عرض المشاركات
1
منتدى علم الكيمياء / قصة السيزيوم ... تفضلوا لتعرفوا
« في: مايو 24, 2006, 06:40:28 مساءاً »
السيزيوم
إنه المعدن الذي سطر نفسه بأحرف زرقاء....
نعم .. أحرف زرقاء ... ولنعد إلى قصته لنعرف كيف ذاك ..
في مطلع الخمسينات من القرن التاسع عشر لاحظ أستاذ الكيمياء في جامعة غيدلبرغ بألمانيا "روبرت بنزن" ظاهرة بدت في أول الأمر وكأنها لا تستحق الذكر : وهي أنه إذا وضعت أملاح المعادن داخل اللهب تلون اللهب بألوان مختلفة !
ومن الجائز أن شخصاً ما قد سبق بنزن إلى هذه الملاحظة لكنه لم يعرها انتباهاً إلا أن بنزن اهتم جدياً بهذه الظاهرة ، وراح يغير الأملاح المستخدمة ويلاحظ أن اللهب يغير لونه من الأصفر على البنفسجي فالوردي ...
وبرزت من خلال هذه التجارب حقيقتان :
الأولى هي أن لكل معدن من المعادن المجربة على اللهب لوناً معيناً والثانية أن هذا اللون لا يتعلق بشكل المركب المعرض للحرق باللهب سواء أكان صلباً أو سائلاً أو غازاً .
فكان الباريوم مثلاً يلون اللهب باللون الأخضر ، والكالسيوم يجبر النار على الاحمرار والبوتاسيوم يضفي عليه اللون البنفسجي الجميل ..
وخطرت هنا في بال بنزن الفكرة التالية ..:
ألا يمكن استغلال هذه الظاهرة في تعيين المعادن الموجودة داخل المادة المدروسة ؟
لكن للأسف لم تكن هذه الفكرة مجدية في التحليل لأن كل مادة تحتوي على شوائب تؤدي إلى تداخلات أثناء التعيين ...
وتساءل بنزن في نفسه ؟" هل هذا يعني أن هذه الفكرة يجب أن تنسخ من دماغي " ..
ألا أستطيع أبداً أن أستغل هذه الظاهرة ؟
وهنا جاء صديق بنزن المخلص أستاذ الفيزياء في جامعة غيدلبرغ والذي اشتهر بأبحاثه في مجال الضوء ونصح بنزن بأن لا يهتم بأمر لون اللهب نفسه وإنما أن ينظر إلى طيف اللهب والذي تظهر فيه جميع الألوان بوضوح ...
وأحضر كيرشوف علبة سجائر ووضع ضمنها أنبوببين بصريين وعدسات زجاجية فحصل على مطياف اللهب ..
وضع بنزن مصباح اللهب أمام المطياف ثم أحرق على اللهب عينة من ملح الطعان ، فلاحظ كيرشوف من الجهة المقابلة خطين أصفرين راح يشاهدهما في كل مرة كان بنزن فيها يضع ملحاً للصوديوم وكان هذان الخطان يظهران بنفس الشدة وبنفس المنطقة لذلك يمكن اعتبارهما بمثابة بطاقة تعريف للصوديوم ..
ومضت الأيام والشهور وكانت أطياف المعادن تدرس بواسطة المطياف وتجمعت لدى الكيميائيين أطياف أغلب العناصر الموجودة في ذلك الوقت وكان يكشف الشائبة حتى لو كان تركيزها لا يتعدى بضعة أجزاء من المليون ...
وكان هذا بداية التحليل الطيفي ذي الإمكانات الواسعة ...
في عام 1860 استلم بنزن طرداً بريدياً يحتوي مياهاً معدنية من بحيرة شفارتسفالد ، وقد طلب منه الأطباء الذين أرسلوا الطرد أن يكشف لهم عن المعادن الموجودة ضمن الماء هذا ...
أخذ بنزن الماء وقام بتبخيره للحصول على محلول مكثف ، ثم وضع قطرة من العينة تحت المنظار ..
ها .. يوجد في هذا الماء بوتاسيوم ، صوديوم ، كالسيوم ، سترونسيوم ، ليثيوم ..لكن .. من أين جاء هذان الخطان الأزرقان الغريبان ؟!!
هل هما للاسترونسيوم ؟ كلا فالاسترونسيوم يكشف عن نفسه بخط أزرق واحد فقط ..
هل يمكن أن يكون ؟؟؟!!!!!!!!!!!!! نعم إنه عنصر كيميائي جديد ..
وحضر كيرشوف واقتنع أيضاً .. وهنا اكتشف السيزيوم الذي أخذ اسمه من كلمة لاتينية تعني أزرق سماوي ..
وهكذا أصبح السيزيوم العنصر الأول الذي يكتشف بطريقة التحليل الطيفي وليس بطريقة كيماوية ..
السيزيوم أثقل بمرتين ونصف من البوتاسيوم وهذه الحقيقة أجابت على سؤال حير الكيميائيين لمدة عشرين سنة متوالية ..
ففي عام 1846 كان العالم الألماني بلاتنر منهمكاً في دراسة فلز البولسيت ، وكان إجراء تحليل كيميائي شامل لهذا الفلز ليس صعباً لكن المشكلة كانت أن بلاتنر كان يجمع نسب جميع العناصر الموجودة في هذا الفلز ليجد أن مجموع النسب هو 93% فأين اختفت الـ7% الباقية ؟
إلى أن جاء العالم الإيطالي بيزاني عام 1864 بأن لديه براهين وأدلة دامغة تثبت بأن المتهم في نقصان الوزن هو السيزيوم وليس البوتاسيوم لأن هذين العنصرين متشابهين إلى حد بعيد ..
السيزيوم من أندر العناصر على الأرض وينتمي إلى فصيلة المعادن القلوية، ويمكن العثور على آثار منه في مياه البحار ، وقد ذكرنا علاقته بالمياه المعدنية ...
والشيء الطريف أن بنزن اضطر لتبخير 40 طن لا أكثر ولا أقل من المياه المعدنية ليحصل على عدة غرامات من أملاح هذا المعدن !!!!.. والطريف هنا أنه تم العثور على فتات من السيزيوم في الشوندر السكري وحبوب البن وأوراق الشاي .
كما أن كل مدخن على صلة بالسيزيوم ويشهد على ذلك الخطان الأزرقان اللذان يظهران في طيف رماد التبغ .
السيزيوم يستحق أن يأخذ جائزة كبيرة على نشاطه لو كان رياضياً ، فهو نشيط جداً.. جداً.. جداً ... ....جداً فهو يلتهب فوراً في الهواء ، ويتمرد ويثور إلى حد الانفجار إذا تصادف وجوده مع وجود الهالوجينات والكبريت والفوسفور .
والمزاج العصبي للسيزيوم لا يمكن أن يطفأ بالماء فهو على خلافات حادة وعميقة معه تؤدي إلى اشتعال الهيدروجين الناتج عن تفاعلهما .
وحتى الجليد الذي يتصف بطبعه الهادئ لا يستطيع أن يتفاهم مع السيزيوم ويدخل معه في الشجار وحتى البرد القارص (في الدرجة 116 تحت الصفر ) الذي يعتبر من مروضي التفاعلات لا يستطيع أن يوقف حدة الشجار ..
وبالتأكيد فإن هذا السلوك العنيف للسيزيوم يجعل من الصب الحصول عليه في حالة نقية ، وكان أول من استحصله هو العالم السويدي سيتربرغ الذي حصل عليه من التحليل الكهربائي .
أما في الوقت الحاضر فتقوم طريقة استحصاله كيميائياً على إزاحته من كلوريده بواسطة معدن الكالسيوم الشجاع وقد اقترح هذه الطريقة الكيميائي الفرنسي أكسيل ..
لكن لنفرض أننا حصلنا عليه.. كيف سنحفظه ؟
الإجابة على هذا السؤال غريبة وغير مألوفة : ذلك أن السيزيوم النقي يجب أن يلوث أي يجب أن يخلط مع معادن أخرى ..
السيزيوم معدن لماع ذهبي اللون لين كالشمع وخفيف كالمغنزيوم ..
وهو مطواع ووديع ..!! أي أنه يذوب خجلاً لدى تعريضه فقط لدرجة الحرارة28 سيليسيوس أي أنه يذوب إذا لامس فقط كف إنسان ... "واحذر أن تفعل هذا " ..
لكن هل سيبقى هذا العنصر "الدلوع" بدون عمل فقط بسبب حدة طبعه ؟ طبعاً لا .. فقد اكتشف الفيزيائي الألماني غنريخ غرتس ظاهرة الفعل الكهرضوئي التي تعني اقتلاع الضوء للإكترونات السطحية من سطوح المعادن ..
وبما أن المعادن القلوية تحتوي في مدارها السطحي على إلكترون واحد فقط فإن العمل اللازم لاقتلاع الإلكترون من معادن هذه الفصيلة هو أقل ما يمكن ، وهذا يعني أن اقتلاع إلكترون السيزيوم أسهل ما يمكن لأنه آخر عنصر في هذه الفصيلة وبالتالي فهو أفضل مادة لصنع الخلايا الكهرضوئية وهي الخلايا التي تحول الضوء إلى تيار كهربائي .
تستخدم هذه الخلايا في قطارات الأنفاق في ممرات الصعود ، حيث يوجد على أحد جوانب الممر منبع ضوئي وعلى الجانب الآخر يوجد خلية كهرضوئية .
فإن حاولت أن تقطع الممر دون أن تدفع فإن الضوء يسقط على الخلية الكهرضوئية فيمر التيار في فتصعد الذراعان اللتان توقفانك مكانك ..
كذلك فإن الخلايا الكهرضوئية هي السبب في نقل الصور إلى مسافات بعيدة فتستطيع بذلك أن تشاهد المباريات المنقولة على الهواء ..
وقد ساهمت هذه الخلايا في تصوير الجانب الخلفي للقمر ..
كذلك فقد استفيد من الخواص الكهرضوئية للسيزيوم في تصنيع جهاز الأنتروسكوب الذي يسمح برؤية باطن الأجسام غير الشفافة ..
واستغلت إمكانات السيزيوم أيضاً في تصميم مناظير الرؤية الليلية نظراً لقدرته على الاستغناء عن إلكترونه بتأثير الأشعة تحت الحمراء .
والسيزيوم أيضاً مستعد للتنازل عن إلكترونه بالتأثير الحراري وبفضل هذه الخاصة فإنه يتحول إلى حالة غاز متأين أي إلى حالة البلازما .
ولبلازما السيزيوم أهمية علمية وتطبيقية كبيرة ،ففي الفضاء الكوني مثلاً حيث تكون نسبة التخلخل عالية جداً يستطسع سيل الإلكترونات التي تطلقها ذرات السيزيوم أن تصنع قوة سحب كبيرة تعطي الصواريخ سرعة هائلة تصل إلى 44 كم في الثانية ومن غير المستبعد أن تزور مركبات الفضاء التي تعمل على وقود السيزيوم كواكب جديدة ..
ويلعب السيزيوم دوراً في المولدات الهيدروديناميكية النووية التي تحول الطاقة الحرارية إلى طاقة كهربائية.
أما أطرف استخدام للسيزيوم فهو التالي:
في عام 1967 أقر المؤتمر الدولي العام للأوزان والمقاييس أن "الثانية هي الزمن الذي يساوي 9192631770 دوراً لإشعاع يوافق انتقال الإلكترون بين سويتين رقيقتين من الحالة الأرضية (الأساسية) لذرة السيزيوم133"...!
إذن قياس الثانية أبسط من شرب الماء ، فيكفي أن تنتظر حتى يقفز إلكترون السيزيوم من مدار إلى آخر عدداً من المرات يساوي العدد المذكور .. والإنسان طبعاً غير قادر على هذا ولكن الساعة الذرية تعمل على هذا المبدأ وهذه الساعة تتغير دقتها بمقدار ثانية واحدة فقط مرة كل ... سبعمائة ألف عام .
الحديث عن السيزيوم يطول ويطول ...
........................
وما ذكر ماهو إلا غيض من فيض ....هذا والله أعلم
هذا الموضوع كنت اود نشرة في مسابقة الاعضاء والمشرفين
ولكن قدر الله مشاء فعل
وصلى الله على سيدنا محمد وعلى آله وصحبه وسلم .
تحياتي وتقديــري
...بقــايا عمـــر ؟؟...
'>
إنه المعدن الذي سطر نفسه بأحرف زرقاء....
نعم .. أحرف زرقاء ... ولنعد إلى قصته لنعرف كيف ذاك ..
في مطلع الخمسينات من القرن التاسع عشر لاحظ أستاذ الكيمياء في جامعة غيدلبرغ بألمانيا "روبرت بنزن" ظاهرة بدت في أول الأمر وكأنها لا تستحق الذكر : وهي أنه إذا وضعت أملاح المعادن داخل اللهب تلون اللهب بألوان مختلفة !
ومن الجائز أن شخصاً ما قد سبق بنزن إلى هذه الملاحظة لكنه لم يعرها انتباهاً إلا أن بنزن اهتم جدياً بهذه الظاهرة ، وراح يغير الأملاح المستخدمة ويلاحظ أن اللهب يغير لونه من الأصفر على البنفسجي فالوردي ...
وبرزت من خلال هذه التجارب حقيقتان :
الأولى هي أن لكل معدن من المعادن المجربة على اللهب لوناً معيناً والثانية أن هذا اللون لا يتعلق بشكل المركب المعرض للحرق باللهب سواء أكان صلباً أو سائلاً أو غازاً .
فكان الباريوم مثلاً يلون اللهب باللون الأخضر ، والكالسيوم يجبر النار على الاحمرار والبوتاسيوم يضفي عليه اللون البنفسجي الجميل ..
وخطرت هنا في بال بنزن الفكرة التالية ..:
ألا يمكن استغلال هذه الظاهرة في تعيين المعادن الموجودة داخل المادة المدروسة ؟
لكن للأسف لم تكن هذه الفكرة مجدية في التحليل لأن كل مادة تحتوي على شوائب تؤدي إلى تداخلات أثناء التعيين ...
وتساءل بنزن في نفسه ؟" هل هذا يعني أن هذه الفكرة يجب أن تنسخ من دماغي " ..
ألا أستطيع أبداً أن أستغل هذه الظاهرة ؟
وهنا جاء صديق بنزن المخلص أستاذ الفيزياء في جامعة غيدلبرغ والذي اشتهر بأبحاثه في مجال الضوء ونصح بنزن بأن لا يهتم بأمر لون اللهب نفسه وإنما أن ينظر إلى طيف اللهب والذي تظهر فيه جميع الألوان بوضوح ...
وأحضر كيرشوف علبة سجائر ووضع ضمنها أنبوببين بصريين وعدسات زجاجية فحصل على مطياف اللهب ..
وضع بنزن مصباح اللهب أمام المطياف ثم أحرق على اللهب عينة من ملح الطعان ، فلاحظ كيرشوف من الجهة المقابلة خطين أصفرين راح يشاهدهما في كل مرة كان بنزن فيها يضع ملحاً للصوديوم وكان هذان الخطان يظهران بنفس الشدة وبنفس المنطقة لذلك يمكن اعتبارهما بمثابة بطاقة تعريف للصوديوم ..
ومضت الأيام والشهور وكانت أطياف المعادن تدرس بواسطة المطياف وتجمعت لدى الكيميائيين أطياف أغلب العناصر الموجودة في ذلك الوقت وكان يكشف الشائبة حتى لو كان تركيزها لا يتعدى بضعة أجزاء من المليون ...
وكان هذا بداية التحليل الطيفي ذي الإمكانات الواسعة ...
في عام 1860 استلم بنزن طرداً بريدياً يحتوي مياهاً معدنية من بحيرة شفارتسفالد ، وقد طلب منه الأطباء الذين أرسلوا الطرد أن يكشف لهم عن المعادن الموجودة ضمن الماء هذا ...
أخذ بنزن الماء وقام بتبخيره للحصول على محلول مكثف ، ثم وضع قطرة من العينة تحت المنظار ..
ها .. يوجد في هذا الماء بوتاسيوم ، صوديوم ، كالسيوم ، سترونسيوم ، ليثيوم ..لكن .. من أين جاء هذان الخطان الأزرقان الغريبان ؟!!
هل هما للاسترونسيوم ؟ كلا فالاسترونسيوم يكشف عن نفسه بخط أزرق واحد فقط ..
هل يمكن أن يكون ؟؟؟!!!!!!!!!!!!! نعم إنه عنصر كيميائي جديد ..
وحضر كيرشوف واقتنع أيضاً .. وهنا اكتشف السيزيوم الذي أخذ اسمه من كلمة لاتينية تعني أزرق سماوي ..
وهكذا أصبح السيزيوم العنصر الأول الذي يكتشف بطريقة التحليل الطيفي وليس بطريقة كيماوية ..
السيزيوم أثقل بمرتين ونصف من البوتاسيوم وهذه الحقيقة أجابت على سؤال حير الكيميائيين لمدة عشرين سنة متوالية ..
ففي عام 1846 كان العالم الألماني بلاتنر منهمكاً في دراسة فلز البولسيت ، وكان إجراء تحليل كيميائي شامل لهذا الفلز ليس صعباً لكن المشكلة كانت أن بلاتنر كان يجمع نسب جميع العناصر الموجودة في هذا الفلز ليجد أن مجموع النسب هو 93% فأين اختفت الـ7% الباقية ؟
إلى أن جاء العالم الإيطالي بيزاني عام 1864 بأن لديه براهين وأدلة دامغة تثبت بأن المتهم في نقصان الوزن هو السيزيوم وليس البوتاسيوم لأن هذين العنصرين متشابهين إلى حد بعيد ..
السيزيوم من أندر العناصر على الأرض وينتمي إلى فصيلة المعادن القلوية، ويمكن العثور على آثار منه في مياه البحار ، وقد ذكرنا علاقته بالمياه المعدنية ...
والشيء الطريف أن بنزن اضطر لتبخير 40 طن لا أكثر ولا أقل من المياه المعدنية ليحصل على عدة غرامات من أملاح هذا المعدن !!!!.. والطريف هنا أنه تم العثور على فتات من السيزيوم في الشوندر السكري وحبوب البن وأوراق الشاي .
كما أن كل مدخن على صلة بالسيزيوم ويشهد على ذلك الخطان الأزرقان اللذان يظهران في طيف رماد التبغ .
السيزيوم يستحق أن يأخذ جائزة كبيرة على نشاطه لو كان رياضياً ، فهو نشيط جداً.. جداً.. جداً ... ....جداً فهو يلتهب فوراً في الهواء ، ويتمرد ويثور إلى حد الانفجار إذا تصادف وجوده مع وجود الهالوجينات والكبريت والفوسفور .
والمزاج العصبي للسيزيوم لا يمكن أن يطفأ بالماء فهو على خلافات حادة وعميقة معه تؤدي إلى اشتعال الهيدروجين الناتج عن تفاعلهما .
وحتى الجليد الذي يتصف بطبعه الهادئ لا يستطيع أن يتفاهم مع السيزيوم ويدخل معه في الشجار وحتى البرد القارص (في الدرجة 116 تحت الصفر ) الذي يعتبر من مروضي التفاعلات لا يستطيع أن يوقف حدة الشجار ..
وبالتأكيد فإن هذا السلوك العنيف للسيزيوم يجعل من الصب الحصول عليه في حالة نقية ، وكان أول من استحصله هو العالم السويدي سيتربرغ الذي حصل عليه من التحليل الكهربائي .
أما في الوقت الحاضر فتقوم طريقة استحصاله كيميائياً على إزاحته من كلوريده بواسطة معدن الكالسيوم الشجاع وقد اقترح هذه الطريقة الكيميائي الفرنسي أكسيل ..
لكن لنفرض أننا حصلنا عليه.. كيف سنحفظه ؟
الإجابة على هذا السؤال غريبة وغير مألوفة : ذلك أن السيزيوم النقي يجب أن يلوث أي يجب أن يخلط مع معادن أخرى ..
السيزيوم معدن لماع ذهبي اللون لين كالشمع وخفيف كالمغنزيوم ..
وهو مطواع ووديع ..!! أي أنه يذوب خجلاً لدى تعريضه فقط لدرجة الحرارة28 سيليسيوس أي أنه يذوب إذا لامس فقط كف إنسان ... "واحذر أن تفعل هذا " ..
لكن هل سيبقى هذا العنصر "الدلوع" بدون عمل فقط بسبب حدة طبعه ؟ طبعاً لا .. فقد اكتشف الفيزيائي الألماني غنريخ غرتس ظاهرة الفعل الكهرضوئي التي تعني اقتلاع الضوء للإكترونات السطحية من سطوح المعادن ..
وبما أن المعادن القلوية تحتوي في مدارها السطحي على إلكترون واحد فقط فإن العمل اللازم لاقتلاع الإلكترون من معادن هذه الفصيلة هو أقل ما يمكن ، وهذا يعني أن اقتلاع إلكترون السيزيوم أسهل ما يمكن لأنه آخر عنصر في هذه الفصيلة وبالتالي فهو أفضل مادة لصنع الخلايا الكهرضوئية وهي الخلايا التي تحول الضوء إلى تيار كهربائي .
تستخدم هذه الخلايا في قطارات الأنفاق في ممرات الصعود ، حيث يوجد على أحد جوانب الممر منبع ضوئي وعلى الجانب الآخر يوجد خلية كهرضوئية .
فإن حاولت أن تقطع الممر دون أن تدفع فإن الضوء يسقط على الخلية الكهرضوئية فيمر التيار في فتصعد الذراعان اللتان توقفانك مكانك ..
كذلك فإن الخلايا الكهرضوئية هي السبب في نقل الصور إلى مسافات بعيدة فتستطيع بذلك أن تشاهد المباريات المنقولة على الهواء ..
وقد ساهمت هذه الخلايا في تصوير الجانب الخلفي للقمر ..
كذلك فقد استفيد من الخواص الكهرضوئية للسيزيوم في تصنيع جهاز الأنتروسكوب الذي يسمح برؤية باطن الأجسام غير الشفافة ..
واستغلت إمكانات السيزيوم أيضاً في تصميم مناظير الرؤية الليلية نظراً لقدرته على الاستغناء عن إلكترونه بتأثير الأشعة تحت الحمراء .
والسيزيوم أيضاً مستعد للتنازل عن إلكترونه بالتأثير الحراري وبفضل هذه الخاصة فإنه يتحول إلى حالة غاز متأين أي إلى حالة البلازما .
ولبلازما السيزيوم أهمية علمية وتطبيقية كبيرة ،ففي الفضاء الكوني مثلاً حيث تكون نسبة التخلخل عالية جداً يستطسع سيل الإلكترونات التي تطلقها ذرات السيزيوم أن تصنع قوة سحب كبيرة تعطي الصواريخ سرعة هائلة تصل إلى 44 كم في الثانية ومن غير المستبعد أن تزور مركبات الفضاء التي تعمل على وقود السيزيوم كواكب جديدة ..
ويلعب السيزيوم دوراً في المولدات الهيدروديناميكية النووية التي تحول الطاقة الحرارية إلى طاقة كهربائية.
أما أطرف استخدام للسيزيوم فهو التالي:
في عام 1967 أقر المؤتمر الدولي العام للأوزان والمقاييس أن "الثانية هي الزمن الذي يساوي 9192631770 دوراً لإشعاع يوافق انتقال الإلكترون بين سويتين رقيقتين من الحالة الأرضية (الأساسية) لذرة السيزيوم133"...!
إذن قياس الثانية أبسط من شرب الماء ، فيكفي أن تنتظر حتى يقفز إلكترون السيزيوم من مدار إلى آخر عدداً من المرات يساوي العدد المذكور .. والإنسان طبعاً غير قادر على هذا ولكن الساعة الذرية تعمل على هذا المبدأ وهذه الساعة تتغير دقتها بمقدار ثانية واحدة فقط مرة كل ... سبعمائة ألف عام .
الحديث عن السيزيوم يطول ويطول ...
........................
وما ذكر ماهو إلا غيض من فيض ....هذا والله أعلم
هذا الموضوع كنت اود نشرة في مسابقة الاعضاء والمشرفين
ولكن قدر الله مشاء فعل
وصلى الله على سيدنا محمد وعلى آله وصحبه وسلم .
تحياتي وتقديــري
...بقــايا عمـــر ؟؟...
'>
'>