چگونگی بکارگیری فلزهای مختلف از زمان کشف تا به امروز - دور زمین

خبرنگاران | سرویس علوم - در حال حاضر 86 نوع فلز شناخته شده وجود دارند، اما این تعداد همواره یکسان نبوده است، مثلاً در قرن نوزدهم تنها 24 فلز کشف شده بود و در میان این 24 فلز، 12 عدد آن ها در قرن هجدهم کشف شده بودند. فلزات عصر باستان عبارت بودند از آن دسته فلزاتی که تمدن بر پایه آن ها شکل گرفت. در ادامه با چگونگی به کارگیری فلزهای مختلف از زمان کشف تا به امروز آشنا می شوید.

گروه فلزات عصر باستان از این قرار هستند:

طلا

زمان کشف این فلز به 6000 سال پیش از میلاد باز می گردد. انسان عصر سنگی یاد گرفت طلا را به جواهرات تبدیل کند. طلا از محبوبترین فلزات است و این محبوبیت را به دلیل کمیابی، ارزشمندی و شیفتگی انسان نسبت به فلزات کسب نموده است. در گذشته از طلا برای ضرب سکه و فراوری یک واحد پول مستقل استفاده می شده است. نخستین بار استفاده از طلا را می توان در 2500 سال پیش از میلاد و در مصارف پزشکی چینی دید. امروزه نمک طبی طلا برای کاهش ورم درمان آسیب های استخوانی و تسکین درد سفتی مفاصل به کار می رود. طلا یکی از بهترین رسانا های برق است و در بسیاری از وسایل الکتریکی از جمله تلفن های همراه به کار گرفته می گردد. در بسیاری از کامپیوتر های معمولی نیز طلا یافت می گردد. این فلز در CPU و مادر برد به کار گرفته می گردد و به این ترتیب اجازه ارتباط بین بخش های مختلف کامپیوتر را می دهد. در لباس فضانوردان نیز از طلا استفاده شده است؛ یکی از مواد تشکیل دهنده کلاه فضانوردان، طلاست تا آن ها از تابش های مضر خورشید حفظ کند.

مس

این فلز چند قرن دیرتر کشف شد. زمان کشف مس به 4200 سال پیش از میلاد مسیح باز می گردد. اما بکارگیری این فلز در ساخت ابزار های اولیه، آلات و سلاح ها موجب شده بود که کاربرد مس در عصر باستان از اهمیت بیشتری نسبت به طلا برخوردار باشد. امروزه مهمترین موارد مصرف مس در صنایع الکترونیکی و برق است. فلز مس در صنایع دارویی، کانه آرایی، رنگ سازی، و صنعت پوست و چرم نیز به کار گرفته می گردد.

نقره

زمان کشف این فلز به 4000 سال پیش از میلاد مسیح باز می گردد. به کارگیری گسترده نقره به عنوان اساس سیستم پولی در سراسر تاریخ رخ داده است. این فلز نقشی محوری در پول های رایج امپراطوری های روم و چین داشته است. امروزه در آینه سازی به مقدار زیاد نقره مصرف می گردد و همچنین مقدار زیادی نقره برای تهیه نقره هالیدها در عکاسی مصرف می گردد.

سرب

زمان کشف این فلز سال 3500 پیش از میلاد بوده است. البته پژوهشگران معتقدند که فرآیند ذوب کردن سرب دست کم 9000 سال پیش آغاز شده است. باید خاطرنشان ساخت که کهن ترین مصنوع سربی شناخته شده یک مجسمه کوچک است که در معبدی در ازیریس (مصر قدیم) در کنار آبیدوس پیدا شده و قدمت آن به حدود 3800 سال پیش از میلاد باز می گردد. امروزه سرب کاربردهای فراوانی در بخش صنعت دارد. موارد استفاده معمولی سرب به توضیح زیر است: در باتری های اسید سرب، در اجزای الکترونیکی، روکش کابل، مهمات، در شیشه CTR ها، سرامیک، شیشه های سربدار، لوله های سربی و ... . برای ایجاد یک دیوار عایق صدا نیز از سرب استفاده می گردد.

قلع

زمان کشف این فلز به 1750 سال پیش از میلاد مسیح باز می گردد. حدود 3500 سال پیش از مسیح، برای نخستین بار قلع را همراه با مس و به منظور فراوری برونز ذوب کردند. دیرینه ترین محصول مصنوعی قلعی به حدود 2000 سال پیش از مسیح باز می گردد. امروزه از ورق های قلع به صورت گسترده در صنعت استفاده می گردد. از قلع در تهیه برنج ها، مفرغ ها، بابیت ها و لحیم نرم استفاده می گردد. همچنین به عنوان ماده آبکاری الکتریکی مورد استفاده دارد. قلع آبکاری شده دارای رنگ سفید زیبا و پوشش محافظ بادوامی است.

آهن

زمان کشف این فلز 1500 سال پیش از میلاد بوده است. کشف ذوب حدود 3000 سال پیش از میلاد مسیح موجب شد تا عصر آهن و به کارگیری همه جانبه این فلز در ساخت ابزار ها و سلاح ها در حدود سال 1200 پیش از میلاد آغاز گردد. کاربرد آهن از تمامی فلزات بیشتر است و 95 درصد فلزات فراوری شده در سراسر دنیا را تشکیل می دهد. فراوری آهن زنگ نزن یکی از مهمترین کاربردهای این فلز است.

جیوه

زمان کشف این فلز به 750 سال پیش از میلاد باز می گردد. البته چینی ها و هندی ها در دوران های بسیار کهن تری (بیش از 2000 سال پیش از میلاد) با این فلز آشنا بودند. همچنین جیوه در مقبره های مصری، که تا 1500 سال پیش از میلاد مسیح قدمت دارند، مشاهده شده است. امروزه بیشترین کاربرد جیوه در ساخت مواد شیمیایی صنعتی و کاربردهی برقی و الکترونیکی است. کاربرد جیوه در زمینهٔ پژوهش و ساخت مواد آمالگام دندانی برای پرکردن دندان ها پابرجا است.

اما تاریخ کشف و بکارگیری دیگر فلزات شناخته شده به عصر های کنونی باز می گردد. پس در این بخش قصد داریم به معرفی و آنالیز مختصر کاربرد های تعدادی دیگر از فلزات بپردازیم:

کبالت

زمان کشف: سال 1735

به کارگیری در: این فلز کاربرد های گوناگونی به عنوان آلیاژ، کاتالیزور و در باتری ها و رنگدانه ها و رنگکاری دارد.

نیکل

زمان کشف: سال 1751

به کارگیری در: مهمترین کاربرد این فلز در فراوری آلیاژ های مقاوم در برابر زنگ زدگی است. دانشمندان اعتقاد دارند که بعد از طلا، نیکل فراوانترین عنصر موجود در زمین است.

منگنز

زمان کشف: سال 1774

به کارگیری در: اولین و مهمترین کاربرد قابل توجه این فلز در فراوری آهن و فولاد است. پس از آن نیز می توان استفاده از منگنز در فراوری آلیاژ های آلومینیومی را دومین کاربرد مهم آن دانست.

مولیبدنوم

زمان کشف: سال 1781

به کارگیری در: حدود 86 درصد از مولیبدنوم فراوریی در حوزه استخراج و ذوب فلزات بکار گرفته می گردد و مابقی آن را در کاربرد های شیمیایی مورد استفاده قرار می دهند. البته این ماده کاربرد های دیگری نیز دارد، برای مثال حتی به عنوان کود بعضی از گیاهان استفاده می گردد.

تلوریم

زمان کشف: سال 1782

به کارگیری در: تلوریم را در تلورید کادمیم، پنل های خورشیدی و آزمایشگاه های انرژی تجدید پذیر ملی بکار می گیرند. این فلز را همچنین به عنوان ماده ملونه در ساخت سرامیک مورد استفاده قرار می دهند.

تنگستن

زمان کشف: سال 1783

به کارگیری در: تقریباً نیمی از تنگستن فراوریی در ساخت مواد سخت بکار گرفته می گردد. همچنین سختی و غلظت تنگستن برای دستیابی به انواع آلیاژ های فلزی سخت استفاده می گردد.

اورانیوم

زمان کشف: سال 1789

به کارگیری در: از همان سال های 79 پس از میلاد، اکسید اورانیوم در رنگ کردن شیشه و سرامیک کاربرد داشته است. کاربرد های امروزی این فلز در زمینه فراوری سوخت ها و سلاح های اتمی است.

زیرکونیم

زمان کشف: سال 1789

به کارگیری در: زیرکونیم یک فلز نسوز، سخت و در برابر حملات شیمیایی مقاوم است. پس غالباً برای کاربرد های در دمای بالا استفاده می گردد. کاربرد اصلی این فلز عبارت است از مات نماینده ظاهر کدر مواد سرامیکی.

تیتانیم

زمان کشف: سال 1791

به کارگیری در: تیتانیم در فولادسازی به عنوان عنصر آلیاژی کاهش دهنده اندازه دانه و همچنین دی اکسید نماینده استفاده می گردد.

ایتریم

زمان کشف: سال 1794

به کارگیری در: ایتریم به عنوان یک افزودنی تیز نماینده در فراوری نیترید سیلیکونی پرمنفذ استفاده می گردد. این فلز همچنین در فراوری تنوع گسترده ای از لعل های مصنوعی کاربرد دارد.

بریلیم

زمان کشف: سال 1797

به کارگیری در: به دلیل شماره اتمی کم و جذب بسیار اندک اشعه های ایکس، قدیمیترین و مهمترین کاربرد بریلیم در پنجره های تابش لوله های اشعه ایکس است. از کاربرد های دیگر این فلز می توان به کاربرد آن برای ایجاد ترکیبات ساختاری سبک وزن برای ساخت هواپیما، موشک های هوشمند و فضاپیما ها در صنعت هواپیمایی و دفاع اشاره نمود.

کرومیم

زمان کشف: سال 1797

به کارگیری در: کرومیم به عنوان آلیاژ اضافی فولاد کاربرد دارد. این ماده موجب بهبود مقاومت در برابر زنگ زدگی می گردد، پس برای ساخت فولاد های ضد زنگ لازم است.

نایوبیم

زمان کشف: سال 1801

به کارگیری در: چنین تخمین زده اند که 90 درصد از 44500 تن استخراج شده در سال 2006 برای فراوری فولاد ساختاری درجه بالا بکار گرفته شده است. دومین کاربرد این فلز در ساخت ابر آلیاژ هاست.

تانتالیم

زمان کشف: سال 1802

به کارگیری در: مهمترین کاربرد های تانتالیم در زمینه های الکترونیک و آلیاژسازی است. این فلز غالباً به عنوان پودر فلزی در ساخت ترکیبات الکترونیکی مورد استفاده قرار می گیرد.

ایریدیم، پالادیم و رودیم

زمان کشف: سال 1803

به کارگیری در: نقطه ذوب بالا، سختی و زنگ نزنی ایریدیم و همچنین آلیاژ های آن اغلب کاربرد های این فلز را در صنعت و پزشکی تعیین می نمایند. از سوی دیگر، بیشترین استفاده امروزی پالادیم عبارت است از مبدل های کاتالیزوری. این فلز همچنین در حوزه های الکترونیک، فناوری و جواهر سازی و ... بکار گرفته می گردد. مهمترین کاربرد رودیم نیز این است که به عنوان مبدل کاتالیزور در خودرو ها استفاده می گردد. این فلز هم در صنعت جواهرسازی و تزئینات کاربرد دارد.

پتاسیم و سدیم

زمان کشف: سال 1807

به کارگیری در: پتاسیم به عنوان عامل کاهشی نیرومندی در شیمی ارگانیک بکار گرفته می گردد. همچنین از آلیاژ های پتاسیم/سدیم مانند یک واسطه مبادله گرما بهره برده می گردد. این فلز در صنعت و نیز به عنوان کود و افزودنی غذایی مورد استفاده قرار می گیرد. سدیم فلزی هم برای ساخت تتراتیلید و فاز تیتانیم استفاده می گردد. این فلز همچنین به عنوان انتقال دهنده گرما بکار گرفته می گردد.

بورون، باریم، کلسیم، منزیم و استرانزیم

زمان کشف: سال 1808

به کارگیری در: تقریباً تمام بورون استخراج شده برای پالایش و تبدیل آن به اسید بوریک و پنتاهیدرات تترابورات سدیم بکار گرفته می گردد. کاربرد اصلی ترکیبات بورونی در صنعت برای فراوری فیبر های شیشه ای عایق بندی حاوی بورون و فایبرگلاس های ساختاری است. اما باریم برای از بین بردن گاز های نامطلوب از لوله های خلاء استفاده می گردد. دیگر کاربرد های این فلز در ساخت انواع آلیاژ ها از قبیل: آلیاژ همراه با نیکل برای شمع موتور است. در خصوص منزیم هم باید گفت که امروزه آلیاژ های منزیمی در صنعت خودروسازی کاربرد دارند، چون دارای خواص بسیار نیرومند و غلظت پایین هستند. البته منزیم در صنعت هواپیماسازی، الکترونیک و پزشکی هم کاربرد های متنوعی دارد؛ و در نهایت، کاربرد اصلی استرانزیم در فراوری شیشه تلویزیون های رنگی است.

سریم

زمان کشف: سال 1814

به کارگیری در: نخستین کاربرد سریم در پوشش های گازی اختراع شده توسط شیمیدان اتریشی، کارل آور فون ولسباخ بود. گسترده ترین ترکیب سریمی مورد استفاده، سرایا است. کاربرد اصلی سرایا هم به مثابه ترکیبی صیقلی است، برای مثال در پلاناریزاسیون شیمیایی - مکانیکی.

لیتیم، کادمیم و سلنیم

زمان کشف: سال 1817

به کارگیری در: پس از انتها جنگ دنیای دوم، فراوری لیتیم به طور قابل توجهی افزایش یافت. این فلز دارای کاربرد های متنوعی در صنعت های مختلفی از قبیل: سرامیک و شیشه سازی، الکترونیک و فلزسازی است. از دیگر کاربرد های آن می توان به تکمیل کردن جوش نانو سیلیکونی و کاربرد های پزشکی، نظامی و اتمی اشاره نمود. درباره کادمیم هم باید گفت که 89 درصد از کادمیم استخراجی سال 2009 برای فراوری باتری، به ویژه باتری های قابل شارژ کادمیمی نیکلی استفاده شد. این فلز همچنین در زمینه های انشقاق هسته ای و تلویزیون سازی بکار گرفته می گردد. سلنیم نیز یک آنتی اکسیدان است. آنتی اکسیدان ها موادی هستند که سلول ها را از آسیب در برابر رادیکال های آزاد محافظت می نمایند. در واکنش های بیوشیمیایی معمولی اکسیژن به حالت ناپایدار درآمده، ضمن اکسید کردن مولکول ها مجاور، باعث فراوری مولکول هایی با انرژی زیاد می گردد. این فلز را معمولاً با کود های حاوی سلنیم مخلوط می نمایند.

سیلیکون

زمان کشف: سال 1823

به کارگیری در: با وجود اینکه حدود 26 درصد پوسته زمین حاوی سیلیکون است، اما هیچگاه به شکل خالص خود پیدا نشده است. سیلیکون بدون پالایش در صنعت بکار برده می گردد. این فلز دارای کاربرد های الکترونیکی فراوانی نیز هست.

آلومینیوم

زمان کشف: سال 1827

به کارگیری در: آلومینیوم پرکاربردترین فلز غیرآهنی است. کاربرد های اصلی آلومینیوم عبارتند از: حمل و نقل (خودروها، هواپیماها، قطارها، دوچرخه ها، فضاپیما ها و ...)، صنعت بسته بندی (قوطی ها، ورق ها و ...)، ساخت و ساز (پنجره ها، درها، سقف سازی و ...)، کاربرد های مربوط به الکتریسیته (موتور ها و ژنراتورها، مبدل ها و ...) و گروه وسیعی از اقلام لوازم خانگی، از وسایل پخت و پز تا دیگر اثاثیه منزل و همچنین کاربرد های فراوان دیگر.

توریم

زمان کشف: سال 1828

به کارگیری در: تشعشعات مربوط به اشعه های به کار رفته در مطب های دندان پزشکی بیشتر از تشعشعات مربوط به توریم است و آن را می توان به یاری یک فویل آلومینیومی کنترل کرد. توریم عنصری رادیواکتیو است که از آن می توان در قالب یک اشعه لیزر، برای گرم کردن آب، فراوری بخار و تأمین انرژی هر توربینی استفاده کرد.

وانادیم

زمان کشف: سال 1830

به کارگیری در: تقریباً 85 درصد وانادیم فراوریی به عنوان فروواندیم یا افزودنی فولاد بکار برده می گردد. ورق وانادیم نیز به عنوان روکش تیتانیومی فولاد استفاده می گردد، زیرا هم با آهن و هم تیتانیوم سازگار است.

لانتانیم

زمان کشف: سال 1839

به کارگیری در: اولین کاربرد تاریخی لانتانیم برای ساخت روکش فانوس های گازی بود. از کاربرد های امروزی این فلز هم استفاده از لانتانیم در ساخت آلیاژ های اسفنجی هیدروژن است.

اربیم و تربیم

زمان کشف: سال 1843

به کارگیری در: اربیم کاربرد های متنوعی دارد. کاربرد آن در فناوری هسته ای در میله های کنترل مکش نوترون است و همچنین وقتی آن را به آلیاژ وانادیم اضافه می کنیم، اربیم موجب پایین آوردن سطح سختی و بهبود کارکرد عملی آن می گردد. تربیم نیز به عنوان دوپینگ در فلورید کلسیم، تنگستات کلسیم و مولیبدات استرونزیم بکار گرفته می گردد. همچنین در ساخت آلیاژ ها و فراوری وسایل الکترونیکی از تربیم بهره می برند.

روتنیم

زمان کشف: سال 1844

به کارگیری در: روتنیم در اتصالات الکتریکی که یک نوار باریک برای دستیابی به پایداری مطلوب کافی است، بکار می رود. این فلز همچنین در ساخت کاتالیزور های همگن و ... هم کاربرد دارد.

سزیم و روبیدیم

زمان کشف: سال 1860

به کارگیری در: سزیم در پیل های فتوالکتریک، در لوله های خلاء به عنوان گاز ربا، در ساعت های اتمی، واکنش های ترموشیمی و سوخت موشک ها کاربرد دارد. در چشمه های الکترونی به عنوان یک ماده الکترون دهنده بکار می ورد؛ و بالاخره در شیمی صنعتی به عنوان کاتالیزور از آن بهره می گیرند. ترکیبات روبیدیم هم در آتش بازی ها و برای ایجاد رنگ بنفش در آن ها بکار می فرایند. دیگر کاربرد های بالقوه یا کنونی روبیدیم شامل مایع کار در توربین های بخار می گردد.

تالیم

زمان کشف: سال 1861

به کارگیری در: در گذشته سولفات تالیم، که هیچ رنگ و بویی نداشت، به صورت گسترده ای به عنوان زهر موش و حشره کش استفاده می شد. تالیم همچنین در حوزه های اپتیک، الکترونیک، پزشکی و ... بکار گرفته می گردد.

ایندیم

زمان کشف: سال 1863

به کارگیری در: اولین کاربرد گسترده ایندیم در ساخت روکش یاطاقان موتور های هواپیما در جریان جنگ دنیای دوم بود. این فلز همچنین کاربرد های فراوان دیگری نیز دارد. تعدادی از ترکیبات ایندیم نیمه رسانا های دارای خواص مفیدی هستند.

گالیم

زمان کشف: سال 1875

به کارگیری در: کاربرد های نیمه رسانا ها بر تقاضای گالیم حکمفرما شده اند و حدود 98 درصد آن را به خود اختصاص داده اند. دومین کاربرد اصلی گالیم در لعل گالیم گادولینیم است.

هولمیم، تولیم، اسکاندیم، ساماریم، گادالینیم، پرازئودیمیم، نئودیمیم، دیسپروزیم

زمان کشف: 1878-1885

به کارگیری در: هولمیم نیرومندترین انرژی مغناطیسی را در میان تمام عناصر داراست، بنابراین برای ساخت نیرومندترین میدان مغناطیسی مصنوعی بکار گرفته می گردد. از سوی دیگر، فلز هولیم در ساخت لیزر و به عنوان منبع اشعه ایکس کاربرد دارد. اما اضافه کردن اسکاندیم به آلومینیوم موجب تحدید رشد دانه ها در حوزه گرمایی ترکیبات آلومینیومی جوش داده شده می گردد. کاربرد اصلی اسکاندیم در ساخت آلیاژ های آلیومینیومی - اسکاندیمی در ترکیبات صنعتی هواپیمایی است. اما درباره ساماریمباید اشاره نمود که مهمترین کاربرد این فلز در آهن ربا های ساماریمی - کبالتی است. یکی دیگر از کاربرد های مهم ساماریم کارکرد آن به عنوان کاتالیزور و واکنش دهنده شیمیایی است. در این میان، فلز گادالینیم دارای کاربرد گسترده ای نیست، اما کاربرد های ویژه گوناگونی را داراست. برای مثال، گادالینیم برای ساخت دانه های ایتریم گادالینیم که برای جعل الماس و حافظه حبابی کامپیوتر بکار گرفته می شوند، استفاده می گردد. پرازئودیمیم نیز دارای کاربرد های مختلفی است. مثلاً ترکیبات پرازئودیمیم موجب می شوند تا شیشه ها دارای رنگ زرد شوند. همچنین از این فلز برای تبدیل رنگ سرامیک به زرد استفاده می گردد. اما نئودیمیم دارای خاصیت غیرمعمول نگهداری گرمای ویژه ای است، پس در کریوکولر ها مفید واقع می گردد؛ و بالاخره دیسپروزیم همراه با وانادیم و دیگر عناصر، برای ساخت مواد لیزری و نور تجاری مورد استفاده قرار می گیرد. این فلز همچنین در دوزیمتر ها برای اندازه گیری اشعه های یونیزه شده بکار گرفته می گردد.

ژرمانیم

زمان کشف: سال 1886

به کارگیری در: ژرمانیم در زمینه های اپتیک و الکترونیک دارای کاربرد های فراوانی است. کاربرد های انتهای اصلی ژرمانیم در سال 2007 در سراسر دنیا به این قرار بوده است: 35 درصد در اپتیک - فیبر، 30 درصد در اپتیک های مادون قرمز، 15 درصد در کاتالیزور های بسپارش و 15 درصد هم در زمینه الکترونیک و برق خورشیدی.

پولونیم و رادیم

زمان کشف: 1898

به کارگیری در: منابع پولونیمی اجزای آلفا در اتحادیه شوروی سابق فراوری شدند. آن ها از این منابع جهت اندازه گیری ضخامت روکش های صنعتی بهره می گرفتند. اما، از سوی دیگر، این واقعیت که پرتو های رادیم می توانند بافت های زنده اندام ها را از بین ببرند، به عنوان مهمترین دستاورد کشف کوری ها تعیین شده است. پزشکان و پژوهشگران علوم پزشکی به زودی دریافتند که به این وسیله می توانند غده ها و بافت های بدخیم را که در سرطان و همچنین بیماری های پوستی و غدد ترشحی بروز می نمایند، از بین ببرند.

آکتینیم

زمان کشف: سال 1899

به کارگیری در: از این عنصر می توان به عنوان منبع فراوری نوترون استفاده کرد.

اما در قرن بیستم نیز تعداد فراوانی فلز کشف و مورد بهره برداری قرار گرفتند که در ادامه تنها به فهرست اسامی تعدادی از آن ها بسنده می کنیم:

• اوروپیم، سال 1901
• لوتتیم، سال 1907
• پروتاکتینیم، سال 1917
• هافنیم، سال 1923
• رنیم، سال 1924
• تکنیتیم، سال 1937
• فرانسیم، سال 1939
• پرومیتیم، سال 1945
• عناصر ترنس اورانیوم (نپتونیم، پلوتونیم، کوریم، امریکم، برکلیم، کالیفرنیم، آینشتاینیم، فرمیم، مندلویم، نوبلیم، لاورنکیم)، سال 1940-1961