ماندند. این ها سلول های شماره 43، 61، 85 و 87 بودند. از چهار عنصری که قرار بود این مکان ها را اشغال کنند، سه عنصر توسط مندلیف پیش بینی شده بود: اکامنگنز - 43، اکائودین - 85 و اکائیدین - 87. چهارم - شماره 61 - قرار بود متعلق به عناصر کمیاب خاکی باشد.

این چهار عنصر گریزان بودند. تلاش دانشمندان برای جستجوی آنها در طبیعت ناموفق ماند. با کمک قانون تناوبی، همه جاهای دیگر جدول تناوبی - از هیدروژن گرفته تا اورانیوم - برای مدت طولانی پر شده است.

بیش از یک بار گزارش هایی از کشف این چهار عنصر در مجلات علمی منتشر شده است. اکامنگنز در ژاپن "کشف" شد، جایی که نام "نیپونیوم" به آن داده شد، و در آلمان آن را "مازوریوم" نامیدند. عنصر شماره 61 حداقل سه بار در کشورهای مختلف "کشف" شد، نام های "ایلینیم"، "فلورانس"، "چرخه اونیم" را دریافت کرد. Ekaiodine نیز بیش از یک بار در طبیعت یافت شده است. نام های "آلابامیوس"، "هلوتیوس" به او داده شد. اکاسیوم به نوبه خود نام های "ویرجینیا" و "مولداوی" را دریافت کرد. برخی از این نام ها در کتاب های مرجع مختلف و حتی به کتاب های درسی مدارس راه پیدا کردند. اما همه این اکتشافات تأیید نشدند: هر بار یک بررسی دقیق نشان می‌دهد که اشتباهی رخ داده است و ناخالصی‌های ناچیز تصادفی با عنصر جدیدی اشتباه گرفته می‌شوند.

جستجوی طولانی و دشوار سرانجام به کشف یکی از عناصر گریزان طبیعت منجر شد. معلوم شد که اگزازیم، که باید جایگاه 87 جدول تناوبی را به خود اختصاص دهد، در زنجیره فروپاشی ایزوتوپ رادیواکتیو طبیعی اورانیوم 235 بوجود می آید. این یک عنصر رادیواکتیو با عمر کوتاه است.

عنصر شماره 87 سزاوار است که با جزئیات بیشتری مورد بحث قرار گیرد.

اکنون در هر دایره المعارفی، در هر کتاب درسی شیمی می خوانیم: فرانسیم (شماره سریال 87) در سال 1939 توسط دانشمند فرانسوی مارگاریتا پری کشف شد. به هر حال، این سومین بار است که افتخار کشف عنصر جدید متعلق به یک زن است (قبلاً ماری کوری پلونیوم و رادیوم را کشف کرده بود، آیدا نوداک رنیوم را کشف کرده بود).

پری چگونه توانست عنصر گریزان را تصرف کند؟ به سالها قبل برگردیم. در سال 1914، سه رادیو شیمیدان اتریشی - S. Meyer، W. Hess و F. Paneth - شروع به مطالعه واپاشی رادیواکتیو ایزوتوپ اکتینیوم با جرم 227 کردند. مشخص شد که این ایزوتوپ به خانواده اکتینورانیوم تعلق دارد و ذرات β منتشر می کند. از این رو محصول تجزیه آن توریم است. با این حال، دانشمندان ظن مبهمی داشتند که اکتینیوم 227 در موارد نادری نیز ذرات α منتشر می کند. به عبارت دیگر، این یکی از نمونه های چنگال رادیواکتیو است. به راحتی می توان فهمید: در طول چنین تبدیل، ایزوتوپ عنصر شماره 87 باید تشکیل شود. مایر و همکارانش در واقع ذرات آلفا را مشاهده کردند. تحقیقات بیشتری مورد نیاز بود، اما با جنگ جهانی اول متوقف شد.

مارگاریتا پری نیز همین مسیر را طی کرد. اما او ابزارهای حساس‌تر و روش‌های جدید و بهبود یافته‌ای برای تجزیه و تحلیل در اختیار داشت. به همین دلیل موفق شد.

فرانسیم به عنوان یک عنصر سنتز مصنوعی طبقه بندی می شود. اما با این حال، این عنصر برای اولین بار در طبیعت کشف شد. این ایزوتوپ فرانسیم 223 است. نیمه عمر آن فقط 22 دقیقه است. روشن می شود که چرا فرانسه اینقدر کم روی زمین وجود دارد. اولا، به دلیل شکنندگی آن، وقت کافی برای تمرکز در مقادیر قابل توجهی ندارد، و ثانیا، فرآیند تشکیل آن خود با احتمال کم مشخص می شود: تنها 1.2٪ از هسته های اکتینیوم-227 با انتشار α- تجزیه می شوند. ذرات.

از این نظر تهیه مصنوعی فرانسیم سود بیشتری دارد. 20 ایزوتوپ فرانسیم در حال حاضر به دست آمده است و طولانی ترین ایزوتوپ آنها فرانسیم 223 است. شیمیدانان با کار با مقادیر بسیار ناچیز نمک فرانسیم توانستند ثابت کنند که خواص آن بسیار شبیه سزیم است.

عناصر شماره 43، 61 و 85 مبهم باقی ماندند. آنها را نمی توان در طبیعت یافت، اگرچه دانشمندان قبلاً دارای یک روش قدرتمند بودند که بدون تردید راه جستجوی عناصر جدید - قانون تناوبی را نشان می داد. به لطف این قانون، تمام خواص شیمیایی یک عنصر ناشناخته از قبل برای دانشمندان شناخته شده بود. پس چرا جستجو برای این سه عنصر در طبیعت ناموفق بود؟

فیزیکدانان با مطالعه خواص هسته های اتمی به این نتیجه رسیدند که ایزوتوپ های پایدار برای عناصر با اعداد اتمی 43، 61، 85 و 87 نمی توانند وجود داشته باشند. آنها فقط می توانند رادیواکتیو باشند، نیمه عمر کوتاهی دارند و باید به سرعت ناپدید شوند. بنابراین، تمام این عناصر به طور مصنوعی توسط انسان ایجاد شده است. مسیرهای ایجاد عناصر جدید توسط قانون تناوبی مشخص شد. بیایید سعی کنیم از آن برای ترسیم مسیر سنتز اکامنگنز استفاده کنیم. این عنصر شماره 43 اولین چیزی بود که به طور مصنوعی ایجاد شد.

خواص شیمیایی یک عنصر توسط لایه الکترونی آن تعیین می شود و به بار هسته اتم بستگی دارد. هسته عنصر شماره 43 باید 43 بار مثبت داشته باشد و 43 الکترون باید به دور هسته بچرخند. چگونه می توان عنصری با 43 بار در هسته اتم ایجاد کرد؟ چگونه می توانید ثابت کنید که چنین عنصری ایجاد شده است؟

بیایید نگاهی دقیق‌تر بیندازیم که کدام عناصر در جدول تناوبی در نزدیکی فضای خالی در نظر گرفته شده برای عنصر شماره 43 قرار دارند. تقریباً در اواسط دوره پنجم قرار دارد. در مکان های مربوطه در دوره چهارم منگنز وجود دارد و در دوره ششم - رنیم. بنابراین، خواص شیمیایی عنصر 43 باید مشابه خواص منگنز و رنیم باشد. بیهوده نیست که D.I. مندلیف که این عنصر را پیش بینی کرد آن را اکامنگنز نامید. در سمت چپ سلول 43، مولیبدن است که سلول 42 را اشغال می کند، در سمت راست، در 44، روتنیم است.

بنابراین برای ایجاد عنصر شماره 43 باید تعداد بارهای هسته اتمی را که دارای 42 بار است با یک بار اولیه بیشتر افزایش داد. بنابراین برای سنتز عنصر جدید شماره 43 باید مولیبدن را به عنوان ماده اولیه مصرف کرد. دقیقا 42 شارژ در هسته خود دارد. سبک ترین عنصر، هیدروژن، یک بار مثبت دارد. بنابراین، می توان انتظار داشت که عنصر شماره 43 را می توان از واکنش هسته ای بین مولیبدن و هیدروژن به دست آورد.

خواص عنصر شماره 43 باید مشابه خواص منگنز و رنیم باشد و برای تشخیص و اثبات تشکیل این عنصر باید از واکنش های شیمیایی مشابه واکنش هایی استفاده کرد که توسط شیمیدان ها وجود مقادیر کمی از آن را تعیین می کنند. منگنز و رنیم اینگونه است که جدول تناوبی ترسیم مسیر ایجاد یک عنصر مصنوعی را ممکن می سازد.

دقیقاً به همان روشی که قبلاً بیان کردیم، اولین عنصر شیمیایی مصنوعی در سال 1937 ایجاد شد. نام قابل توجهی را دریافت کرد - تکنسیوم - اولین عنصری که به صورت فنی و مصنوعی تولید شد. به این ترتیب تکنسیوم سنتز شد. صفحه مولیبدن در معرض بمباران شدید هسته‌های ایزوتوپ سنگین هیدروژن - دوتریوم قرار گرفت که در یک سیکلوترون به سرعت بسیار زیادی شتاب می‌گرفتند.

هسته های سنگین هیدروژن که انرژی بسیار بالایی دریافت می کردند به درون هسته های مولیبدن نفوذ کردند. پس از تابش در یک سیکلوترون، صفحه مولیبدن در اسید حل شد. مقدار ناچیزی از یک ماده رادیواکتیو جدید با استفاده از همان واکنش‌هایی که برای تعیین تحلیلی منگنز ضروری است (آنالوگ عنصر شماره 43) از محلول جدا شد. این عنصر جدید بود - تکنسیوم. به زودی خواص شیمیایی آن به طور دقیق مورد مطالعه قرار گرفت. آنها دقیقاً با موقعیت عنصر در جدول تناوبی مطابقت دارند.

اکنون تکنسیوم کاملاً در دسترس است: در راکتورهای هسته ای به مقدار نسبتاً زیادی تشکیل می شود. تکنتیوم به خوبی مورد مطالعه قرار گرفته است و در حال حاضر در عمل استفاده می شود. از تکنتیوم برای مطالعه فرآیند خوردگی فلزات استفاده می شود.

روش ایجاد عنصر 61 بسیار شبیه به روشی است که توسط آن تکنسیوم به دست می آید. عنصر #61 باید یک عنصر خاکی کمیاب باشد: سلول 61 بین نئودیمیم (#60) و ساماریوم (#62) قرار دارد. عنصر جدید برای اولین بار در سال 1938 در یک سیکلوترون با بمباران نئودیمیم با هسته دوتریوم به دست آمد. از نظر شیمیایی، عنصر 61 تنها در سال 1945 از عناصر تکه تکه شده در یک راکتور هسته ای در نتیجه شکافت اورانیوم جدا شد.

این عنصر نام نمادین پرومتیوم را دریافت کرد. این نام به دلیلی به او داده شد. یک افسانه یونان باستان می گوید که پرومته تایتان آتش را از آسمان ربود و به مردم داد. به این دلیل او توسط خدایان مجازات شد: او را به یک صخره زنجیر کردند و عقاب بزرگی هر روز او را عذاب می داد. نام "پرومتیوم" نه تنها نمادی از مسیر دراماتیک علم است که انرژی شکافت هسته ای را از طبیعت ربوده و بر این انرژی تسلط پیدا می کند، بلکه مردم را از خطر نظامی وحشتناک هشدار می دهد.

پرومتیم در حال حاضر در مقادیر قابل توجهی تولید می شود: از آن در باتری های اتمی استفاده می شود - منابع جریان مستقیم که می توانند چندین سال بدون وقفه کار کنند.

سنگین ترین عنصر هالید شماره 85 نیز به روشی مشابه سنتز شد.این عنصر ابتدا با بمباران بیسموت (شماره 83) با هسته هلیوم (شماره 2) که در یک سیکلوترون به انرژی های بالا شتاب داده شد، به دست آمد.

هسته های هلیم، دومین عنصر جدول تناوبی، دو بار دارند. بنابراین، برای سنتز عنصر 85، بیسموت گرفته شد - عنصر 83. عنصر جدید استاتین (ناپایدار) نام دارد. رادیواکتیو است و به سرعت ناپدید می شود. خواص شیمیایی آن نیز دقیقاً با قانون تناوبی مطابقت دارد. شبیه ید است.

عناصر فرااورانی

شیمیدانان برای یافتن عناصر سنگین‌تر از اورانیوم در طبیعت تلاش زیادی کردند. بیش از یک بار اعلامیه های پیروزمندانه ای در مورد کشف "موثق" یک عنصر "سنگین" جدید با جرم اتمی بیشتر از اورانیوم در مجلات علمی منتشر شده است. به عنوان مثال، عنصر شماره 93 بارها در طبیعت "کشف" شد، نام های "bohemia" و "sequanium" را دریافت کرد. اما معلوم شد که این "اکتشافات" نتیجه اشتباهات بوده است. آنها دشواری تعیین دقیق ردپای دقیق یک عنصر ناشناخته جدید با ویژگی های مطالعه نشده را مشخص می کنند.

نتیجه این جستجوها منفی بود، زیرا عملاً هیچ عنصری در زمین وجود ندارد که مربوط به آن سلول های جدول تناوبی باشد که باید فراتر از سلول 92 قرار گیرند.

اولین تلاش ها برای به دست آوردن مصنوعی عناصر جدید سنگین تر از اورانیوم با یکی از اشتباهات قابل توجه در تاریخ توسعه علم همراه است. مشاهده شد که تحت تأثیر یک شار نوترونی، بسیاری از عناصر رادیواکتیو می شوند و شروع به انتشار پرتوهای بتا می کنند. هسته یک اتم با از دست دادن بار منفی خود، یک سلول را در سیستم تناوبی به سمت راست جابجا می کند و شماره سریال آن یکی دیگر می شود - تبدیل عناصر رخ می دهد. بنابراین، تحت تأثیر نوترون ها، معمولاً عناصر سنگین تری تشکیل می شوند.

آنها سعی کردند اورانیوم را با نوترون تحت تأثیر قرار دهند. دانشمندان امیدوار بودند که مانند سایر عناصر، اورانیوم نیز فعالیت β را نشان دهد و در نتیجه تجزیه β، عنصر جدیدی با عدد یک بالاتر ظاهر شود. او سلول 93 در سیستم مندلیف را اشغال خواهد کرد. پیشنهاد شد که این عنصر باید شبیه رنیم باشد، بنابراین قبلاً به آن اکارنیوم می گفتند.

به نظر می رسد اولین آزمایش ها بلافاصله این فرض را تأیید می کند. حتی بیشتر، کشف شد که در این مورد نه یک عنصر جدید، بلکه چندین عنصر ایجاد می شود. پنج عنصر جدید سنگین تر از اورانیوم گزارش شده است. علاوه بر اکارنیوم، اکائوسمیوم، اکایریدیم، اکاپلاتینوم و اکاگلد "کشف شد". و همه اکتشافات یک اشتباه بود. اما این یک اشتباه قابل توجه بود. او علم را به بزرگترین دستاورد فیزیک در کل تاریخ بشر هدایت کرد - کشف شکافت اورانیوم و تسلط بر انرژی هسته اتم.

هیچ عنصر ترانس اورانیوم در واقع یافت نشده است. در عناصر عجیب و غریب جدید، آنها بیهوده تلاش کردند تا خواص فرضی را که عناصر اکارنیوم و اکازولد باید داشته باشند، بیابند. و ناگهان در میان این عناصر، باریم و لانتانیم رادیواکتیو به طور غیر منتظره ای کشف شد. نه ترانس اورانیوم، بلکه رایج‌ترین، اما ایزوتوپ‌های رادیواکتیو عناصری که مکان‌هایشان در وسط جدول تناوبی مندلیف است.

مدت کمی گذشت تا این نتیجه غیرمنتظره و بسیار عجیب به درستی درک شود.

چرا هسته‌های اتمی اورانیوم که در انتهای سیستم تناوبی عناصر قرار دارد، تحت تأثیر نوترون‌ها، هسته‌های عناصری را تشکیل می‌دهند که مکان‌های آن در وسط آن است؟ به عنوان مثال، هنگامی که نوترون ها روی اورانیوم اثر می کنند، عناصری ظاهر می شوند که با سلول های زیر جدول تناوبی مطابقت دارند:

عناصر زیادی در مخلوط غیرقابل تصور پیچیده ایزوتوپ های رادیواکتیو تشکیل شده در اورانیوم تابیده شده با نوترون یافت شد. اگرچه معلوم شد که آنها عناصر قدیمی هستند که مدتها برای شیمیدانان شناخته شده بودند، اما در عین حال آنها مواد جدیدی بودند که برای اولین بار توسط انسان ایجاد شد.

در طبیعت هیچ ایزوتوپ رادیواکتیو برم، کریپتون، استرانسیوم و بسیاری از عناصر سی و چهار عنصر دیگر - از روی تا گادولینیم، وجود ندارد که هنگام تابش اورانیوم به وجود می آیند.

این اغلب در علم اتفاق می افتد: اسرارآمیزترین و پیچیده ترین آن زمانی که حل و درک شود، ساده و روشن می شود. هنگامی که یک نوترون به هسته اورانیوم برخورد می کند، تقسیم می شود و به دو قطعه تقسیم می شود - به دو هسته اتمی با جرم کمتر. این قطعات می‌توانند اندازه‌های مختلفی داشته باشند، به همین دلیل است که ایزوتوپ‌های رادیواکتیو مختلف از عناصر شیمیایی رایج تشکیل می‌شوند.

یک هسته اتمی اورانیوم (92) به هسته های اتمی برم (35) و لانتانیم (57) متلاشی می شود؛ تکه های تقسیم هسته دیگر ممکن است هسته های اتمی کریپتون (36) و باریم (56) باشد. مجموع اعداد اتمی عناصر تکه تکه شدن حاصل برابر با 92 خواهد بود.

این آغاز زنجیره ای از اکتشافات بزرگ بود. به زودی کشف شد که تحت تأثیر یک نوترون، نه تنها قطعات - هسته هایی با جرم کمتر - از هسته اتم اورانیوم 235 به وجود می آیند، بلکه دو یا سه نوترون نیز به بیرون پرواز می کنند. هر یک از آنها به نوبه خود قادر به ایجاد دوباره شکافت هسته اورانیوم هستند. و با هر یک از این تقسیمات، انرژی زیادی آزاد می شود. این آغاز تسلط انسان بر انرژی درون اتمی بود.

در میان طیف عظیمی از محصولات ناشی از تابش هسته های اورانیوم با نوترون ها، اولین عنصر ترانس اورانیوم واقعی شماره 93 که برای مدت طولانی مورد توجه قرار نگرفته بود، متعاقباً کشف شد که از اثر نوترون ها بر روی اورانیوم 238 به وجود آمد. از نظر خواص شیمیایی، معلوم شد که بسیار شبیه به اورانیوم است و اصلاً شبیه به رنیم است، همانطور که در اولین تلاش ها برای سنتز عناصر سنگین تر از اورانیوم انتظار می رفت. بنابراین، آنها نتوانستند بلافاصله او را شناسایی کنند.

اولین عنصری که توسط انسان خارج از «سیستم طبیعی عناصر شیمیایی» ایجاد شد، نپتونیوم از سیاره نپتون نام گرفت. ایجاد آن برای ما مرزهای تعریف شده توسط خود طبیعت را گسترش داد. به همین ترتیب، کشف پیش بینی شده سیاره نپتون، مرزهای دانش ما از منظومه شمسی را گسترش داد.

به زودی عنصر 94 سنتز شد. این سیاره به نام آخرین سیاره نامگذاری شد. منظومه شمسی.

پلوتونیوم نامیده می شد. در منظومه تناوبی مندلیف، به ترتیب از نپتونیوم پیروی می کند، شبیه به «آخرین سیاره منظومه شمسی*، پلوتون، که مدار آن در پشت مدار نپتون قرار دارد. عنصر شماره 94 از نپتونیوم در طول فروپاشی β آن به وجود می آید.

پلوتونیوم تنها عنصر فرااورانیومی است که اکنون در راکتورهای هسته ای به مقدار بسیار زیاد تولید می شود. مانند اورانیوم 235، قادر به شکافت تحت تأثیر نوترون ها است و به عنوان سوخت در راکتورهای هسته ای استفاده می شود.

عناصر شماره 95 و شماره 96 را آمریکیوم و کوریم می نامند. آنها همچنین اکنون در راکتورهای هسته ای تولید می شوند. هر دو عنصر دارای رادیواکتیویته بسیار بالایی هستند - آنها پرتوهای α ساطع می کنند. رادیواکتیویته این عناصر به قدری زیاد است که محلول های غلیظ نمک آنها گرم می شود، می جوشد و در تاریکی به شدت می درخشد.

تمام عناصر ترانس اورانیوم - از نپتونیوم تا آمریکیوم و کوریم - در مقادیر نسبتاً زیادی به دست آمدند. در شکل خالص خود، این فلزات نقره ای رنگ هستند، همه آنها رادیواکتیو هستند و خواص شیمیایی آنها تا حدودی شبیه به یکدیگر است، اما از جهاتی تفاوت قابل توجهی دارند.

عنصر 97، برکلیوم، نیز به شکل خالص خود جدا شد. برای انجام این کار، لازم بود یک آماده‌سازی پلوتونیوم خالص در یک راکتور هسته‌ای قرار داده شود، جایی که به مدت شش سال تمام در معرض جریان قدرتمند نوترون‌ها قرار داشت. در این مدت چندین میکروگرم از عنصر شماره 97 در آن انباشته شد، پلوتونیوم از راکتور هسته ای خارج شد، در اسید حل شد و طولانی ترین برکلیوم-249 از مخلوط جدا شد. بسیار رادیواکتیو است - در عرض یک سال به نصف تجزیه می شود. تاکنون تنها چند میکروگرم برکلیوم به دست آمده است. اما این مقدار برای دانشمندان کافی بود تا خواص شیمیایی آن را به طور دقیق مطالعه کنند.

یک عنصر بسیار جالب عدد 98 است - کالیفرنیوم، ششمین بعد از اورانیوم. کالیفرنیوم ابتدا با بمباران یک هدف کوریم با ذرات آلفا ایجاد شد.

داستان سنتز دو عنصر ترانس اورانیوم بعدی: 99 و 100 بسیار جذاب است. آنها ابتدا در ابرها و "گل" یافت شدند. برای مطالعه آنچه در انفجارهای گرما هسته ای تولید می شود، یک هواپیما از میان ابر انفجار عبور کرد و نمونه هایی از رسوبات روی فیلترهای کاغذی جمع آوری شد. آثاری از دو عنصر جدید در این رسوب یافت شد. برای به دست آوردن اطلاعات دقیق تر، مقدار زیادی خاک - خاک و سنگ تغییر یافته در اثر انفجار - در محل انفجار جمع آوری شد. این "کثیف" در آزمایشگاه پردازش شد و دو عنصر جدید از آن جدا شد. آنها به افتخار دانشمندان A. Einstein و E. Fermi که بشریت در درجه اول کشف راه هایی برای تسلط بر انرژی اتمی را مدیون آنها انیشتینیوم و فرمیوم نامگذاری کردند. انیشتین قانون هم ارزی جرم و انرژی را ارائه کرد و فرمی اولین راکتور اتمی را ساخت. اکنون انیشتینیوم و فرمیم نیز در آزمایشگاه تولید می شود.

عناصر صد دوم

چندی پیش، به سختی کسی می توانست باور کند که نماد عنصر صدم در جدول تناوبی گنجانده شود.

سنتز مصنوعی عناصر کار خود را انجام داد: برای مدت کوتاهی، فرمیوم لیست عناصر شیمیایی شناخته شده را بست. افکار دانشمندان اکنون به سوی عناصر صد دوم هدایت شده بود.

اما در سر راه سدی وجود داشت که غلبه بر آن آسان نبود.

تاکنون، فیزیکدانان عناصر ترانس اورانیوم جدید را عمدتاً به دو روش سنتز کرده اند. یا آنها به اهداف ساخته شده از عناصر ترانس اورانیوم، که قبلاً سنتز شده بودند، با ذرات آلفا و دوترون شلیک کردند. یا اورانیوم یا پلوتونیوم را با جریان های قدرتمند نوترون بمباران کردند. در نتیجه، ایزوتوپ های بسیار غنی از نوترون از این عناصر تشکیل شد که پس از چندین فروپاشی پی در پی بتا، به ایزوتوپ های ترانس اورانیوم های جدید تبدیل شدند.

با این حال، در اواسط دهه 50، هر دوی این احتمالات خود را از دست داده بودند. در واکنش‌های هسته‌ای، می‌توان مقادیر بی‌وزنی انیشتینیوم و فرمیوم را به دست آورد و بنابراین نمی‌توان از آنها اهدافی ساخت. روش سنتز نوترون همچنین اجازه پیشرفت فراتر از فرمیوم را نمی دهد، زیرا ایزوتوپ های این عنصر در معرض شکافت خود به خودی با احتمال بسیار بالاتر از واپاشی بتا قرار گرفتند. واضح است که در چنین شرایطی صحبت در مورد سنتز یک عنصر جدید معنی ندارد.

بنابراین، فیزیکدانان تنها زمانی قدم بعدی را برداشتند که توانستند حداقل عنصر شماره 99 مورد نیاز برای هدف را جمع کنند.این اتفاق در سال 1955 رخ داد.

یکی از برجسته ترین دستاوردهایی که علم به درستی می تواند به آن افتخار کند، ایجاد عنصر 101 است.

این عنصر به نام خالق بزرگ سیستم تناوبی عناصر شیمیایی، دیمیتری ایوانوویچ مندلیف نامگذاری شد.

مندلویوم به صورت زیر بدست آمد. یک پوشش نامرئی متشکل از تقریباً یک میلیارد اتم انیشتینیم روی یک تکه از نازک ترین ورق طلا اعمال شد. ذرات آلفا با انرژی بسیار بالا که ورق طلا را از پشت سوراخ می‌کنند، می‌توانند پس از برخورد با اتم‌های انیشتینیوم وارد یک واکنش هسته‌ای شوند. در نتیجه، اتم های عنصر 101 تشکیل شد. با چنین برخوردی، اتم‌های مندلیوم از سطح ورق طلا خارج شدند و روی ورق طلای نازک دیگری جمع شدند. با این روش مبتکرانه، می توان اتم های خالص عنصر 101 را از مخلوط پیچیده ای از انیشتینیم و محصولات فروپاشی آن جدا کرد. پلاک نامرئی با اسید شسته شد و تحت تحقیقات رادیوشیمیایی قرار گرفت.

واقعا معجزه بود ماده اولیه برای ایجاد عنصر 101 در هر آزمایش جداگانه تقریباً یک میلیارد اتم انیشتینیوم بود. این مقدار بسیار کمی کمتر از یک میلیاردم میلی گرم است و به دست آوردن انیشتینیوم در مقادیر بیشتر غیرممکن بود. از قبل محاسبه شده بود که از یک میلیارد اتم انیشتینیوم، در طی ساعت‌ها بمباران با ذرات آلفا، تنها یک اتم انیشتینیم می‌تواند واکنش نشان دهد و بنابراین، تنها یک اتم از یک عنصر جدید می‌تواند تشکیل شود. لازم بود نه تنها بتوان آن را تشخیص داد، بلکه این کار را به گونه ای انجام داد که ماهیت شیمیایی عنصر را فقط از یک اتم مشخص کرد.

و انجام شد. موفقیت آزمایش فراتر از محاسبات و انتظارات بود. در یک آزمایش نه یک، بلکه حتی دو اتم از عنصر جدید ممکن بود. در مجموع، هفده اتم مندلویوم در سری اول آزمایش ها به دست آمد. معلوم شد که این برای تعیین واقعیت تشکیل یک عنصر جدید، مکان آن در جدول تناوبی و تعیین خواص شیمیایی و رادیواکتیو اساسی آن کافی است. معلوم شد که این یک عنصر فعال α با نیمه عمر حدود نیم ساعت است.

مندلویوم، اولین عنصر از صد دوم، به نوعی نقطه عطف در مسیر سنتز عناصر فرااورانیوم تبدیل شد. تا به حال، آخرین مورد از آنهایی است که با روش های قدیمی - تابش با ذرات α - سنتز شده اند. اکنون پرتابه های قوی تری به صحنه آمده اند - یون های چندباره شتاب دهنده عناصر مختلف. تعیین ماهیت شیمیایی مندلیوم از روی چند اتم آن، پایه و اساس یک رشته علمی کاملاً جدید - شیمی فیزیکی اتم های منفرد - را ایجاد کرد.

نماد عنصر شماره 102 No - در جدول تناوبی در داخل پرانتز قرار گرفته است. و در این پرانتزها تاریخچه طولانی و پیچیده این عنصر نهفته است.

سنتز نوبلیوم در سال 1957 توسط یک گروه بین المللی از فیزیکدانان شاغل در موسسه نوبل (استکهلم) گزارش شد. برای اولین بار، یون های شتاب دهنده سنگین برای سنتز یک عنصر جدید استفاده شد. آنها 13 یون C بودند که جریان آنها به سمت هدف کوریم هدایت می شد. محققان به این نتیجه رسیدند که موفق به سنتز ایزوتوپ عنصر 102 شده اند. این نام به نام بنیانگذار مؤسسه نوبل و مخترع دینامیت، آلفرد نوبل گرفته شد.

یک سال گذشت و آزمایشات فیزیکدانان استکهلم تقریباً به طور همزمان در اتحاد جماهیر شوروی و ایالات متحده تکرار شد. و یک چیز شگفت انگیز معلوم شد: نتایج دانشمندان شوروی و آمریکایی هیچ شباهتی با کار مؤسسه نوبل و یا با یکدیگر نداشت. هیچ کس دیگری نتوانسته آزمایش های انجام شده در سوئد را تکرار کند. این وضعیت باعث به وجود آمدن یک شوخی نسبتاً غم انگیز شد: "نوبل تنها چیزی است که باقی مانده است" (No در انگلیسی به معنای "نه" است). نمادی که با عجله در جدول تناوبی قرار داده شده است، کشف واقعی عنصر را منعکس نمی کند.

یک سنتز قابل اعتماد از عنصر شماره 102 توسط گروهی از فیزیکدانان آزمایشگاه واکنش های هسته ای موسسه مشترک تحقیقات هسته ای انجام شد. در سال 1962-1967 دانشمندان شوروی چندین ایزوتوپ از عنصر شماره 102 را سنتز کردند و خواص آن را مطالعه کردند. تایید این داده ها در ایالات متحده آمریکا دریافت شد. با این حال، نماد No، بدون داشتن حق انجام این کار، همچنان در خانه 102 جدول قرار دارد.

لارنس، عنصر شماره 103 با نماد Lw، به نام مخترع سیکلوترون، E. Lawrence، در سال 1961 در ایالات متحده سنتز شد. اما شایستگی فیزیکدانان شوروی در اینجا کم اهمیت نیست. آنها چندین ایزوتوپ جدید از لاورنسیوم را به دست آوردند و برای اولین بار خواص این عنصر را بررسی کردند. لاورنسیوم نیز از طریق استفاده از یون های سنگین به وجود آمد. هدف کالیفرنیوم با یون بور (یا هدف آمریکیوم با یون اکسیژن) تابش شد.

عنصر شماره 104 اولین بار توسط فیزیکدانان شوروی در سال 1964 به دست آمد. سنتز آن با بمباران پلوتونیوم با یون های نئون به دست آمد. عنصر 104 به افتخار فیزیکدان برجسته شوروی، ایگور واسیلیویچ کورچاتوف، کورچاتویوم (نماد کی) نامگذاری شد.

عناصر 105 و 106 نیز برای اولین بار توسط دانشمندان شوروی - در سالهای 1970 و 1974 - سنتز شدند. اولین آنها، محصول بمباران آمریکیوم با یون های نئون، به افتخار نیلز بور، نیلزبوریوم (Ns) نام گرفت. سنتز دیگری به شرح زیر انجام شد: یک هدف سرب با یون کروم بمباران شد. سنتز عناصر 105 و 106 نیز در ایالات متحده انجام شد.

در فصل بعدی با این موضوع آشنا خواهید شد و ما این مطلب را با داستان کوتاهی به پایان خواهیم رساند

نحوه مطالعه خواص عناصر صد دوم

یک کار فوق العاده دشوار با آزمایش کنندگان روبرو می شود.

در اینجا شرایط اولیه آن وجود دارد: با توجه به چند کمیت (ده ها، در بهترین حالت صدها) اتم از یک عنصر جدید، و اتم های بسیار کوتاه مدت (نیمه عمر در ثانیه یا حتی کسری از ثانیه اندازه گیری می شود). لازم است ثابت شود که این اتم ها اتم های یک عنصر واقعاً جدید هستند (یعنی مقدار Z و همچنین مقدار جرمی عدد A را تعیین کنید تا بدانید در مورد کدام ایزوتوپ ترانس اورانیوم جدید صحبت می کنیم). ، و مهمترین خواص شیمیایی آن را مطالعه کنید.

چند اتم، یک امید به زندگی ناچیز...

سرعت و بالاترین نبوغ به کمک دانشمندان می آید. اما یک محقق مدرن - متخصص در سنتز عناصر جدید - نه تنها باید بتواند "کک کفش" کند. او باید به تئوری هم مسلط باشد.

اجازه دهید مراحل اساسی که توسط آن یک عنصر جدید شناسایی می شود را دنبال کنیم.

مهمترین کارت تلفن در درجه اول خواص رادیواکتیو آن است - این می تواند انتشار ذرات آلفا یا شکافت خود به خود باشد. هر هسته فعال α با مقادیر انرژی ویژه ذرات α مشخص می شود. این شرایط به فرد اجازه می دهد یا هسته های شناخته شده را شناسایی کند یا به این نتیجه برسد که هسته های جدیدی کشف شده اند. به عنوان مثال، دانشمندان با مطالعه خصوصیات ذرات α، توانستند شواهد قابل اعتمادی از سنتز عناصر 102 و 103 به دست آورند.

شناسایی هسته های پرانرژی حاصل از شکافت بسیار آسان تر از ذرات آلفا به دلیل انرژی بسیار بالاتر قطعات است. برای ثبت آنها از پلاک های ساخته شده از نوع خاصی از شیشه استفاده می شود. تکه ها آثار اندکی قابل توجهی را روی سطح رکوردها به جا می گذارند. سپس صفحات تحت عملیات شیمیایی (اچینگ) قرار می گیرند و به دقت زیر میکروسکوپ بررسی می شوند. شیشه در اسید هیدروفلوئوریک حل می شود.

اگر یک صفحه شیشه ای پوسته شده با قطعات در محلول اسید هیدروفلوئوریک قرار داده شود، سپس در مکان هایی که قطعات به آن برخورد می کنند، شیشه سریعتر حل می شود و سوراخ هایی در آنجا ایجاد می شود. اندازه آنها صدها برابر بزرگتر از رد اولیه به جا مانده از قطعه است. چاه ها را می توان زیر میکروسکوپ با بزرگنمایی کم مشاهده کرد. سایر تشعشعات رادیواکتیو آسیب کمتری به سطح شیشه وارد می کنند و پس از اچ کردن قابل مشاهده نیستند.

در اینجا آنچه نویسندگان سنتز کورچاتوف در مورد چگونگی انجام فرآیند شناسایی یک عنصر جدید می گویند: "این آزمایش در حال انجام است. به مدت چهل ساعت، هسته های نئونی به طور مداوم هدف پلوتونیوم را بمباران می کنند. به مدت چهل ساعت، نوار، هسته های مصنوعی را به سمت خود حمل می کند. صفحات شیشه ای در نهایت سیکلوترون خاموش می شود صفحات شیشه ای برای پردازش به آزمایشگاه منتقل می شوند ما منتظر نتیجه هستیم چند ساعت می گذرد شش رد زیر میکروسکوپ شناسایی شد از موقعیت آنها نیمه طول عمر محاسبه شد و در بازه زمانی 0.1 تا 0.5 ثانیه بود.

و اینجاست که همین محققان در مورد ارزیابی ماهیت شیمیایی کورچاتویوم و نیلزبوریم صحبت می کنند. "طرح بررسی خواص شیمیایی عنصر شماره 104 به شرح زیر است. اتم های پس زده از هدف به جریان نیتروژن خارج می شوند و در آن مهار می شوند و سپس کلر می شوند. ترکیبات عنصر 104 با کلر به راحتی از طریق یک جریان ویژه نفوذ می کند. فیلتر می شود اما تمام اکتینیدها از آن عبور نمی کنند.اگر عدد 104 متعلق به سری اکتینیدها بود باید توسط فیلتر حفظ می شد.اما مطالعات نشان داده است که عنصر 104 آنالوگ شیمیایی هافنیوم است.این مهم ترین مرحله است. به سمت پر کردن جدول تناوبی با عناصر جدید.

سپس خواص شیمیایی عنصر 105 در دوبنا مورد بررسی قرار گرفت. معلوم شد که کلریدهای آن در سطح لوله ای که در امتداد آن از هدف حرکت می کنند در دمایی کمتر از کلرید هافنیوم، اما بالاتر از کلریدهای نیوبیوم جذب می شوند. فقط اتم‌های عنصری که از نظر خواص شیمیایی مشابه تانتالیوم است، می‌توانند چنین رفتاری داشته باشند. به جدول تناوبی نگاه کنید: آنالوگ شیمیایی تانتالیوم - عنصر شماره 105! بنابراین، آزمایش‌های روی سطح اتم‌های عنصر 105 بر روی سطح جذب، تأیید کرد که خواص آن با موارد پیش‌بینی‌شده بر اساس جدول تناوبی مطابقت دارد.

بلوک d شامل 32 عنصر جدول تناوبی است. عناصر d در دوره های اصلی چهارم تا هفتم گنجانده شده اند. اتم های گروه IIIB اولین الکترون را در اوربیتال d دارند. در گروه های بعدی B، سطح فرعی d با حداکثر 10 الکترون پر می شود (از این رو عناصر d نامیده می شوند). ساختار لایه‌های الکترونی بیرونی اتم‌های بلوک d با فرمول کلی (n-1)d a ns b، که در آن a = 1--10، b = 1--2 توصیف می‌شود.

یکی از ویژگی های عناصر این دوره ها افزایش نامتناسب آهسته شعاع اتمی با افزایش تعداد الکترون ها است. این تغییر نسبتاً آهسته در شعاع ها با فشرده سازی به اصطلاح لانتانید به دلیل نفوذ الکترون های ns به زیر لایه الکترونی d توضیح داده می شود. در نتیجه تغییر جزئی در خواص اتمی و شیمیایی عناصر d با افزایش عدد اتمی ایجاد می شود. شباهت خواص شیمیایی در ویژگی مشخصه عناصر d برای تشکیل ترکیبات پیچیده با انواع لیگاندها آشکار می شود.

یکی از ویژگی های مهم عناصر d، ظرفیت متغیر و بر این اساس، انواع حالت های اکسیداسیون است. این ویژگی عمدتاً با ناقص بودن لایه الکترون d پیش بیرونی (به جز عناصر گروه های IB و IIB) همراه است. امکان وجود عناصر d در حالت های مختلف اکسیداسیون، طیف وسیعی از خواص اکسیداسیون و کاهش عناصر را تعیین می کند. در حالت های اکسیداسیون پایین تر، عناصر d خواص فلزات را نشان می دهند. با افزایش عدد اتمی در گروه B، خواص فلزی به طور طبیعی کاهش می یابد.

در محلول‌ها، آنیون‌های حاوی اکسیژن عناصر d با بالاترین حالت اکسیداسیون، خاصیت اسیدی و اکسیدکننده دارند. شکل‌های کاتیونی حالت‌های اکسیداسیون پایین‌تر با خواص پایه و کاهنده مشخص می‌شوند.

عناصر d در حالت های اکسیداسیون میانی خواص آمفوتریک را نشان می دهند. این الگوها را می توان با استفاده از مثال ترکیبات مولیبدن در نظر گرفت:

با تغییر در خواص، رنگ کمپلکس های مولیبدن در حالت های مختلف اکسیداسیون (VI - II) تغییر می کند:

در دوره با افزایش بار هسته ای، کاهش پایداری ترکیبات عناصر در حالت های اکسیداسیون بالاتر مشاهده می شود. به موازات آن، پتانسیل ردوکس این ترکیبات افزایش می یابد. بیشترین توانایی اکسیداسیون در یون های فرات و یون های پرمنگنات مشاهده می شود. لازم به ذکر است که در عناصر d با افزایش الکترونگاتیوی نسبی، خواص اسیدی و غیرفلزی افزایش می یابد.

با افزایش پایداری ترکیبات هنگام حرکت از بالا به پایین در گروه های B، خواص اکسید کننده آنها به طور همزمان کاهش می یابد.

می توان فرض کرد که در طول تکامل بیولوژیکی، ترکیبات عناصر در حالت های اکسیداسیون متوسط، که با خواص اکسیداسیون و کاهش خفیف مشخص می شوند، انتخاب شدند. مزایای چنین انتخابی واضح است: آنها به جریان صاف واکنش های بیوشیمیایی کمک می کنند. کاهش پتانسیل RH پیش نیازهایی را برای "تنظیم" ظریف تر فرآیندهای بیولوژیکی ایجاد می کند که افزایش انرژی را تضمین می کند. عملکرد بدن انرژی کمتری دارد و بنابراین در مصرف غذا مقرون به صرفه تر می شود.

از نقطه نظر تکامل، وجود عناصر d در حالت های اکسیداسیون پایین تر برای ارگانیسم موجه می شود. مشخص شده است که یون های Mn 2+، Fe 2+، Co 2+ تحت شرایط فیزیولوژیکی عوامل احیا کننده قوی نیستند و یون های Cu 2+ و Fe 2+ عملاً خاصیت کاهشی در بدن از خود نشان نمی دهند. هنگامی که این یون ها با لیگاندهای بیورگانیک برهمکنش می کنند، کاهش بیشتری در واکنش پذیری رخ می دهد.

به نظر می رسد که موارد فوق با نقش مهم کمپلکس های مولیبدن (V) و (VI) بیورگانیک در موجودات مختلف تناقض دارد. با این حال، این نیز با الگوی کلی سازگار است. علیرغم درجه بالای اکسیداسیون، چنین ترکیباتی خواص اکسید کننده ضعیفی از خود نشان می دهند.

لازم به ذکر است که توانایی های کمپلکس بالای عناصر d که معمولاً به طور قابل توجهی بالاتر از عناصر s و p است. این در درجه اول با توانایی عناصر d برای دادن دهنده و پذیرنده یک جفت الکترون که یک ترکیب هماهنگی را تشکیل می دهند توضیح داده می شود.

در مورد کمپلکس هیدروکسی کروم [Cr(OH) 6]، یون 3 فلزی پذیرنده یک جفت الکترون است. هیبریداسیون اوربیتال های 3d 2 4sp 3 کروم وضعیت انرژی پایدارتری را نسبت به زمانی که الکترون های کروم در اوربیتال های گروه های هیدروکسو قرار دارند، فراهم می کند.

برعکس، ترکیب [CrCl 4 ] 2- در نتیجه این واقعیت است که الکترون‌های d مشترک فلز، اوربیتال‌های آزاد لیگاندها را اشغال می‌کنند، زیرا در این حالت انرژی این اوربیتال‌ها برابر است با پایین تر

خواص کاتیون Cr 3+ تغییرپذیری اعداد هماهنگی عناصر d را نشان می دهد. اغلب، اینها اعداد زوج از 4 تا 8 هستند؛ اعداد 10 و 12 کمتر رایج هستند. لازم به ذکر است که تنها مجتمع های تک هسته ای وجود ندارند. تعداد زیادی از ترکیبات هماهنگ کننده دی، سه و چهار هسته ای عناصر d شناخته شده است.

یک مثال مجتمع کبالت دو هسته ای [Co 2 (NH 3) 10 (O 2)] (NO 3) 5 است که می تواند به عنوان مدلی از حامل اکسیژن عمل کند.

بیش از 1/3 از تمام ریز عناصر موجود در بدن عناصر d هستند. در موجودات زنده به شکل ترکیبات پیچیده یا یون های هیدراته با میانگین زمان تبادل پوسته هیدراتاسیون 1-10 تا 10-10 ثانیه وجود دارند. بنابراین، می توان استدلال کرد که یون های فلزی "آزاد" در بدن وجود ندارند: آنها یا هیدرات های آنها هستند یا محصولات هیدرولیز.

در واکنش های بیوشیمیایی، عناصر d اغلب خود را به عنوان فلزات کمپلکس نشان می دهند. لیگاندها در این مورد مواد فعال بیولوژیکی هستند که معمولاً ماهیت آلی دارند یا آنیونهای اسیدهای معدنی.

مولکول های پروتئین کمپلکس های بیوان آلی را با عناصر d - خوشه ها یا خوشه های زیستی تشکیل می دهند. یون فلزی (عامل تشکیل دهنده کمپلکس فلزی) در داخل حفره خوشه قرار دارد و با اتم های الکترونگاتیو گروه های اتصال پروتئین در تعامل است: هیدروکسیل (--OH)، سولفیدریل (--SH)، کربوکسیل (--COOH) و گروه های آمینه پروتئین ها (H 2 N - ). برای نفوذ یک یون فلزی به داخل یک حفره خوشه ای، لازم است که قطر یون متناسب با اندازه حفره باشد. بنابراین، طبیعت تشکیل خوشه های زیستی را با یون های عناصر d با اندازه های خاص تنظیم می کند.

شناخته شده ترین متالوآنزیم ها: کربنیک انیدراز، گزانتین اکسیداز، سوکسینات دهیدروژناز، سیتوکروم ها، روبردوکسین. آنها خوشه های زیستی هستند که حفره های آنها مراکزی را برای اتصال بسترها با یون های فلزی تشکیل می دهند.

بیوکلسترها (کمپلکس های پروتئینی) وظایف مختلفی را انجام می دهند.

مجتمع های پروتئینی حمل و نقل اکسیژن و عناصر لازم را به اندام ها می رسانند. هماهنگی فلزات از طریق اکسیژن گروه های کربوکسیل و نیتروژن گروه های آمینه پروتئین صورت می گیرد. در این حالت یک ترکیب کلات پایدار تشکیل می شود.

عناصر D (کبالت، نیکل، آهن) به عنوان فلزات هماهنگ کننده عمل می کنند. نمونه ای از کمپلکس پروتئین حمل و نقل حاوی آهن، ترانسفرین است.

سایر خوشه های زیستی می توانند نقش باتری (ذخیره) را انجام دهند - اینها پروتئین های حاوی آهن هستند: هموگلوبین، میوگلوبین، فریتین. آنها در هنگام توصیف ویژگی های گروه VIIB در نظر گرفته می شوند.

عناصر Zn، Fe، Co، Mo، Cu دارای اهمیت حیاتی هستند و بخشی از متالوآنزیم ها هستند. آنها واکنش هایی را کاتالیز می کنند که می توان آنها را به سه گروه تقسیم کرد:

فعل و انفعالات اسید و باز یون روی درگیر بخشی از آنزیم کربنیک انیدراز است که هیدراتاسیون برگشت پذیر CO 2 را در سیستم های بیولوژیکی کاتالیز می کند.

فعل و انفعالات ردوکس یون های Fe، Co، Cr، Mo دخیل هستند. آهن بخشی از سیتوکروم است، در طول فرآیند انتقال الکترون رخ می دهد:

Fe 3+ > Fe 2+ + e -

3. انتقال اکسیژن. Fe، Cu درگیر هستند. آهن بخشی از هموگلوبین و مس بخشی از هموسیانین است. فرض بر این است که این عناصر به اکسیژن متصل می شوند، اما توسط آن اکسید نمی شوند.

ترکیبات عنصر D به طور انتخابی نور با طول موج های مختلف را جذب می کنند. این منجر به ظاهر شدن رنگ می شود. نظریه کوانتومی گزینش پذیری جذب را با شکافتن لایه های فرعی d یون های فلزی تحت تأثیر میدان لیگاند توضیح می دهد.

واکنش های رنگی زیر به عناصر d به خوبی شناخته شده است:

Mn 2 + + S 2- = MnSv (رسوب گوشتی)

Нg 2+ + 2I - = НgI 2 v (رسوب زرد یا قرمز)

K 2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 (مجموع) = K 2 SO 4 + H 2 O + 2CrO 3 v

(کریستال های نارنجی)

از واکنش های فوق در شیمی تجزیه برای تعیین کیفی یون های مربوطه استفاده می شود. معادله واکنش با دی کرومات نشان می دهد که هنگام تهیه یک "مخلوط کروم" برای شستن ظروف شیمیایی چه اتفاقی می افتد. این مخلوط برای حذف رسوبات معدنی و آلی از سطح بطری های شیمیایی ضروری است. به عنوان مثال لکه های چربی که همیشه بعد از لمس انگشتان روی شیشه باقی می مانند.

توجه به این واقعیت ضروری است که عناصر d در بدن راه اندازی اکثر فرآیندهای بیوشیمیایی را تضمین می کند که زندگی طبیعی را تضمین می کند.

عناصر اتصال صلب پل ها. 3 نوع اتصال صلب وجود دارد:
قالب.
جوشکاری معمولی یا لیزری.
سرامیک.

قالب اتصالاتدندان‌های مصنوعی و نگهدارنده‌ها از موم روی قالب‌های مومی از پیش ساخته می‌شوند تا بریج را بتوان به صورت یک بلوک واحد ریخته‌گری کرد. این امر نیاز به جوشکاری بیشتر را از بین می برد. اما هر چه تعداد واحدهای پروتز بیشتر باشد، ریخته‌گری باید دقیق‌تر باشد. تغییر شکل‌های کوچکی که در طول خنک‌سازی فلز مذاب رخ می‌دهد ممکن است در ساخت یک واحد کاملاً قابل قبول باشد، اما وقتی چندین برابر شود، منجر به نتیجه نهایی رضایت‌بخش نمی‌شود.

قالب اتصالاتقوی تر از جوشکاری است، علاوه بر این، آنها راحت تر پنهان می شوند. به همین دلیل، بریج های بلند اغلب در قسمت های متشکل از 3-4 واحد ریخته می شوند که خط جداکننده از دندان مصنوعی می گذرد. قبل از روکش کردن با سرامیک، قاب دندان مصنوعی با جوشکاری با دقت بالا بازسازی می شود - بنابراین، تمام اتصالات ریخته گری می شوند. جوش دادن دندان مصنوعی اولاً به دلیل مساحت بزرگتر نسبت به عنصر اتصال و دوم به دلیل پوشش سرامیکی بسیار قوی است.

یک روش اتصال به طور فزاینده ای محبوب اجزای پلبه یک تکنیک جوش لیزری تبدیل می شود. قوی تر از حد معمول است و همچنین ساده تر و سریع تر است، اگرچه به تجهیزات پیچیده و گران قیمت نیاز دارد.

اتصالاتدر صورتی که اجزای پل به طور جداگانه ساخته شده باشند از جوشکاری معمولی و لیزری استفاده می شود. این زمانی ضروری است که آنها از مواد مختلفی تشکیل شده باشند (به عنوان مثال، یک تاج ثابت ساخته شده از طلا و یک دندان مصنوعی فلزی-سرامیکی).

ترکیبات سرامیکیفقط در پروتزهای تمام سرامیکی استفاده می شود. شرح نحوه ساخت آنها خارج از حوصله این کتاب است، اما اصل دسترسی بهداشتی نیز باید در چنین اتصالاتی اعمال شود.

عناصر اتصال متحرک. عناصر اتصال متحرک همیشه طوری طراحی می شوند که دندان مصنوعی تحت تأثیر بار جویدن قرار نگیرد. این بدان معنی است که فرورفتگی بست کوچکتر باید همیشه دارای یک پایه محکم باشد که قسمت بیرون زده اتصال روی آن قرار گیرد. گاهی اوقات، با دندان های مصنوعی کوچک و پروتز کوتاه، این تنها نیرویی است که باید در مقابل آن مقاومت کرد و ممکن است فرورفتگی در ریتینر بسیار کم عمق باشد. این رایج‌ترین طراحی برای پروتزهای ثابت است که به حداقل آمادگی نیاز دارند.

با این حال، با بازوی بلندتر پروتزمفصل متحرک همچنین باید در برابر گشتاور جابجایی جانبی که بر روی دندان‌های مصنوعی اثر می‌کند، و (با محل مزیال مفصل متحرک) در مقابل نیروهایی که به سمت دیستال هدایت می‌شوند و به جدا شدن بخش‌های پروتز کمک می‌کنند، مقاومت کند. در این حالت شیار اتصال باید دم کبوتری و مخروطی باشد تا سنجاق بتواند کمی در آن بالا و پایین رفته و در عین حال محکم روی پایه قرار گیرد.

چندین روش تولید وجود دارد. ابتدا می توان یک نگهدارنده کوچکتر با یک فرورفتگی را در موم مدل کرد، سپس ریخته گری کرد و با فرز مخروطی به پایان رسید. پس از این، یک لایه موم به صورت دستی روی دندان مصنوعی قرار می گیرد تا با شکل حفره حاصل مطابقت داشته باشد و با استفاده از قالب موم ریخته گری انجام می شود. قبل از امتحان قاب، هر دو قسمت به یکدیگر متصل می شوند.

در بعضی موارد بریدگیرا می توان بر روی یک قاب ریخته گری آماده ساخت، که سپس در حفره دهان قرار می گیرد، پس از آن قالب گیری می شود، از جمله دندان های نگهدارنده آماده شده.

می تواند به کار رود قالب های اکریلیک آماده، در یک مدل مومی از یک دندان مصنوعی و یک نگهدارنده کوچکتر تعبیه شده است. نگهدارنده کوچکتر و بقیه پروتز به طور جداگانه ریخته می شوند.

مانند عناصر اتصال متحرکاز اتصال دهنده های پین شیار فلزی آماده نیز استفاده می شود، اما چسبندگی بسیار سفت و سختی را ایجاد می کنند، به همین دلیل تحرک قسمت هایی از پروتز می تواند به شدت محدود شود. در این حالت، نگهدارنده کوچکتر باید درجۀ احتباس بیشتر از حد معمول روی دندان اباتمنت داشته باشد.

اتصالات پیچی آمادهبه عنوان بخشی از بریج ها با تثبیت سفت و سخت برای اتصال 2 قسمت در صورتی که دندان های نگهدارنده موازی نباشند استفاده می شود.

- بازگشت به فهرست مطالب بخش " "

عناصر انتقالی d و اتصالات آنها به طور گسترده در عمل آزمایشگاهی، صنعت و فناوری استفاده می شود. آنها همچنین نقش مهمی در سیستم های بیولوژیکی دارند. در بخش و بخش قبل. 10.2 قبلاً ذکر شد که یون های عناصر d مانند آهن، کروم و منگنز نقش مهمی در تیتراسیون ردوکس و سایر تکنیک های آزمایشگاهی دارند. در اینجا تنها به کاربردهای این فلزات در صنعت و فناوری و همچنین نقش آنها در فرآیندهای بیولوژیکی می پردازیم.

کاربردها به عنوان مصالح ساختاری آلیاژهای آهن

برخی از عناصر d به طور گسترده ای در مصالح ساختاری، عمدتاً به شکل آلیاژ استفاده می شوند. آلیاژ مخلوط (یا محلول) یک فلز با یک یا چند عنصر دیگر است.

آلیاژهایی که ماده اصلی تشکیل دهنده آنها آهن است فولاد نامیده می شود. قبلاً در بالا گفتیم که همه فولادها به دو نوع کربن و آلیاژی تقسیم می شوند.

فولادهای کربنی بر اساس محتوای کربن، این فولادها به نوبه خود به فولادهای کم کربن، متوسط ​​کربن و پر کربن تقسیم می شوند. سختی فولادهای کربنی با افزایش محتوای کربن افزایش می یابد. به عنوان مثال، فولاد کم کربن، چکش خوار و چکش خوار است. در مواردی که بار مکانیکی حیاتی نیست استفاده می شود. کاربردهای مختلف فولادهای کربنی در جدول ذکر شده است. 14.10. فولادهای کربنی تا 90 درصد از کل تولید فولاد را تشکیل می دهند.

فولادهای آلیاژی. این نوع فولادها حاوی حداکثر 50 درصد مخلوط یک یا چند فلز، اغلب آلومینیوم، کروم، کبالت، مولیبدن، نیکل، تیتانیوم، تنگستن و وانادیم هستند.

فولادهای ضد زنگ حاوی کروم و نیکل به عنوان ناخالصی آهن هستند. این ناخالصی ها سختی فولاد را افزایش داده و آن را در برابر خوردگی مقاوم می کنند. خاصیت اخیر به دلیل تشکیل لایه نازکی از اکسید کروم (III) روی سطح فولاد است.

فولادهای ابزار به دو دسته تنگستن و منگنز تقسیم می شوند. افزودن این فلزات باعث افزایش سختی، استحکام و مقاومت می شود

جدول 14.10. فولادهای کربنی

دمای بالا (مقاومت در برابر حرارت) فولاد. چنین فولادهایی برای حفاری چاه ها، ساخت لبه های برش ابزارهای فلزکاری و آن دسته از قطعات ماشینی که در معرض بار مکانیکی سنگین هستند استفاده می شود.

فولادهای سیلیکونی برای ساخت تجهیزات الکتریکی مختلف استفاده می شود: موتورها، ژنراتورهای الکتریکی و ترانسفورماتورها.

سایر آلیاژها

علاوه بر آلیاژهای آهن، آلیاژهایی بر پایه فلزات دیگر نیز وجود دارد.

آلیاژهای تیتانیوم تیتانیوم را می توان به راحتی با فلزاتی مانند قلع، آلومینیوم، نیکل و کبالت آلیاژ کرد. آلیاژهای تیتانیوم با سبکی، مقاومت در برابر خوردگی و استحکام در دماهای بالا مشخص می شوند. آنها در صنعت هواپیما برای ساخت پره های توربین در موتورهای توربوجت استفاده می شوند. آنها همچنین در صنعت پزشکی برای ساختن وسایل الکترونیکی کاشته شده در دیواره قفسه سینه بیمار برای عادی سازی ریتم های غیر طبیعی قلب استفاده می شوند.

آلیاژهای نیکل یکی از مهم ترین آلیاژهای نیکل مونل است. این آلیاژ حاوی 65 درصد نیکل، 32 درصد مس و مقادیر کمی آهن و منگنز است. از آن برای ساخت لوله های کندانسور یخچال، محورهای پروانه و در صنایع شیمیایی، غذایی و دارویی استفاده می شود. یکی دیگر از آلیاژهای مهم نیکل نیکروم است. این آلیاژ حاوی 60 درصد نیکل، 15 درصد کروم و 25 درصد آهن است. آلیاژی از آلومینیوم، کبالت و نیکل به نام آلنیکو برای ساخت آهنرباهای دائمی بسیار قوی استفاده می شود.

آلیاژهای مس. مس برای ساخت انواع مختلفی از آلیاژها استفاده می شود. مهمترین آنها در جدول ذکر شده است. 14.11.

جدول 14.11. آلیاژهای مس

کاتالیزورهای صنعتی

d-Element ها و ترکیبات آنها به طور گسترده ای به عنوان کاتالیزور صنعتی استفاده می شود. مثال‌های زیر فقط برای عناصر d اولین ردیف انتقال اعمال می‌شوند.

کلرید تیتانیوم این ترکیب به عنوان یک کاتالیزور برای پلیمریزاسیون آلکن ها با استفاده از روش زیگلر استفاده می شود (به فصل 20 مراجعه کنید):

اکسید. این کاتالیزور در مرحله بعدی فرآیند تماس برای تولید اسید سولفوریک استفاده می شود (به فصل 7 مراجعه کنید):

آهن یا اکسید. این کاتالیزورها در فرآیند هابر برای سنتز آمونیاک استفاده می شوند (به فصل 7 مراجعه کنید):

نیکل. این کاتالیزور برای سخت کردن روغن های گیاهی در طی فرآیندهای هیدروژنه کردن، مانند تولید مارگارین استفاده می شود:

مس یا اکسید مس (II). از این کاتالیزورها برای هیدروژنه کردن اتانول برای تولید اتانال (استیک آلدهید) استفاده می شود:

رودیوم (عنصر سری دوم انتقال) و پلاتین (عنصر سری سوم انتقال) نیز به عنوان کاتالیزور صنعتی استفاده می شوند. هر دو، به عنوان مثال، در فرآیند Ostwald برای تولید اسید نیتریک استفاده می شوند (به فصل 15 مراجعه کنید).

رنگدانه ها

قبلاً اشاره کردیم که یکی از مهمترین ویژگیهای متمایز کننده عناصر d توانایی آنها در تشکیل ترکیبات رنگی است. به عنوان مثال، رنگ بسیاری از سنگ های قیمتی به دلیل وجود مقادیر کمی از ناخالصی های d-metal است (جدول 14.6 را ببینید). از اکسیدهای عناصر d برای ساخت شیشه های رنگی استفاده می شود. به عنوان مثال، اکسید کبالت (II) به شیشه رنگ آبی تیره می دهد. تعدادی از ترکیبات d-metal در صنایع مختلف به عنوان رنگدانه استفاده می شود.

اکسید تیتانیوم تولید جهانی اکسید تیتانیوم بیش از 2 میلیون تن در سال است. این ماده عمدتاً به عنوان رنگدانه سفید در صنعت رنگ و همچنین در صنایع کاغذ، پلیمر و نساجی استفاده می شود.

ترکیبات کروم زاج کروم (سولفات کروم دودکاهیدرات) دارای رنگ بنفش است که برای رنگرزی در صنعت نساجی استفاده می شود، اکسید کروم به عنوان رنگدانه سبز استفاده می شود، رنگدانه هایی مانند کروم سبز، کروم زرد و کروم قرمز از کرومات سرب (IV) ساخته می شوند. .

هگزاسیانوفرات پتاسیم (III). این ترکیب در رنگرزی، حکاکی و برای ساخت کاغذ طرح استفاده می شود.

ترکیبات کبالت رنگدانه آبی کبالت از آلومینات کبالت تشکیل شده است. رنگدانه های کبالت ارغوانی و بنفش با رسوب نمک های کبالت با فسفات های قلیایی خاکی تولید می شوند.

سایر کاربردهای صنعتی

تا کنون ما به کاربردهای عناصر α به عنوان آلیاژهای ساختاری، کاتالیزورهای صنعتی و رنگدانه ها نگاه کرده ایم. این عناصر همچنین کاربردهای بسیار دیگری نیز دارند.

کروم برای اعمال پوشش کروم بر روی اجسام فولادی مانند قطعات خودرو استفاده می شود.

چدن. این یک آلیاژ نیست، بلکه آهن خام است. از آن برای ساخت انواع اقلام مانند ماهیتابه، درب منهول و اجاق گاز استفاده می شود.

کبالت. ایزوتوپ به عنوان منبع پرتو گاما برای درمان سرطان استفاده می شود.

مس به طور گسترده در صنعت برق برای ساخت سیم، کابل و سایر رساناها استفاده می شود. همچنین برای ساخت لوله های مسی فاضلاب استفاده می شود.

d-عناصر در سیستم های بیولوژیکی

d-Element ها در بسیاری از سیستم های بیولوژیکی نقش مهمی دارند. به عنوان مثال، بدن انسان بالغ حاوی حدود 4 گرم آهن است. حدود دو سوم این مقدار از هموگلوبین، رنگدانه قرمز خون می آید (شکل 14.11 را ببینید). آهن همچنین بخشی از پروتئین ماهیچه ای میوگلوبین است و علاوه بر این، در اندام هایی مانند کبد تجمع می یابد.

عناصری که در سیستم های بیولوژیکی در مقادیر بسیار کم یافت می شوند، عناصر کمیاب نامیده می شوند. روی میز 14.12 جرم کانی های مختلف را نشان می دهد

جدول 14.12. میانگین محتوای کلان و ریز عناصر در بدن انسان بالغ

منگنز جزء ضروری غذای طیور است.

ریز مغذی هایی که نقش حیاتی در رشد سالم گیاهان زراعی ایفا می کنند شامل بسیاری از فلزات d می باشد.

عناصر و برخی ریز عناصر در بدن بزرگسالان. لازم به ذکر است که پنج مورد از این عناصر متعلق به d-metals اولین راد انتقال هستند. این عناصر و سایر عناصر کمیاب d-metal عملکردهای مهم مختلفی را در سیستم های بیولوژیکی انجام می دهند.

کروم در فرآیند جذب گلوکز در بدن انسان نقش دارد.

منگنز جزء آنزیم های مختلف است. برای گیاهان ضروری است و جزء ضروری غذای پرندگان است، اگرچه برای گوسفند و گاو چندان مهم نیست. منگنز نیز در بدن انسان یافت شده است، اما هنوز مشخص نشده است که چقدر برای ما ضروری است. مقدار زیادی منگنز در آن یافت می شود. منابع خوب این عنصر آجیل، ادویه جات ترشی جات و غلات هستند.

کبالت برای گوسفند، گاو و انسان ضروری است. به عنوان مثال در ویتامین این ویتامین برای درمان کم خونی خطرناک استفاده می شود. همچنین برای تشکیل DNA و RNA ضروری است (به فصل 20 مراجعه کنید).

نیکل در بافت های بدن انسان یافت شده است، اما نقش آن هنوز مشخص نشده است.

مس جزء مهم تعدادی از آنزیم ها است و برای سنتز هموگلوبین ضروری است. گیاهان به آن نیاز دارند و گوسفندان و گاوها به ویژه به کمبود مس در رژیم غذایی خود حساس هستند. با کمبود مس در غذای گوسفند، بره ها با ناهنجاری های مادرزادی، به ویژه فلج اندام های عقبی ظاهر می شوند. در رژیم غذایی انسان، تنها غذایی که حاوی مقادیر قابل توجهی مس است جگر است. مقدار کمی مس در غذاهای دریایی، حبوبات، میوه های خشک و غلات یافت می شود.

روی بخشی از تعدادی آنزیم است. برای تولید انسولین ضروری است و بخشی جدایی ناپذیر از آنزیم انیدراز است که نقش مهمی در روند تنفس دارد.

بیماری های مرتبط با کمبود سینیک

در اوایل دهه 1960. دکتر A. S. Prasad در ایران و هند بیماری مرتبط با کمبود روی در غذا را کشف کرد که خود را با رشد کند کودکان و کم خونی نشان می دهد. از آن زمان به بعد، کمبود روی در رژیم غذایی به عنوان یکی از دلایل اصلی توقف رشد در کودکانی که از سوء تغذیه شدید رنج می برند، شناسایی شده است. روی برای عملکرد لنفوسیت های T ضروری است که بدون آن سیستم ایمنی بدن انسان نمی تواند با عفونت ها مبارزه کند.

مکمل های روی به مسمومیت های شدید فلزات و همچنین برخی بیماری های ارثی مانند کم خونی داسی شکل کمک می کند. کم خونی داسی شکل یک نقص مادرزادی گلبول های قرمز است که در جمعیت های بومی آفریقا یافت می شود. در افراد مبتلا به کم خونی داسی شکل، گلبول های قرمز خون شکل غیر طبیعی (داس شکل) دارند و بنابراین قادر به حمل اکسیژن نیستند. این به دلیل اشباع بیش از حد گلبول های قرمز با کلسیم است که توزیع بارها را در سطح سلول تغییر می دهد. افزودن روی به رژیم غذایی باعث می شود روی با کلسیم رقابت کند و شکل غیر طبیعی غشای سلولی را کاهش دهد.

مکمل های روی همچنین به درمان بی اشتهایی (از دست دادن اشتها) ناشی از اختلالات سیستم عصبی کمک می کند.

پس بیایید دوباره بگوییم!

1. رایج ترین عنصر روی زمین آهن است و پس از آن تیتانیوم.

2. d-Element ها به عنوان عناصر کمیاب در گیاهان، حیوانات و سنگ های قیمتی یافت می شوند.

3. برای تولید صنعتی آهن از دو سنگ هماتیت و مگنتیت استفاده می شود

4. آهن در کوره بلند با احیای سنگ آهن با مونوکسید کربن تولید می شود. برای حذف ناخالصی ها به صورت سرباره، سنگ آهک به سنگ معدن اضافه می شود.

5. فولادهای کربنی عمدتاً با استفاده از فرآیند مبدل اکسیژن (فرایند Linz-Donawitz) تولید می شوند.

6. برای تولید فولادهای آلیاژی با کیفیت از کوره ذوب الکتریکی استفاده می شود.

7. تیتانیوم از سنگ معدن ایلمنیت با استفاده از فرآیند کرول به دست می آید. در این حالت، ابتدا اکسید موجود در سنگ معدن تبدیل به

8. نیکل از سنگ معدن پنتلاندیت به دست می آید. سولفید نیکل موجود در آن ابتدا به اکسید تبدیل می شود که سپس با کربن (کک) به نیکل فلزی احیا می شود.

9. برای بدست آوردن مس از سنگ کالکوپیریت (پیریت مس) استفاده می شود. سولفید موجود در آن با حرارت دادن در شرایط دسترسی محدود به هوا کاهش می یابد.

10. آلیاژ مخلوط (یا محلول) یک فلز با یک یا چند عنصر دیگر است.

11. فولادها آلیاژهای آهن هستند که جزء اصلی آنهاست.

12. هر چه میزان کربن در آنها بیشتر باشد، سختی فولادهای کربنی بیشتر است.

13. فولاد ضد زنگ، فولاد ابزار و فولاد سیلیکونی از انواع فولادهای آلیاژی هستند.

14. آلیاژهای تیتانیوم و نیکل به طور گسترده در فناوری استفاده می شود. از آلیاژهای مس برای ساخت سکه استفاده می شود.

15. اکسید کلرید اکسید نیکل است و به عنوان کاتالیزور صنعتی استفاده می شود.

16. از اکسیدهای فلزات برای ساخت شیشه های رنگی استفاده می شود، از سایر ترکیبات فلزی به عنوان رنگدانه استفاده می شود.

17. d-فلزات نقش مهمی در سیستم های بیولوژیکی دارند. به عنوان مثال، هموگلوبین، که رنگدانه قرمز خون است، حاوی آهن است.