عنوان آزمایش :

شناسایی و جداسازی

 یون های گروه III  ( گروه نیکل -آلومینیوم )

مختصری درباره عناصر گروه III ( گروه نیکل - آلومینیوم )

نیکل

نیکل فلزی سخت ، چکش خوار، براق با ساختار بلورین مکعبی به رنگ سفید- نقره ای است . این عنصر در سال 1751 توسط Axel Cronstedt دانشمند سوئدی کشف گردید .

از نظر خواص مغناطیسی و فعالیت شیمیایی شبیه به آهن وکبالت است . کانی های اصلی نیکل ، پنتلاندیت ، پیروتیت (سولفید های نیکل- آهن) و گارنییریت (سیلیکات نیکل- منیزیم ) هستند.

این عنصر رسانای جریان برق است و سطح آن براق و صیقلی می باشد. این عنصر از گروه عناصر آهن و کبالت  می باشد و آلیاژهای آن قیمت های بالایی دارند.

این عنصر کاربردهای فراوانی در طبیعت دارد و برای ساخت فولاد ضد زنگ و دیگر آلیاژهای ضد زنگ و خوردگی مثل اینوار و مانل که آلیاژى از نیکل و کبالت که در برابر خوردگى مقاوم است و و اینکونل و Hastelloys کاربرد دارد. برای ساخت لوله های نیکلی و مسی و همین طور برای نمک زدایی گیاهان و تبدیل آب شور به آب مایع استفاده می شود. نیکل استفاده های فراوانی برای ساخت سکه ها و فولاد نیکلی برای زره ها و کلید ها کار برد دارد و همین طور از نیکل می توان آلیاژهای نیکروم و پرمالوی و آلیاژی از مس را تهیه کرد.

از نیکل برای ساخت شیشه های به رنگ سبز استفاده می شود. صفحات نیکلی می تواند نقش محافظت کننده برای دیگر فلزات را داشته باشد.. همچنین صنعت سرامیک و ساخت آلیاژی از آهن و نیکل که خاصیت مغناطیسی دارد و باتری های قوی ادیسون کاربرد دارد. از ترکیبات مهم نیکل می توان سولفات و آکسید را نام برد.

نیکل هم به صورت فلز و هم به صورت ترکیب محلول می تواند وجود داشته باشد.

اثرات نیکل بر سلامت انسان

راه های ورود نیکل به بدن انسان از طریق هوا، آشامیدن آب، خوردن غذا و کشیدن سیگار است. ممکن است بر اثر تماس پوست با خاک یا آب آلوده به نیکل، مقداری نیکل وارد بدن انسان شود. مقدار اندک نیکل برای انسان ضروری است اما اگر مقدار آن افزایش یابد، برای سلامت انسان خطرناک است.

نتایج مصرف بالای نیکل به شرح زیر است :

شانس مبتلا شدن به سرطان ریه، سرطان بینی، سرطان حنجره و سرطان پروستات را افزایش مدهد.

پس از اینکه فرد در معرض گاز نیکل قرار گرفت، دچار کسالت و سرگیجه میشود.

آب آوردن ریه ها

مشکلات تنفسی

کاهش توانایی تولید مثل

آسم و برونشیت مزمن

حساسیت هایی از قبیل خارش پوست (به خصوص در هنگام استفاده از جواهرات)

نارسایی قلبی

از لحاظ تقسیم بندی برنامه سم شناسی ملی آمریکا (NTP)، نیکل و ترکیبات آن جزء عوامل سرطان زا محسوب می شوند و از نظر طبقه بندی آژانس بین المللی تحقیقات سرطان (IARC) ترکیبات نیکل در گروه یک قرار می گیرند. گروه یک شامل عناصری می باشد که شواهد کافی در مورد سرطان زایی آنها وجود دارد. در این تقسیم بندی عنصر نیکل در گروه 2B قرار دارد. گروه 2B عناصری هستند که ممکن است در انسان سرطان ایجاد کنند.

تاثیرات زیست محیطی

کارخانه ها و سوزاندن زباله ها دو عامل اصلی در تولید نیکل و ورود آن به هوا می باشند. مقدار نیکلی که در هوا وجود دارد به مراتب از نیکل موجود در زمین بیشتر است. مدت زمان از بین رفتن نیکل موجود در هوا زیاد است. زمانیکه هرز آب ها جریان پیدا می کنند، مقداری نیکل را وارد آب های سطحی می کنند.

بخش اعظم ترکیبات نیکل در طبیعت جذب ذرات خاک و رسوبات شده و در نهایت به صورت غیر متحرک در    می آیند. در زمین های اسیدی نیکل بسیار متحرک میشود و معمولاً در آب های زیرزمینی شسته می شود.

مقدار اندک نیکل باید در غذای جانوران وجود داشته باشد. اما زمانیکه مقدار نیکل از حد مجاز خود فراتر رود،می تواند برای جانوران مضر و خطرناک باشد. جانورانی که در نزدیکی پالایشگاه زندگی می کنند، بر اثر دریافت مقدار زیاد نیکل به انواع مختلف سرطان مبتلا می شوند.

خواص فیزیکی و شیمیایی :

عدد اتمی : 28  *   جرم اتمی : 58.6934

نقطه ذوب :  1435  *   نقطه جوش :  2732

شعاع اتمی : 1.62  *   ظرفیت : 2و3  *  رنگ : سفید - نقره ای  * حالت استاندارد : جامد  *  نام گروه : 10

انرژی یونیزاسیون :  635/7

شکل الکترونی :  

شعاع یونی :  0.69  *  الکترونگاتیوی : 1.91   *   حالت اکسیداسیون : 2و3   *   دانسیته :   8.9

گرمای فروپاشی :  47/17   *   گرمای تبخیر :   4/370   *   گرمای ویژه :    44/0

مقاومت الکتریکی : 0000000699/0 اهم   *   دوره تناوبی : 4

درجه اشتعال : در حالت جامد اشتعال پذیر

اشکال دیگر :  هیدرید نیکل NiH ، اکسید نیکل NiO ، دی کلرید نیکل  

کبالت

کبالت ، عنصر شیمیایی است که با نشان Co و عدد اتمی 27 در جدول تناوبی قرار دارد.

تاریخچه

کبالت و ترکیبات آن در دوران باستان شناخته شد که برای آبی کردن رنگ شیشه از آنها استفاده می‌کردند. "George Brand" به خاطر کشف کبالت شهرت یافت. تاریخ کشف این عنصر در منابع مختلف ، متفاوت است، اما این کشف بین سال های 1730 و 1737 اتفاق افتاده است. او موفق به اثبات این نکته شد که منبع رنگ آبی شیشه‌ها کبالت است. قبلا بیسموت همراه کبالت را عامل رنگ آبی شیشه‌ها می‌دانستند.

پیدایش

کبالت ، به صورت فلز آزاد وجود ندارد و عموما به‌صورت سنگ معدن یافت می‌شود. کبالت معمولا به‌تنهایی استخراج نمی‌شود و به‌عنوان محصول جانبی فعالیت های استخراج مس و نیکل بدست می‌آید.

سنگ معدن های اصلی کبالت عبارتند از: کبالتیت ، اریتریت ، گلائوکودوت و اسکوترودیت. عمده‌ترین تولید کنندگان کبالت در جهان ، چین ، زامبیا ، روسیه و استرالیا هستند.

ترکیبات

به‌علت وجود حالت های اکسیداسیون مختلف ، تعداد زیادی از ترکیبات کبالت وجود دارد. هر دو اکسید در دمای پایین ، ضد فرومغناطیس می‌باشند ؛ CaO ، .

کاربردها

آلیاژهایی از قبیل :

آلیاژهای دیرگداز ، برای قطعات توربین گاز موتورهای هواپیما.

آلیاژهای مقاوم در مقابل فرسایش و آسیب بر اثر کارکرد بالا.

فولاد ، در سرعت های بسیار زیاد.

در کاربیدهای روکشدار ( فلزات سخت هم نامیده می‌شوند ) و ابزارهای الماسه.

در آهن ربا و واسطه ضبط مغناطیسی ( ازقبیل نوار کاست و ویدئو ).

کاتالیزور برای مصرف در صنایع شیمیایی و نفتی.

در آبکاری الکتریکی برای ظاهر ، استحکام و مقاوت در برابر اکسیداسیون.

عامل خشک کننده در رنگ ها ، جوهر و براق‌کننده‌ها.

در لایه زیرین لعاب های چینی.

در رنگدانه ( کبالت آبی و سبز ).

در الکترودهای باطری.

تایرهای رادیال تسمه فولادی.

کبالت –60 هم به عنوان منبع اشعه گاما دارای چندین کاربرد است :

در پرتو درمانی ( رادیوتراپی ) بکار می‌رود.

در استرلیزه کردن غذاها با روش تابشی ( پاستوریزه کردن سرد ) بکار می‌رود.

در رادیوگرافی صنعتی به‌منظور تشخیص عیوب ساختاری قطعات فلزات بکار می‌رود.

ایزوتوپ ها

کبالت ، به صورت طبیعی دارای 1 ایزوتوپ پایدار ( 59- Co) می‌باشد.22 رادیوایزوتوپ نیز شناخته شده که پایدارترین آنها Co-60 با نیمه عمر 5,2714 سال ، CO-57 با نیمه عمر 271,79 روز ، Co-56 با نیمه عمر 77,27 روز و Co-58 با نیمه عمر 70,86 روز هستند. مابقی ایزوتوپ های رادیواکتیو ، دارای نیمه عمری کمتر از 18 ساعت هستند که اکثریت آنها نیمه عمری کمتر از 1 ثانیه دارند. این عنصر همچنین دارای 4 حالت برانگیختگی است که تمامی آنها نیمه عمری کمتر از 15 دقیقه دارند.

ایزوتوپ های کبالت از نظر وزن اتمی ، بین amu50 و amu 73 قرار دارند. حالت فروپاشی اصلی قبل از فراوانترین ایزوتوپ پایدار 59-Co ، الکترون گیری و حالت اصلی بعد از آن کاهش بتا می‌باشد. محصول فروپاشی اصلی پیش از   59-Co ایزوتوپ های عنصر 26 (آهن) و محصولات اصلی بعد از آن ایزوتوپ های عنصر 28 (نیکل) می‌باشند.

خواص فیزیکی و شیمیایی :

شعاع کووالانسی : pm 126   *   ساختار الکترونی :  

درجه اکسیداسیون (اکسید) : 2,3 (آمفوتریک)   *   ساختار کریستالی : 6 گوش

حالت ماده : جامد (فرومغناطیس)

نقطه ذوب : 1768 :   2723    *   نقطه جوش :  2301

حجم مولی :  6.67   *  گرمای تبخیر :  376.5   *   گرمای هم جوشی :  16.19

فشار بخار : 175 پاسکال در  1768   *   سرعت صوت :  4720 در  15/293

الکترونگاتیویته : 1.88 (درجه پائولینگ)    *   ظرفیت گرمایی ویژه : 420

رسانائی الکتریکی : 17.2 106 اهم   *   رسانائی گرمایی :  100

آهن

آهن فلزی نسبتاً فراوان در جهان است و اهمیت حیاتی در زندگی حیوانات و گیاهان دارد . فلزی خالص که دارای فعالیت شیمیایی زیاد است و مخصوصاً در هوای مرطوب به سرعت زنگ می زند .

این عنصر در خورشید و انواع ستاره ها یافت می شود. این عنصر هسته پایداری دارد. هسته زمین دارای ترکیبی از 10 درصد آهن و هیدروژن دارد. این فلز چهارمین عنصر فراوان از نظر وزنی در پوسته زمین است . عمومی ترین ترکیب این عنصر هماتیت است که در داخل رسوبات سیاه سواحل و صخره های رودخانه ها یافت می شود.

آهن معمولی ترکیبی از 4 ایزوتوپ می باشد. ده ایزوتوپ دیگر نیز از این عنصر شناخته شده است.

عنصر خالص آهن دارای خاصیت واکنش پذیری شیمیایی بالا است و به سرعت زنگ می زند و اکسید می شود. در هوای مرطوب و خیلی گرم این خاصیت افزایش پیدا می کند. آهن دارای 4 آلوتروپی است که عبارتند از آلفا، بتا، گاما، امگا. آلفا شکلی از آهنربا است که از بتا تغییر شکل پیدا کرده باشد. آهن خام یا چدن شامل 3 درصد کربن با میزان مختلفی از عناصر گوگرد، سیلیسیوم ، منگنزو فسفر می باشد.

آهن دارای خاصیت سخت، شکننده، نسبتاً زودگداز و آلیاژها و ترکیبات مختلف آن کاربردهایی مثل فولاد دارند. آهن ورزیده شامل یک دهم درصد کربن، بادوام، چکش خوار، ذوب شونده سریع و معمولاً ساختار الیافی دارد .فولاد کربنی ترکیبی از آهن و به میزان کم منگنز و گوگرد و فسفر و سیلیسیوم می باشد. آلیاژهای فولاد عبارتند از فولاد کربنی یا ترکیبی از عناصر دیگر مثل نیکل و کروم و وانادیم و غیره. آهن ارزان ، فراوان بسیار مفید و فلز مهمی در صنعت می باشد.

اثرات آهن بر سلامتی انسان

آهن در کلیه مواد غذایی مانند گوشت، سیب زمینی و سبزیجات وجود دارد. آهن مهمترین بخش تشکیل دهنده هموگلوبین است و عامل رنگ قرمز خون و منتقل کننده اکسیژن در کل بدن انسان می باشد.

اگر آهن با بافت های بدن برخورد کند یا در آنها باقی بماند، باعث ورم ملتحمه، مشکلاتی در مشیمیه و آماس شبکیه می شود. اگر مقدار بیش از حد مجاز غبار یا بخار اکسید آهن تنفس شود، مشکلات معده و ریوی خوش خیم را به نام siderosis سبب می شود. این بیماری با استفاده از اشعه ایکس قابل تشخیص می باشد. اختلالات فیزیکی خاصی همراه با بیماری siderosis پیش نمی آید. تنفس مقدار فراوانی اکسید آهن (به خصوص کارگرانی که در چنین محیط هایی کار می کنند) خطر ابتلا به سرطان ریه را افزایش می دهد.

مقدار اندکی آهن در 50 درصد جانورانی که در معرض این عنصر شیمیایی قرار گرفته اند، سبب مرگ شده است. معمولاً این مقدار در حدود میلی گرم یا از ماده در هر کیلوگرم از وزن جانور می باشد.

تاثیرات زیست محیطی

آهن-3 آرسنیت و پنتاهیدرات ممکن است برای محیط زیست خطرناک باشند. به همین دلیل باید توجه خاصی به گیاهان، هوا و آب شود. به طور کلی باید از ورود مواد شیمیایی به محیط زیست جلوگیری به عمل آورد، زیرا اکثر مواد شیمیایی برای مدت زمان طولانی در طبیعت باق می مانند و از خود مقاومت نشان میدهند.

خواص فیزیکی و شیمیایی :

عدد اتمی : 26   *  جرم اتمی : 55.845   *   شعاع اتمی : 1.72   *   شعاع یونی : 645/0

نقطه ذوب :  1244   *   نقطه جوش :   1962   *   ظرفیت:2و3

رنگ : خاکستری مایل به صورتی  *   حالت استاندارد : جامد

انرژی یونیزاسیون: 87/7   *   دوره تناوبی : 4

شکل الکترونی :

الکترونگاتیوی : 1.83  *   حالت اکسیداسیون : 2و3   *   دانسیته :  7.873

گرمای فروپاشی :  8/13   *   گرمای تبخیر :  6/349   *  گرمای ویژه :  44/0

مقاومت الکتریکی : 0000000971/0 اهم

اشکال دیگر :

اکسید آهن FeO ، مگنتیت  و هماتیت  ، دی کلرید آهن  و تری کلرید آهن

منگنز

منگنز ، عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی ، دارای نشان Mn و عدد اتمی 25 می‌باشد.

تاریخچه

منگنز از ماقبل تاریخ مورد استفاده بوده است. رنگ هایی که از رنگدانه‌های دی‌اکسید منگنز ساخته شده‌اند، به 1700 سال پیش برمی‌گردند. مصریان و رومیان ، ازترکیبات این عنصر در شیشه‌سازی ، چه برای رنگ‌آمیزی آن و چه برای از بین بردن رنگ آن استفاده می‌کردند. منگنز که می‌توان آن را در کانی‌های آهن یافت، توسط اسپارت ها بکار می‌رفت. بعضی افراد بر این باورند که سختی استثنائی فولاد اسپارتان ، ناشی از تولید ناخواسته یک آلیاژ آهن - منگنز می‌باشد.

تقریبا در آغاز قرن 19، دانشمندان استفاده از منگنز را در فولادسازی مورد بررسی قرار دادند که آن زمان ، حقوق انحصاری برای کاربردهای آن واگذار شد. در سال 1816 متوجه شدند، افزودن منگنز به آهن بدون تغییر درمیزان شکنندگی آن ، باعث استحکام بیشتر آهن می‌شود.

کاربردها

منگنز به خاطر خصوصیات ثابت کنندگی گوگرد ، اکسیژن‌زدائی و آلیاژ سازی برای تولید آهن و فولاد ضروری است. فولادسازی ، ازجمله بخش تولید آهن آن ، بیشترین مقدار منگنز داخلی را نیاز دارد که اخیرا بین 90% تا 85% مقدار مورد نیاز است. از بین کاربردهای مختلف دیگر آن ، منگنز بخش اصلی فرمول های فولاد ضد زنگ ارزان قیمت و آلیاژهای آلومینیم پرکاربرد را تشکیل می‌دهد.

از اکسید منگنز ، در انواع پیل های خشک جدید استفاده می‌شود. انتظار می‌رود ماهیت و سطح کلی کاربرد منگنز در آمریکا در آینده ای نزدیک تقریبا یکسان باقی بماند. هیچ گونه فن‌آوری عملی برای جایگزینی مواد دیگر به جای منگنز یا استفاده از مقادیر داخلی و سایر ذخائر جهت خودکفایی آمریکا نسبـت به کانی منگنز سایر کشورها وجود ندارد.

ترکیبات

پرمنگنات پتاسیم که آن را بلورهای کاندی هم می‌نامند، به‌علت خصوصیات اکسیداسیون آن ، یک معرف آزمایشگاهی متداول است و بعنوان یک داروی محلی کاربرد دارد؛ ( مثلا برای درمان بیماری های ماهی ). دی‌اکسید منگنز در پیل های خشک کاربرد داشته ، نیز می‌توان از آن برای کلرزدایی شیشه‌هایی که با مقادیر کمی آهن ، سبز رنگ شده‌اند، استفاده نمود. با ترکیبات منگنز ، می‌توان شیشه‌ها را ارغوانی کرد و عامل رنگ ارغوانی واقعی می‌باشد. علاوه بر این‌ها ، از دی‌اکسید منگنز برای تولید اکسیژن ، کلر و رنگ های سیاه جامد استفاده می‌گردد.

ایزوتوپ ها

منگنز به طور طبیعی دارای یک ایزوتوپ پایدار Mn-55 می‌باشد. 18 ایزوتوپ پرتوزاد هم برای این عنصر شناسایی شده است که پایدارترین آنها منگنز53 با نیمه عمر 7/3 میلیون سال ، منگنز-54 با نیمه عمر 312,3 روز و منگنز-52 با نیمه عمر 5,591 روز هستند. مابقی ایزوتوپهای رادیواکتیو از نیمه عمری کمتر از 3 ساعت برخوردار بوده که نیمه عمر اکثر آنها کمتر از 1 دقیقه است. همچنین این عنصر دارای 3 meta states می‌باشد.

منگنز ، جزء عناصر گروه آهنی است که تصور می‌شود در ستارگان بزرگ ، اندکی قبل از انفجار ابراختر سنتز شده‌اند. منگنز-53 به شکل Cr-53 با نیمه عمر 3,7 میلیون سال فرسایش می‌یابد. منگنز-53 به‌علت نیمه عمر نسبتا کوتاهش یک رادیونوکلید غیر فعال است. محتویات ایزوتوپی منگنز ، معمولا با محتویات ایزوتوپی کروم ترکیب می‌شـود که در isotope geology بکار می‌رود. نسبت های ایزوتوپی منگنز – کروم شواهدی را که از آلومینیم 26 و پالادیم 107 برای تاریخ آغازین منظومه شمسی وجود دارد، تقویت می‌کند.

ایزوتوپ های منگنز از نظر وزن اتمی بین amu 46 تا amu 65 قرار دارند. حالت فروپاشی اولیه ، قبل از فراوان‌ترین ایزوتوپ پایدار ( Mn-55 ) جذب الکترون و حالت اولیه پس از آن بتا می‌باشد.

خواص فیزیکی و شیمیایی :

وزن اتمی : amu 54.938049

شعاع اتمی :  pm 161  *   شعاع کووالانسی :  pm139

ساختار الکترونی :    *  ساختار کریستالی : مکعب بدنه مرکزی

درجه اکسیداسیون (اکسید) : 7,6,4,2,3 (اسید قوی)   * الکترونگاتیویته : 1.55 (درجه پائولینگ)  

حالت ماده : جامد (معمولاْ غیر مغناطیسی)

نقطه ذوب :  1517   *   نقطه جوش :   2235

حجم مولی :  7.35   *   ظرفیت گرمایی ویژه : 480

گرمای تبخیر :  226   *   گرمای هم‌جوشی :  12.05

فشار بخار : 121 پاسکال در  1517   *   سرعت صوت :  5150 در 293.15

رسانائی الکتریکی : 0.695 106 اهم   *   رسانائی گرمایی :  7.82

آلومینیم

آلومینیم فلزی چکش خوار و نرم به رنگ سفید- نقره ای است و ساختار بلورین مکعبی دارد . این عنصر در سال 1825 توسط Hans Christian Oersted دانشمند دانمارکی کشف گردید . اگر چه فراوان ترین فلز در پوسته زمین است( حدود 8% وزنی) اما به صورت غیر ترکیبی وجود ندارد و از اجزاء سنگ های معدنی از جمله خاک رس، بوکسیت، میکا، فلدسپار، کریولیت و همچنین الکترولیز بوکسیت بدست می آید . آلومینیم به صورت تجاری از طریق پروسه    Hall- Heroult تهیه می شود.

روش بدست آوردن این فلز الکترولیز اکسید آلومینیم محلول در فلورید سدیم و آلومینیم است که این روش در سال 1886 توسط Hall در آمریکا کشف شد. سنگ کریولیت یا فلورید سدیم و آلومینیم طبیعی در گرینلند یافت می شود که کاربرد زیادی ندارد اما در عوض به جای کریولیت مخلوط مصنوعی را از سدیم و آلومینیم و فلورید کلسیم درست می کنند که در تجارت کاربرد دارد.

آلومینیم خالص دارای رنگ نقره ای سفید است و محصول فراوری شده آن دارای خصوصیات آلی است. این فلز سبک و خصوصیات مغناطیسی ندارد و غیر رسانای جریان برق است و دومین فلز از نظر چکش خواری است و ششمین فلز از نظر مفتول پذیری است.

کاربردها

کاربرد این فلز برای ظروف آشپزخانه کاربرد زیادی دارد برای تزئین خارجی بناهای ساختمانی نیز به کار می رود و کاربرد زیادی در صنایع به علت خصوصیات سبکی و مقاوت بالا دارد.

اگرچه رسانایی الکتریکی این عنصر 60 درصد مس است اما در صنایع انتقال خطوط الکتریکی به علت سبکی وزن کاربرد دارد. آلومینیوم خالص فاقد استحکام و بسیار انعطاف پذیر است. اما آلیاژ این عنصر با عناصر مس و منیزیم و سیلیسیم و منگنز و دیگر عناصر کاربرد زیادی در صنایع مختلف دارد.

این آلیاژها نقش بسیار اساسی در ساخت هواپیماها و راکتورها دارند. آلومینیم در خلا تبخیر می شود و فرم های مختلف این عنصر کاربردهای مختلفی دارند مثلاٌ به عنوان پوشش صیقلی برای نور مرئی و اشعه گرمایی دارد. این پوشش ها به صورت یک لایه نازک جسم را از اکسید شدن جلوگیری می کند . از پوشش آلومینیمی برای آیینه تلسکوپ ها و ساخت کاغذهای تزئینی و اسباب بازی ها و قوطی ها استفاده می شود.

ترکیبات مهم آلومینیم عبارتند از اکسید و سولفات آلومینیم و سولفات آلومینیم محلول در پتاسیم .            اکسید آلومینیم در یاقوت سرخ و یاقوت کبود و کرندوم و سنگ سمباده یافت می شود که این اکسید برای ساخت شیشه و کارخانه ها استفاده می شود . یاقوت سرخ و کبود مصنوعی برای اشعه لیزر نور همدوس کاربرد دارد.

اثرات آلومینیم بر سلامتی انسان

آلومینیم فلزی است که بسیار مورد استفاده قرار می گیرد و همچنین یکی از فراوان ترین ترکیباتی است که در پوسته زمین وجود دارد. با توجه به این موارد، آلومینیم عنصر مظلومی است. اما زمانیکه غلظت آلومینیم در محیط افزایش می یابد، اثرات شدیدی بر سلامت انسان می گذارند.

در بیشتر اوقات مقدار آلومینیم غذا افزایش پیدا می کند. راه های دیگری که سبب افزایش مقدار آلومینیم می شود تنفس کردن و تماس پوستی آلومینیم است. اگر فردی برای مدت زمان طولانی در تماس با غلظت زیادی از آلومینیم باشد علایم زیر در وی بروز پیدا می کند :

سیستم عصبی مرکزی آسیب می بیند.

سبب جنون می شود.

فرد حافظه خود را از دست می دهد.

باعث سستی و بی حالی می شود.

باعث لرز شدید و تشنج می گردد.

تنفس آلومینیم یا پودر اکسید آلومینیم باعث تصلب ریه ها و آسیب به شش ها می شود. این بیماری تحت نام Shaver’s Disease خوانده می شود. در این حالت ممکن است آلومینیم با سیلیسیم و اکسید آهن موجود در هوا نیز واکنش داده و باعث بیماری آلزایمر شود.

اثرات آلومینیم بر محیط زیست

مقدار آلومینیم در دریاچه های اسیدی بسیار بالا است. در این دریاچه ها تعداد ماهی ها و دو زیستان کاهش  می یابد زیرا یون های آلومینیم با پروتئین های موجود در آب شش ماهی ها و جنین قورباغه ها واکنش می دهد.

غلظت بالای آلومینیم نه تنها بر ماهی ها اثر می گذارد، بلکه بر پرندگان و سایر جانوران که از ماهی و حشرات آلوده تغذیه می کنند و جانورانی که در هوای حاوی آلومینیم تنفس می کنند، اثر میگذارد. اثر مصرف ماهی های آلوده بر پرندگان به گونه ای است که پوست تخم آنها نازک می شود و جوجه های با وزن کم متولد می شوند. اثر تنفس آلومینیم بر جانوران مشکلات تنفسی، کمبود وزن و کاهش فعالیت می باشد.

دریاچه های اسیدی و هوا فقط آلومینیم زیاد ندارند، بلکه آب های زیرزمینی که از خاک های اسیدی عبور        می کنند هم دارای مقدار زیادی آلومینیم هستند. علائم بسیار زیادی وجود دارد که آلومینیم می تواند به ریشه درختانی که در آب های زیرزمینی قرار دارند، آسیب می رساند.

خواص فیزیکی و شیمیایی :

عدد اتمی : 13   *   جرم اتمی : amu 26.98154   *   شعاع اتمی : pm 143/1

نقطه ذوب :  32/660   *   نقطه جوش :  2467

ظرفیت : 3+  *   رنگ : نقره ای   *   حالت استاندارد : جامد   *   نام گروه : 3   *   دوره تناوبی: 3

انرژی یونیزاسیون :  5/577

شکل الکترونی: 

شعاع یونی : 0.535  *   الکترونگاتیوی : 1.61   *   حالت اکسیداسیون : 3

دانسیته :   2.7    *   مقاومت الکتریکی : 0000000265/0 اهم

گرمای فروپاشی :  79/10   *  گرمای تبخیر :  4/293   *   گرمای ویژه :  9/0

اشکال دیگر :

اکسید آلومینیم  ،  هیدرید آلومینیم  ، کلرید آلومینیم  و هگزا کلرید آلومینیم  

منابع:

1-      http://fa.wikipedia.org/wiki/%DA%A9%D8%B1%D9%88%D9%85

http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara  -2        

3-http://iranchem.blogfa.com                                                              

شرح کار

هدف:

جداسازی وشناسایی کاتیون های گروه 3

مواد و وسایل مورد نیاز:

کلرور آمونیوم اشباع – آمونیاک غلیظ – تیواستامید 10% - HCL 3 مولار - HCL غلیظ –

₃HNO غلیظ – KOH 3 مولار – پر اکسید پتاسیم  یا  پر اکسید سدیم - ₃NH غلیظ –  ₂(AC)Ba 1 مولار – بیسموتات – KSCN 3 مولار – NAF جامد -  CNS₄NH الکلی –  ₃NH 3 مولار – دی متیل گلی اکسیم

شرح آزمایش:

ابتدا 20 الی 25 قطره از محلول مجهول را برداشته و آن را به درون یک لوله آزمایش انتقال دهید.

سپس بر روی محلول 5 قطره کلرور آمونیوم اشباع شده اضافه نمایید. سپس به محلول قطره قطره آمونیاک غلیظ اضافه کرده تا محلول کاملا قلیایی شود. ( محلول به صورت ژله می شود). به محلول 15 قطره تیواستامید 10% اضافه نموده و برای 5 دقیقه در حمام آب گرم قرار داده و سانتریفیوژ نمایید.

محلول و رسوب را از هم جدا کرده (محلول و رسوب A)

 محلولA را برای تجزیه گروهای V و IV نگه دارید.

رسوبA:

 به رسوب 5 قطره HCL غلیظ و 3 قطره اسید نیتریک غلیظ اضافه نمایید. اگر رسوب حل شد نشان دهنده ی وجود نیکل و کبالت می باشد( رنگ محلول باید شفاف باشد). سپس در لوله آزمایش دیگر با مقداری پتاس و آب مقطر KOH غلیظ درست کرده و KOH را قطره قطره به محلول اضافه نمایید تا محلول قلیایی شود ( با تست کردن بر روی کاغذ تورنسل).

سپس به محلول پراکسید سدیم یا پراکسید پتاسیم اضافه نموده و برای 3 دقیقه در حمام آب گرم قرار داده ، سانتریفیوژ نمایید.

محلول و رسوب را جدا کرده نگه دارید. (محلول و رسوب B)

محلولB، شامل یون آلومینات ، کرومات و زنکات می باشد . این یون ها در گروه IIIA تجزیه می شوند .

رسوبB ، شامل اکسید منگنز هیدراته و هیدرواکسیدهای آهن ،کبالت و نیکل است این یون ها در گروه IIIB تجزیه می شوند.

به محلول B که شامل یونهای آلومینات، کرومات و... می باشد . قطره قطره HCL غلیظ افزوده تا محلول اسیدی شود .سپس به محلول  15 الی 20 قطره CL₄NH اشباع شده اضافه نمایید و قطره قطره ₃NH غلیظ اضافه نموده تا محلول قلیایی شود. بعد از قلیایی شدن دوباره به محلول 4 الی 5 قطره دیگر  ₃NH غلیظ اضافه نموده و برای 3 دقیقه در حمام آب گرم قرار داده و سانتریفیوژ نمایید.

محلول و رسوب را از هم جدا کنید . (محلول ورسوب C)

  رسوب C: رسوب را با 10 قطره آب مقطر شسته و آب شستشو را دور بریزید. سپس به رسوب 10 قطره HCL 3 مولار اضافه نموده و برای 3 دقیقه در حمام آب گرم قرار داده و سانتریفیوژ نمایید. به محلول 4 قطره آلومینون و سپس قطره قطره ₃NH 3 مولار اضافه نمایید تا محلول قلیایی شود . و برای 2 دقیقه در حمام آب جوش قرار داده و سانتریفیوژ نمایید.رسوب قرمز- صورتی نشان دهنده ی حضور یون آلومینیوم است.

محلول روی رسوب C : به محلول 2 قطره باریم استات افزوده تا رسوب کامل شود . سپس سانتریفیوژ نموده محلول و رسوب را از هم جدا کنید. ( محلول و رسوب D)

کاتیونهای گروه IIIB :

رسوب B: رسوب را با 10 قطره آب مقطر شسته ،آب شستشو را دور بریزید. سپس رسوب را در حداقل HCL غلیظ همراه با گرم کردن حل نمایید. تا کاملا حل شده و ذره داخل محلول نباشد. محلول را با آب مقطر رقیق نموده و به 4 قسمت تقسیم نمایید.

قسمت اول : به محلول  0.2 گرم بیسموتات جامد افزوده خوب به هم بزنید، سپس سانتریفیوژ نمایید. رنگ قرمز مایل به ارغوانی در مایه رویی و جود یون منگنز را تائید می کند.

قسمت دوم: به محلول KSCN 3 مولار اضافه نمایید . ظهور قرمز خونی پر رنگ وجود یون فریک      ( آهن ) را تایید می کند.

قسمت سوم : به محلول آنقدر NaF جامد اضافه نموده و به هم بزنید  تا دیگر حل نشود . سپس 10 قطره     CNS₄NH الکلی را از کنار لوله آزمایش بر روی محلول بریزید. ظاهر شدن رنگ آبی – سبز در حد فاصل دو لایه نشان دهنده وجود یون کبالت است.

قسمت چهارم : به محلول آنقدر NaF جامد افزوده و به هم بزنید تا دیگر حل نشود . محلول را با ₃NH 3 مولار قلیایی کنید . سپس به محلول 4 قطره دی متیل گلی اکسیم بیفزایید. تشکیل رسوب قرمز نشان    دهنده ی  یون نیکل است.