up
Search      menu
زمین شناسی,جغرافیا :: مقاله عناصر کمياب زمين PDF
QR code - عناصر کمياب زمين

عناصر کمياب زمين

معرفي عناصر کمياب و منابع آنها در روي زمين (بخش اول)

معرفي عناصر کمياب و منابع آنها در روي زمين (بخش اول)
عناصر کمياب زمين، عنصرهاي 58 تا 71جدول تناوبي را تشکيلميدهند و جزو عناصر واسطه داخلي مي باشند. وجه تسميه لانتانيدها از عنصر 57 جدوليعني لانتان(La)گرفته شده است. بايد توجه داشت که خواص شيميايي اين دسته از عناصرمشابه خواص لانتان مي باشد. در واقع اطلاق نام عناصر نادر يا کمياب، از آنجائيکه اينعناصر نه کميابند و نه به آن دسته از اکسيدهاي خاکي مانند(اکسيدهاي)آلومينيوم،زيرکونيوم و ايتريوم تعلق دارند، غلط مصطلح است. زماني که نخستين اعضاي اين گروهبراي اولين بار کشف شد، بصورت اکسيد مجتمع گرديده بودند و از آنجايي که اين اکسيدهاتا اندازهاي به اکسيدهاي کلسيم، منيزيم و آلومينيوم که بعدها به آنها عنواناکسيدهاي خاکي اطلاق گرديد شباهت دارند، لذا اين عناصر به نام عناصر کمياب معروفگرديدند. در هر صورت بايد توجه داشت که سريوم در پوسته زمين بسيار فراوان تر از سرببوده و نيز ايتريم از قلع بسيار فراوانتر است و حتي بايداذعان نمود که کمياب ترينخاکهاي کمياب، به استثناي پرومتيم، بسيار از عناصر گروه پلاتين فراوانترند.
مهمترين کاني هاي عناصر کمياب عبارتند ازمونازيت، زنوتيم، بستناسيت. معمولااينمواد بوسيله اعمال مکانيکي مانند شناورسازي و يا استفاده از روشهاي مغناطيسي تغليظميشوند. سپس لانتانيدها در حالتيکه بصورت کانيهاي فسفات يا سيليکات مي باشند، بوسيلهاسيد مورد شستشو قرار مي گيرند. برخي از کانيها مانندکولومبوتانتالات ها با کربنحرارت داده شده و يا تحت تاثير کاستيک قوي قبل از سنگ شويي قرار داده ميشوند.
----------------------------------------------------------------
تربيوم(Terbium)
تربيوم، عنصر شيميايي است که در جدول تناوبي داراي نشان Tb وعدد اتمي 65 مي باشد.
تاريخچه
Carl Gustaf Mosanderشيميدان درسال 1843 تربيوم را کشف نمود و آنرا بر اساس نام دهکده Ytterby واقع در سوئدنامگذاري نمود. او اين عنصر را به شکل ناخالصيهاي موجود در اکسيد ايتريم(Y2O3)شناسايي کرد. تربيوم تا قبل از پيدايش فن آوريهاي اخير جابجائي يوني، به شکل خالصجداسازي نشده بود.
پيدايش
تربيوم هرگز بصورت عنصر آزاد در طبيعتوجود ندارد، اما در کانيهاي زيادي از جمله سيريت، گادولينيت و مونازيتC , La ,(Th , Nd , Y(PO4 که داراي بيش از 03 0% تربيوم ، زنوتايم( YPO4)و اوکسنيت( Y,Ca,Er,La,Ce,U,Th(Nb,Ta,Ti2O6که داراي 1% يا بيشتر تربيوم مي باشند، وجوددارد.
خصوصيات قابل توجه
تربيوم عنصر کمياب و خاکستري رنگي استکه قابل انعطاف و چکش خوار بوده و به قدري نرم است که با چاقو بريده مي شود، تا حدقابل قبولي در هوا پايدار است و داراي دو دگرگوني بلورين و درجه تغيير شکل 1289درجه سانتي گراد مي باشد.
کاربردها
تربيوم به فلوريد کلسيم،تنگستيت کلسيم و موليبديت استرانسيم افزوده مي شود که در ابزار حالت جامد و به عنوانتثبيت کننده هاي بلورين پيلهاي سوختي در دماهاي بالا و به همراه ZrO2 عمل ميکنند. به علاوه تربيوم در آلياژها و ساخت وسايل برقي بکار ميرود و اکسيد آن، دارايتوانايي جهت فعال نمودن فسفر سبز موجود در لامپ مهتابي و لامپ تصوير تلويزيونهايرنگي مي باشد. بورات تربيوم سديم بهعنوان ماده ليزري که در 5460 آنگستروم، نورهمنوسان ساطع مي کند، بکار مي رود.
ترکيبات
ترکيبات تربيومعبارتند از:
فلوئوريدها TbF2- TbF3TbF4
کلريدها TbCl3
برميدها TbBr3
يديدها TbI3
اکسيدها TbO2 - Tb2O3
سولفيدها Tb2S3
سلنيدها Tb2Se3
نيتريدها TbN
ايزوتوپها
تربيوم بطور طبيعي داراي يک ايزوتوپ پايدار Tb-159 و 33 راديوايزوتوپ استکه فراوانترين آنها تربيوم 158 با نيمه عمر 180 سال، تربيوم 157 با نيمه عمر 71 سالو تربيوم 160 با نيمه عمر3 73 روز مي باشد. مابقي ايزوتوپهاي راديواکتيو آن داراينيمه عمرهايي کمتر از 6,907 روز هستند که اکثر آنها نيز نيمه عمري کمتر از24 ثانيهدارند. تربيوم همچنين 18 حالت متا دارد. حالت فروپاشي اوليه قبل از فراوانترينايزوتوپ پايدار(تربيوم 159)جذب الکترون و حالت اوليه پس از آن فروپاشي منفي بتااست. محصول فروپاشي اوليه قبل از تربيوم 159 ايزوتوپهاي عنصر Gd گادولينيم و محصولاوليه پس از آن ايزوتوپ هاي عنصر Dy ديسپروزيمهستند
----------------------------------------------------------------
ديسپروزيوم( Dysprosium)
ديسپروزيم، عنصر شيميايي است که با نشان Dy و عدد اتمي66 در جدول تناوبي قرار دارد.
تاريخچه
Paul Emile Lecoq de Boisbaudranشيميدان فرانسوي، در سال 1886 در پاريس براي اولين بار ديسپروزيم راشناسايي نمود، اما تا قبل ازابداع روشهاي تبادل يوني و کاهش فلزنگاري در دهه 60،اين عنصر به شکل نسبتا خالص بدست نيامده بود. نام ديسپوزيم از واژه يوناني dysprositos به معني مشکل بدست آمدن گرفته شده است.
پيدايش
ديسپوزيم هرگز بصورت عنصري آزاد ديده نشده است، اما اغلب به همراه اربيوم و هولميوميا ساير عناصر خاکي کمياب در بسياري از کانيها از جمله xenotime, fergusonite gadolinite, euxenite polycrase, blomstrandine, monazite, bastnasite يافتمي شود.
خصوصيات قابل توجه
ديسپروزيم، عنصر کميابي است که دارايرنگ نقرهاي درخشان و در حرارت اطاق نسبتا پايدار است، اما به سرعت در اسيدهاي معدنيرقيق يا غليظ حل شده، هيدروژن آزاد مي کند. اين عنصر به قدري نرم است که با چاقوبريده مي شود و اگر زياد گرم نشود، بدون جرقه تراشيده مي شود. ويژگيهاي ديسپروزيم حتيبا مقادير بسيار کمي ناخالصي تحت تاثير قرار مي گيرد.
کاربردها
از ديسپروزيم به همراه واناديم و عناصر ديگر در ساخت مواد ليزر استفاده مي شود،قابليت جذب بالاي نوترون حرارتي و نيز نقطه ذوبش، موجب کاربرد آن در ميله هاي کنترلاتمي شده است. ازاکسيد ديسپروزيم( نام ديگر آن dysprosia است)، به همراه ترکيباتچسبناک نيکل که در بمباران طولاني مدت نوترون بي هيچ افزايش يا کاهشي به آسانينوترون جذب ميکنند، درميله هاي خنک کننده موجود در رآکتورهاي اتمي استفاده مي شود. علاوه بر آن از ديسپروزيم در توليد لوحهاي فشرده(CD)استفاده ميگردد.
ترکيبات
فلورايدها DyF3
کلريدها DyCl2
بروميدها DyBr2 - DyBr3
يديدها DyI3 – DyI2
اکسيدها Dy2O3
سولفيدها Dy2S3
نيتريدها DyN
ايزوتوپ ها
ديسپروزيوم بصورتطبيعي داراي 7 ايزوتوپ پايدار164-Dy،160-Dy ،158-Dy ،156-Dy
Dy –164 مي باشدکه فراوان ترين آنها Dy-164 است( فراواني طبيعي 18 28%). براي اين عنصر 28راديوايزوتوپ شناخته شده که پايدارترين آنها Dy-154 بانيمه عمر E+6 3 0 سال ,Dy-159 با نيمه عمر 4 144 روز وDy-166با نيمه عمر 6 81ساعت مي باشد. بقيه ايزوتوپهايراديواکتيو اين عنصر ، نيمه عمري کمتر از 10 ساعت دارند که نيمه عمر اکثر آنها کمتراز 30 ثانيه است. همچنين ديسپوزيم داراي 5 حالت برانگيخته است که پايدارترينشان165m-Dy با نيمه عمر257 1 دقيقه، 147m-Dy با نيمه عمر7 55 ثانيه و 145m-Dy با نيمهعمر 6 13 ثانيه مي باشد. حالت فروپاشي اصلي قبل از فراوانترين ايزوتوپپايدار164-Dyجذب الکترون و روش اوليه بعد از آن فروپاشي کاهش بتا مي باشد. محصولاتفروپاشي اوليه قبل از Dy-164 ايزوتوپ هاي عنصر Tb تربيوم و محصول اوليه بعد،ايزوتوپ هاي عنصر Ho هولميومهستند
----------------------------------------------------------------
هولميوم( Holmium)
هولميوم، عنصر شيميايي است که با نشان Ho و عدد اتمي 67 درجدول تناوبي وجود دارد. هولميوم در گروه لانتانيدها قرار داشته، عنصري فلزي، تاحدودي نرم وچکش خوار و به رنگ سفيد خاکستري است. هولميوم در هواي خشک و در دماياطاق، عنصري پايدار مي باشد. اين فلز خاکي کمياب درکانيهاي مونازيت و گادولينيت وجوددارد
تاريخچه
هولميوم( از واژه لاتين Holmia به معنياستکهلم)در سال 1878 توسط Marc Delafontaine و Jacques Louis Soret کشف شد. آنهانوارهاي جذب طيف نمايي خاص اين عنصر را که در آن زمان ناشناخته بود، شناسايي کردندو آنرا عنصر X ناميدند. بعد از آنها Per Theodor Cleve در سال 1878 مستقلا وهنگاميکه مشغول کار بر روي اکسيد اربيوم بود، اين عنصر را کشف کرد.Cleve با بهرهگيري از روشي که Carl Gustaf Mosander ابداع کرده بود، ابتدا تمامي ناخالصيهايشناخته شده را از erbia خارج نمود. نتيجه اين کار، دو ماده معدني جديد يکي قهوهاي وديگري سبز بود. او ماده قهوهاي را holmia برگرفته از نام زادگاه Cleve يعني استکهلمو ماده سبز رنگ را thulia نامگذاري کرد. بعدا مشخص شد Holmia اکسيد هولميوم و thulia اکسيد تاليوم هستند.
پيدايش
هولميوم مانند تمامي عناصرکمياب بصورت آزاد در طبيعت وجود ندارد، بلکه بصورت ترکيب با عناصر ديگر در کانيهايگادولينيت و مونازيت و ساير کانيهاي خاکي کمياب يافت مي شود. هولميوم را بصورت تجاريبا روش جابجائي يوني از شن مونازيت جدا ميکنند 05 0% هولميوم. اما هنوز هم جداسازيآن از ساير کانيهاي خاکي کمياب دشوار است. اين عنصر با روش کاهش کلريد و فلوريد آنبوسيله کلسيم فلزي تهيه شده است. مقدار موجود آن در پوسته زمين3 1 ميليگرم در هرکيلو برآورد شده است.
خصوصيات قابل توجه
هليم، عنصر فلزيخاکي سه ظرفيتي است که در بين تمامي عناصر طبيعي، داراي بيشترين گشتاورمغناطيسي(B6 10)بوده، خصوصيات مغناطيسي غيرعادي ديگري نيز دارد. در صورت ترکيب با ايتريوم،ترکيباتي به شدت مغناطيسي توليد مي کند. هولميوم، عنصري نسبتا نرم و چکش خواراست کهدر هواي خشک و در فشار و دماي معمولي، تاحدودي پايدار و در برابر فرسايش مقاوم است،اما در هواي مرطوب و در دماي زياد به سرعت اکسيد مي شود اکسيدي به رنگ زرد کمرنگتوليد مي کند. هليم در حالت خالص خود، داراي درخشش نقرهاي رنگ فلزي مي باشد.
کاربردها
» بخاطر خصوصيات مغناطيسي که هولميوم دارد، اگر آنرا بعنوانيک قطب مغناطيسي درآهنرباهاي بسيار قوي قرار دهيم، قويترين ميدانهاي مغناطيسيمصنوعي ساخته مي شود متمرکز کننده شار مغناطيسي هم ناميده مي شود.
» چون اينعنصر مي تواند نوترونهاي fission-bred اتمي را جذب کند، از آن در ميله هاي کنترلاتمي نيز استفاده مي شود.
» از گشتاور مغناطيسي بالاي آن در ليزرهاي حالتجامد ايتريم - آهن - گارنت(YIG)و ايتريم – لانتانيم – فلوريد(YLF)که درتجهيزات مايکروويو بکار ميرود، استفاده مي شود( که بترتيب در محيطهاي مختلف پزشکي ودندان پزشکي کاربرد دارد).
» از اکسيد هولميوم براي زرد کردن رنگ شيشهاستفاده مي شود.
----------------------------------------------------------------
اربيوم( Erbium)
اربيوم، در جدول تناوبي با نشان Er مشخص مي شود، داراي عدداتمي 68 مي باشد. اربيوم، فلز کمياب خاکي لانتانيد و نقرهاي رنگي است که به همراهچندين عنصر کمياب ديگر در گادولينيت معدني در Ytterby واقع در سوئد وجوددارد
تاريخچه
اربيوم(Ytterbyيک شهردرسوئد)در سال1843، توسط Carl Gustaf Mosander کشف گرديد. او ايتريا را از گادولينيت معدني و بهسه صورت، به نامهاي ايتريا، اربيا و تربيا جدا نمود. او نام اين عنصر را از نام شهر Ytterby که مقادير زيادي ايتريا و اربيوم در آن وجود دارد، اقتباس کرد. اما در آنزمان، اربيا و تربيا را با هم اشتنباه کردند. بعد از 1860 آنچه که تربيامي شناختند،اربيا نامگذاري کرده و بعد از 1877 آنچه که اربيا ميدانستند تربيا ناميدند. سرانجامGeorge Urban و Charles James در سال 1905 مستقلا Er2O3 نسبتا خالص را جدانمودند. تا قبل از سال 1934 زمانيکه، کلريد بدون آب را با بخار پتاسيم کاهش دادند،فلز خالص اربيوم بصورت قابل قبول تهيه نشده بود.
پيدايش
اينعنصر، همانند ساير عناصر خاکي کمياب هرگز در طبيعت بصورت عنصر آزاد وجود ندارد، اماهمراه سنگ معدنهاي شن مونازيت يافت ميشوند. از نظر تاريخي، قبلا جداسازي عناصر خاکيکمياب از يکديگر بسيار مشکل و گران بود، اما روش توليد تبادل يوني که اواخر قرنبيستم ابداع گشت، به ميزان زيادي هزينه توليد کليه فلزات عناصر کمياب و ترکيباتشيميايي آنها را کاهش داد. منابع تجاري اصلي اربيوم از معادن xenotime و euxenite مي باشند. اربيوم، فلزي به شکل گرد است و خطر آتشزايي و انفجار دارد.
خصوصيات توجه قابل
فلزاربيوم خالص، عنصري سه ظرفيتي ،چکش خوار، نرم و در هواتا حدي مقاوم است، بطوريکه به سرعت ساير فلزات کمياب اکسيده نمي شود. نمک آن به رنگسرخ بوده، طيفهاي جذب مشخص و خاصي را در نور مرئي، فرابنفش و نزديک مادون قرمزبوجود مي آورد.
بجز اين موارد، اربيوم بيشترهمانند ساير فلزات خاکي کمياب است. سسکوئي، اکسيد آنerbiaناميده مي شود.خصوصيات اربيوم تا حدي توسط نوع و مقاديرناخالصي موجود تعيين ميگردد.اين عنصر فاقد هرگونه نقش بيولوژيکي شناخته شده اي است،اما برخي بر اين باورند که اربيوم موجب فعال شدن متابوليسم مي شود.
کاربردها
» اين عنصر، بيشتر بصورت فيلتر عکاسي بکار ميرود
» به علتانعطاف پذيري آن، بعنوان ماده اي افزودني در متالوژي مفيد است.
» بعنوان جذبکننده نوترون در فناوري هسته اي بکار ميرود.
» در تقويت کننده هاي فيبري،بعنوان يک نا خالص کننده مورد استفاده است.
» در صورت اضافه شدن به واناديمبصورت آلياژ، موجب کاهش سختي و بهبود کارکرد آن ميگردد.
» اکسيد اربيوم صورتيرنگ است، بنابراين گاهي اوقات بعنوان رنگ دهنده شيشه و پوشش لعاب چيني کاربرد داردکه اغلب از اين شيشه ها در ساخت عينکهاي آفتابي و جواهرات ارزان استفادهميکنند.
ايزوتوپ ها
اربيوم بصورت طبيعي متشکل از 6 ايزوتوپپايدارEr-170، Er-168، Er-166، Er-164
Er-162، Er167 مي باشد که فراوانترينآنها Er-166 فراواني طبيعي6 36% است

تغييرات آب و هوايي زمين عصر يخبندان در خلال تاريخ، آب و هواي زمين بار ها دستخوش تغييرات اساسي شده است. بين ۸۰۰ تا ۶۰۰ ميليون سال پيش در طي دوره اي به ...

● مقدمه زمين ، سومين سياره نزديک به خورشيد و بزرگترين سياره در ميان سيارات دروني است. ساختار دروني زمين مثل ساير سيارات دروني از يک هسته داخلي و يک هس ...

تعريف: بنا به تعريف انجمن زمين شناسي مهندسي(IAEG)، زمينلغزش عبارتست از جابجايي به سمت پايين توده اي از مواد بر روي يك شيب طبقه بندي زمينلغزش ها: در سا ...

حرکت و جابجايي بخشي از مواد دامنه در امتداد يک سطح گسيختگي مشخص را «لغزش» مي ناميم. در لغزشهاي دامنه اي تغيير شکل از نوع «برش ساده» است. لغزش انواع مخ ...

در حاليکه اطلاعات اندکي تاکنون در باره مرکز کره زمين در اختيار بوده است، هم اکنون داده هاي مربوط به زمين لرزه ها ثابت مي کند که مرکزي ترين و دروني تري ...

امروز همه در اتحاديه اروپا از آتشفشان ايسلند سخن مي گويند!پروازها به شدت مختل شده است و ضربات سخت و جبران ناپذيري به بخش صنايع کشورهاي اروپايي وارد شد ...

زمين شناسي رسوبي براي اکتشاف و تکميل اطلاعات مربوط به مخازن نفت و گاز مهم مي باشد. اطلاعات زمين شناسي براي براي پيشبيني مکان هاي احتمالي استان هاي نفت ...

شناخت زلزله تعريف زلزله مردم عامي درکلامي ساده زلزله راحرکت ناگهاني زمين ناشي ازخشم نيروهاي ماوراء الطبيعه وخدايان مي دانند که بر بندگان عاصي وعصيانگر ...

دانلود نسخه PDF - عناصر کمياب زمين