عناصر کشف شده به روش طیف سنجی

● مقدمه
مشکل بتوان گفت که دهه ای در قرن سیزدهم / نوزدهم بدون کشف عنصری جدید سپری شده باشد. حتی در طی بعضی دوره های ۱۰ ساله آن قرن ،تعداد زیادی عنصر کشف شده اند فقط دهه ششم آن قرن استثنا است ،چون در آن دهه عنصری کشف نشده است. این موضوع عجیب به نظر میرسد ولی علت اش آن است که شیمی تجزیه آنچه را که در توانایی اش داشته است به انجام رسانده بود. تا حدود نیمه قرن سیزدهم/نوزدهم شیمی تجزیه تمام امکانات اش را برای کشف عناصری که نیاز به روش های دقیق تر نداشتند به کار بسته بود و انها را کشف کرده بود. عناصر کشف شده یا به حالت طبیعی فراوان بوده اند ویا شیمی دانان بر حصب اتفاق به کانی های محتوای عناصر نادر بر خورده بودند. تا نیمه قرن سیزدهم /نوزدهم حدود ۶۰ عنصر کشف شده بود.گسترش روشهای طیف سنجی در فاصله ۱۲۳۸/۱۸۵۹ تا ۱۲۳۹/۱۸۶۰ توسط بونزن و کیرشهف دانشمندان آلمانی به وقفه پیش آمده در اکتشافات عناصر پایان داد و ناگهان گزارشهایی در باره کشف عناصر جدید از روی خطوط مشخصه شان در دستگاه طیف سنج منتشر شد . چهار عنصر (سزیوم ، روبیدیم ، تالیوم و آندیوم ) با توسل به روش طیف سنجی شناخته شدند .
● سزیوم
به حکم سرنوشت ، سزیوم نخستین عنصر روی زمین است که توسط روش طیف سنجی شناخته شده است و اگر این روش به وجود نیامده بود بعید نبود که عنصر مزبور سرنوشت دیگری می داشت . در سال ۱۲۲۵ /۱۸۴۶ برایتهائوپت که معدن شناس بود ، در ضمن بررسی کانیها و سنگ های معدنی جزیره البا به نمونه ای کوارتزیت رنگین برخورد کرد که آن را پولوکس یا پولی سیت نامید. این نمونه بعدها به دست پلاتنر شیمیدانی از اهالی فرایبرگ آلمان که استاد متالوژیک در آکادمی معدن بود افتاد . نمونه موجود در دسترس وی آنقدر اندک بود که فقط انجام یک آزمایش تجزیه با ان مقدور بود . وقتی اجزای آن سنگ معدنی را معلوم کرد ، در آن چیز تازه ای نیافت .تنها نکته ای که توجه اش را جلب کرد این بود که جمع کل اجزا ۷۵/۹۲ درصد خود نمونه بود . نظر به اینکه که وی دیگر نمونه ای برای آزمایش نداشت ، دلیل این کم شدن وزن را نتوانست پیدا کند . تنها نتیجه ای که او از تجربه اش گرفت این بود که پولوکس از تمام سیلیکاتهای شناخته شده ، بیشترین مقدار مواد قلیایی را محتوا است . اکنون میدانیم که سزیوم توسط سدیم و پتاسیم که مقدارشان در نمونه خیلی زیاد بود در استتار قرار گرفته بود و پلاتتنر قادر به استخراج آن نبوده است. در سال ۱۲۳۹ /۱۸۶۰ بونز و کیرشهف ترکیب شیمیایی آب چشمه های معدنی مختلف را به روش طیف سنجی مورد مطالعه قرار داد . پس از جدا کردن کلسیم ، استرونسوم ،منیزیم و لیتیوم از نمونه ای از اب معدنی دورکهایم قطره ای از آن آب را تبخیر کردند و مورد آزمایش طیف سنجی قرار دادند و به دو خط آبی پررنگ نزدیک به هم برخوردند . آن دو دانشمند با توجه به اینکه عنصری دارای چنین خط طیفی تا آن زمان پیدا نشده بود ، آن خطوط را متعلق به عنصر ناشناخته ای از خانواده فلزات قلیایی دانستند . برای این عنصر ، نام سزیوم (با علامت شیمایی Cs) پیشنهاد کردند . توضیح اینکه در روزگاران کهن این واژه برای معرفی رنگ آبی قسمت بالای افلاک به کار می رفته است . بخار آب رنگ زیبای سزیوم ، وجود مقدار اندک چند میلیونیم میلی گرم از آن را به حالت مخلوط با سدیم ، لیتیوم و استرونسیوم به اثبات رساند . در۲۲ فروردین ۱۲۳۹ /۱۱ آوریل سال ۱۸۶۰ بونزن نامه ای در باره کشف فلز قلیایی جدید به روسکو (همکارش در یکی از تجربه های فتو شیمی ) نوشت . در ۲۰ اردیبهشت دهم مه همان سال ، این موضوع را به آکادمی علوم برلن گزارش کرد . تا شش ما بعد بونزن توانست ۵۰ گرم کلروپلاتینات سزیوم نسبتا خالص تهیه کند. برای بدست آوردن این مقدار ازآن ماده می بایستی حدود ۳۰۰ تن آب معدنی مورد آزمایش قرار گرفته باشد. در این تجربه حدود یک کیلوگرم کلرور لیتیوم به عنوان محصول فرعی به دست آمده بود .ارقام مورد اشاره ، برای آن آورده شده است که به مقدار اندک سزیوم موجود در آبهای معدنی پی ببریم . چهار سال بعد پیزانی تجربه گر ایتالیایی ، به تجزیه پولوکس که قبلا توسط پلاتنر انجام شده بود ، همت گماشت . در این کار وقت با وی یاری کرد و در آن کانی ، سزیوم یافت و نشان داد که دانشمند آلمانی سولفات سزیوم را به اشتباه مخلوطی از سولفاتهای سدیم و پتاسیم تلقی کرده است . در هر حال سزیوم خالص در سال۱۲۶۱/۱۸۸۲ توسط ساتربرگ شیمیدان آلمانی ، از طریق الکترولیز مخلوط سیانور سزیوم و سیانور باریم به دست آمد بکتوف در روسیه تقریبا در همان زمان به طور مستقل از ساتربرگ ، سزیوم به دست آورد . روش وی مبتنی بر کاهش یا احیای آمونیاک سزیوم ( CsAlO۲)توسط منیزیوم درزیر جریان هیدروژن بود .
● روبیدیوم
در ضمن بررسی کانی کمیابی به نام لپیدولیت (که به خاطر رنگ یاس بنفش به نام لیلیالیت نیز نامیده می شد )دومین عنصر از طریق طیف سنجی کشف شد نخستین بار در اواخر قرن هیجدم کلاپرود تجزیه شیمایی دقیقی از این کانی به عمل آورد .اما در آن زمان این تجزیه گر ورزیده به وجود مواد قلیایی در کانی مزبور ، پی نبرد. کلاپرود که به نتیجه آزمایش خود مشکوک شده بود ، تجربه مزبور را در سال۱۱۷۶/۱۷۹۷ تکرار کرد و این بار به نتایج زیر رسید : دی اکسید سیلیسیم ۵/۵۴ ، اکسید آلومینیوم ۲۵/۳۸ ، اکسید پتاسیم %۴ اکسید منیزیوم ۷۵/۵۰ /۲ درصد از دست رفته را وی مربوط به اب موجود در کانی دانست . مهم نیست که چه دقتها و تدابیری را آن شیمی دان به کار بست ، ولی آنچه حائز اهمیت است ، این است که وی به وجود دو جزء بسیار مهم آن کانی پی نبرد . آن دو جزء عبارت بودند از لیتیوم و فلوئور . در نتیجه طبیعت لپیدولیت شناخته نشد در اواخر سال ۱۲۳۹/آغاز سال ۱۸۶۱ نمونه ای از سنگ معدنی یاد شده که از ساکسونی آورده شده بود به دست بونزن و تیرشهف افتاد ، که ترکیبات قلیایی آن را جدا کردند و پتاسیم را به صورت کلروپلاتینات متراسب کردند . پس از شستشوی کامل رسوب مزبور ، آن را مورد آزمایش طیف سنجی قرار دادند . در سوم اسفند ۱۲۳۹/بیست و سوم فوریه سال۱۸۶۱ آن دو شیمیدان وجود فلز قلیایی جدیدی را در لپیدولیت به آکادمی علوم برلن گزارش کردند . دانشمندان مزبور به خاطر خط قرمزه تیره فلز جدید ، آن را روبیدیم نامیدند و علامت شیمیای اش را rb قرار دادند. این نام از واژه لاتین به معنی قرمز تند گرفته شده است . بعد بونزن و کیرشهف در آب معدنی که یک سال قبل در آن سزیوم یافته بودند ، روبیدیوم هم پیدا کردند .مقدار روبیدیم آب معدنی مزبور اندکی بیش از مقدار سزیوم در آن بود . در سال ۱۲۴۲/۱۸۶۳ روبیدیم فلزی توسط بونزن تهیه شد .
● تالیوم
عنصری است که توسط طیف سنجی سنگهای معدنی موجود در زمین به وجودش پی برده اند . برخی از خواص این عنصر به خواص عناصری فلزی شباهت دارد و در نتیجه عده ای از دانشمندان تصور می کردند که تالیوم عنصر شیمیای مستقلی نیست و آن را مخلوطی از فلزات قلیایی به ویژه هم گروههای سنگین وزن روبیدیم و سزیوم می شمارند . برای از میان بردن شک زمان لازم بود . هنگامی که بونزن و کیرشهف دست اندرکار بررسی عناصر جدید کشف شد ه بودند روش تجزیه طیف سنجی آنان ، توجه کروکس شیمی و فیزیک دان انگلیسی را جلب کرد وی در آن زمان مورد تایید جامعه علمی آمریکا بود و به ویژه به عنوان نویسنده و منتشر کننده نشریه صاحب شهرت یافت .بنابراین سر ورمزی در کار وجود نداشت و کروکس به روش خودش به کار اکتشاف پرداخت . در سال ۱۲۲۹ /۱۸۵۰ حدود ده پوند از سرباره ای که در اتاقهای سربی کارخانه اسید سولفوریک سازی طیلکروب واقع در آلمان ، تولید شده بود دریافت کرد . وی از آن سرباره سلینیوم را جدا کرد تا ترکیبات به نام سلنو سیانورها را مورد بررسی قرار دهد کا البته نخستین نشریه علمیش به همین ماده اختصاص یافت پس از خارج کردن سلینیوم و خالص کردنش ماده ای به جا ماند که وی تصور کرد که تلور باشد. چون این عنصر از نظر خواص شیمیایی به سلینیوم شبیه بود . به هر حال با روش هایی که به کار می بست موفق به استخراج تلور از آن نشد به این ترتیب بررسی به بن بست خورد . اما از یاری بخت وی باقیمانده سر باره را پس از بررسیهایش نگاه داشته بود(احتمالا به خاطر آنکه تصور می کرد در آن تلور وجود داشته باشد کشف سزیوم و روبیدیم توجه کروکس را خیلی جلب کرد . این موضوع تنها جالب نبود بلکه ازنظر علمی هم ارزشمند بود و آن دانشمند ناگهان متوجه شد که روش طیف سنجی تا چه حد از نظر کارهای تجزیه می توان مفید باشد . کروکس دستگاه طیف سنجی تهیه کرد و به کار به آن پرداخت . نوبت به نمونه های سرباره کارخانه اسید سولفوریک سازی که بیش از ده سال از نگهداریشان می گذشت رسید کروکس نمونه را در شعله قرار داد و آنا از نتیجه کارش ناراحت شد زیرا کمترین اثری از خطوط مربوط تلور در طیف آن وجود نداشت . خطوط ویژه سلینیوم ظاهر و سپس به تدریج محو شدند . در هر حال به جای آنها خط سبز زیبایی در طیف دیده شد که کروکس قبلا هرگز نظیر آن را ندیده بود این خط به عنصر شیمیایی جدیدی مربوط بود که وی آن را تالیوم نام گذاشت . نخستین مطلب درباره کشف کروکس در دهم فروردین ۱۲۴۰ /سی ام مارس ۱۸۶۱ تحت عنوان «درباره وجود عنصری که احتمالا به خانواده گوگرد تعلق دارد » منتشر شد . در این قسمت از موضوع نویسنده اشتباه کرده بود. زیرا بنا بر آنچه که اکنون می دانیم تالیوم نه با گوگرد و نه با هم خانواده هایش هیچ وجه تشابهی ندارد سال بعد کروکس به اشتباه خود پی برد و مطلب دیگری تحت عنوان « تالیوم عنصر شیمیایی جدید » منتشر کرد که در آن به شباهت آن با گوگرد اشاره نشده بود به این ترتیب تالیوم کشف شد . در این جا عنوان کشف شدن معنی اثبات وجود تالیوم به کمک روش جدید بوده است . کروکس از مشاهده طیف عنصر نه عنصر خالص به دست آورد و نه ترکیباتش را ساخت این کار را لامی شیمیدان فرانسوی انجام داده است که برخی وی را کاشف دیگر تالیوم می دانند لامی برای نخستین بار طیف خطی سبزرنگ تالیوم را در نمونه ای از سلنیوم که از سرباره کارخانه اسید سولفوریک سازی استخراج شده بود دید این واقعه در فروردین ۱۲۴۱ /مارس ۱۸۶۲ یعنی یک سال پس از مشاهدات کروکس رخ داد و در تیرماه ژوئن همان سال لامی نمونه ای از تالیوم فلزی را به وزن ۱۴ گرم به آکادمی علوم پاریس تسلیم کرد . کروکس هم موفق به تهیه تالیوم فلزی شد منتها ماده مزبور به صورت پودر بود. در هر حال لامی مدعی شد که نمونه ای را که کروکس داده است فلز خالص نیست بلکه سولفور آن است . مجادله درگرفت و کروکس ادعا کرد که پودر فلز را قبل از یازده اردوبهشت ۱۲۴۱ اول ماه مه ۱۸۶۲ تهیه کرده است اما به سبب فراربودن آن جرات نکرده است به صورت شمش درآورد کمیته ویژه ای از طرف آکادمی علوم پاریس به عضویت دانشمندان برجسته ای مانند سن کلردویل پلوز و دوما به موضوع رسیدگی کرد و لامی را حائز اولویت شناخت . بررسیهای دانشمند فرانسوی در مورد تالیوم بدون شک عمیقتر از بررسی های کروکس بود .وی نشان داد که فلز مزبور ترکیبات سه ظرفیتی و یک ظرفیتی به وجود می آورد . تالیوم یک ظرفیتی شباهت زیادی به فلزات قلیایی دارند و تالیوم سه ظرفیتی رفتارش شبیه آلومینیوم است . دوما آن را فلز متناقض نامید.شباهت تالیوم و پتاسیم موجب بروز این نظر شده بود که این عنصر را مخلوطی از فلزات قلیایی ناشناس سنگین وزن تلقی کنند . مایه تاسف است که افتخار مربوط به کشف تالیوم را منحصرا به کروکس نسبت می دهند و غالبا تلاش موثر شیمی دان فرانسوی را در این را نادیده می انگارند درسال ۱۲۴۵ /۱۸۶۶ نوردنشولد جهانگرد و معدن شناس مشهور و یکی از کاشفین سرزمین گرین لند سنگ معدنی پیدا کرد که محتوای نقره ، مس ، سلنیوم و تالیوم بود و وی پیشنهاد کرد که آن را به افتخار کروکس ، کروکسیت بنامند زمان درازی تصور می شد که این جسم تنها کانی محتوای تالیوم به اندازه قابل ملاحظه است.
● آندیوم
در تاریخچه عناصر شیمیایی غالبا کشف عنصر جدید مستقیما در کشف عنصر دیگر موثر واقع می شود . از جمله این موارد یکی آن است که کشف تالیوم کمک به کشف آندیوم کرد . آندیوم آخرین عنصر از گروه چهار تایی که به روش طیف سنجی کشف شده اند این داستان در شهر فریبوگ آلمان رخ داد و افراد موثر در آن رایش استاد فیزیک در آکادمی معدن و دستیارش ریختر بود. زمان واقعه سال ۱۲۴۲ /۱۸۶۳بود . خواص تالیوم که دو سال قبل از آن تاریخ کشف شده بود مورد توجه رایش قرار گرفت و وی تصمیم به تهیه مقدار کافی از فلز مزبور جهت انجام تجربیاتش گرفت. او در جستجوی یافتن منابع طبیعی تالیوم ، نمونه های کانی روی معدن هیملس فورست را مورد تجزیه قرار داد . آن کانی علاوه بر روی محتوای گوگرد ، آرسنیک ، سرب ، سیلیسیوم ، منگنز قلع ، کادمیوم و به طور خلاصه تعداد زیادی عنصر شیمیایی بود . رایش عقیده داشت که در آن کانی باید تالیوم هم وجود داشته باشد گر چه تجربه های شیمیایی وقت گیر وی عنصر دلخواهش را به دست نداد ولی رسوبی به رنگ زرد کاهی که ترکیبش ناشناخته بود . به دست آورد گفته می شود هنگامی که وین کلر وارد آزمایشگاه رایش شد دوستش به او لوله آزمایشی محتوای رسوبی را نشان داد و گفت این رسوب سولفور عنصری جدید است .نباید تصور داشت که رایش برای تایید گمان خود به طیف سنجی متوسل نشده است . مسلما رایش از طیف سنجی هم بهره می گرفته است اما متاسفانه به سبب نوعی بیماری چشم قادر به تشخیص رنگها نبود و به همین سبب از ریختر دستیارش درخواست کرد که تجزیه های طیف سنجی را انجام دهد .ریختر در نخستین کوششهایش به پیروزی رسید . وی درطیف آن نمونه به خط آبی روشنی برخورد که با خطوط آبی سزیوم و دیگر عناصر قابل اشتباه نبود . به عبارت دیگر نتیجه تجربه خیلی مشخص بود رایش و ریختر معتقد بودند که کانی هیملس فورست حاوی عنصر شیمایی جدیدی است که بر آن نام آندیوم گذاشتند . نکته ای که موجب اعتبار رایش شده این است که گزارش های اولیه مربوط به کشف آندیوم توسط هر دو دانشمند امضاءشده بود در حالی که رایش معتقد بود که این کار غیر عادلانه است و امتیاز کشف عنصر مزبور منحصرا متعلق به ریختر است. اندک زمانی پس از اینکه آن دو دانشمند به کمک طیف سنجی وجود آندیوم را در طبیعت به اثبات رسانند مقدار کمی از آن را تهیه کردند .
ترکیبات آندیوم شعله را به رنگ آبی مایل به بنفش در آوردند و این رنگ آنچنان مشخص کننده است که بدون توسل به طیف سنجی می توان از روی آن رنگ وجود این عنصر را مورد تایید قرار داد .بعدها رایش و ریختر با کمک های ارزنده وینکلر توانستند برخی از خواص آندیم را بررسی کنند وقتی در سال ۱۲۴۶ /۱۸۶۷ آندیم فلزی توسط رایش و ریختر تهیه شد آن را به آکادمی علوم پاریس هدیه کردند و در آن زمان قیمت آن آندیم ۸۰۰ لیره انگلیسی تخمین زده شده بود که مبلغ هنگفتی بود . خواص شیمیایی آندیم اندک زمانی پس از کشفش مورد بررسی و شناسایی قرار گرفت ولی در تعیین جرم اتمیش اشتباه شده بود و آن را ۶/۷۵ ذکر کرده بودند . مندلیف با بررسی خواص شیمیایی عنصرملاحظه کرد که جرم اتمی تعیین شده متناسب با مکان واقعی این عنصر درجدول تناوبی نیست و برای رفع این اشکال پیشنهاد کرد که جرمی حدود ۵۰ درصد بیش از جرم تعیین شده را برایش منظور کردند . بعد مندلیف ثابت کرد که پیشنهادش به جا بوده است و بدین ترتیب آندیوم مکان واقعیش را در گروه سوم جدول تناوبی اشغال کرد.

منبع : سازمان آموزش و پرورش استان خراسان