عنصر سی و هشتم

در اواخر قرن نوزدهم میلادی، قزاقان ناحیه‌ی ماورای بایکال در سیبری، به منطقه‌ی اوروف مهاجرت کردند. این منطقه که از شاخابه‌های رود آرگون است، هوایی خوش و زمینی حاصل‌خیز دارد. اما بختِ بد در کمین مهاجران بود: چند سال بعد بسیاری از مهاجران به بیماری مرموزی مبتلا شده بودند و از درد به خود می‌پیچیدند. بارها پزشکان به این منطقه آمدند، اما هیچ‌یک از آن‌ها نتوانست علت این بیماری را پیدا کند. تنها پس از گذشت سال‌ها، و در دهه‌های اخیر بود که هیأت‌های اعزامیِ فرهنگستان علوم روسیه متشکل از زمین شناسان و زیست شناسان دریافتند که عامل بیماری، استرونسیم بوده است، عنصری که در آب منطقه‌ی اوروف به مقدار قابل ملاحظه‌ای وجود داشته است.
این عنصر شیمیاییِ غَدّار که این‌چنین خصمانه از تازه واردان استقبال کرد چیست؟ استرونسیم در پایان قرن هجدهم میلادی کشف شد و نامش را از استرونسین، دهکده‌ای کوچک در اسکاتلند گرفت (شاید سزاوارتر این باشد که بگوییم به خاطر این عنصر، دهکده‌ای متروک به تاریخ علم شیمی پیوست). ماجرا در سال 1787 میلادی آغاز شد. در آن زمان کانیِ نادری در نزدیکی این دهکده پیدا شد و استرونسیانیت نام گرفت. در میان دانشمندانی که به این کانی علاقه‌مند شدند می‌توان از شیمی‌دانان انگلیسی، کراوفورد و هوپ، و شیمی‌دان آلمانی، کلاپروت، نام برد. بررسی‌های آن‌ها نشان داد که کانی جدید حاوی اکسید فلزی ناشناخته است. به زودی گامی دیگر به پیش گذاشته شد: در سال 1792، هوپ دلایل کافی مبتنی بر جدید بودن این عنصر به دست آورد. آن‌گاه این فلز، استرونسیم نامیده شد.
شیمی‌دان روسی، ت. لوویتس را نیز می‌توان از نخستین کاشفان استرونسیم به شمار آورد. او در همان سال، 1792، در باریت «خاک استرونسین» را یافت، اما چون آدم بسیار دقیقی بود، «بی‌گدار به آب نزد» و آزمایش‌های جدیدی را آغاز کرد تا پیش از اعلام یافته‌هایش، از صحت آن‌ها کاملاً مطمئن شود. هنگامی که آزمایش‌هایش را به پایان رساند و برای انتشار مقاله‌اش با عنوان «درباره‌ی خاک استرونسین در سنگ‌های سنگین» آماده شد برای «به آب زدن» خیلی دیر شده بود. نشریه‌های شیمی، حاوی گزارش بررسی‌های هوپ، کلاپروت، و سایر دانشمندان به روسیه رسیده بود. ظاهراً خرد عامه همیشه کارساز نیست.
چند سال بعد، در سال 1808، دانشمندان توانستند برای نخستین بار استرونسیمِ خالص را ببینند؛ سِر ه. دیوی انگلیسی موفق شده بود این فلز سبک (سبک‌تر از آلومینیم) و نقره‌ای رنگ را جدا کند. اما انسان از مدت‌ها پیش با ترکیب‌های شیمیایی استرونسیم آشنا بوده است.
در اسناد به دست آمده در باره‌ی هند باستان، به نورهای مرموز سرخ رنگی اشاره می‌شود که گاه در معابد تاریک زبانه می‌کشید و هراس در دل نیایش کنندگان می‌انداخت. طبیعتاً بودای قدرتمند در ایجاد این نورها نقشی نداشت، بلکه خادمان با وفای او، یعنی کاهنان، که از دیدنِ چهره‌های وحشت زده‌ی مؤمنان، با خوش‌حالی دست‌هایشان را به هم می‌مالیدند، می‌دانستند که پشت پرده چه خبر است. آن‌ها برای ایجاد این اثر، نمک‌های استرونسیم را با زغال سنگ، گوگرد، و نمک برتولت می‌آمیختند: مخلوط حاصل را به صورت گوی‌ها یا مخروط‌های کوچک فشرده می‌کردند، و هر گاه می‌خواستند، آن‌ها را به آرامی آتش می‌زدند. احتمالاً کاهنان بنگالی «راز» این مخلوط را پیش خود نگاه داشتند، زیرا اصطلاح «نور بنگال» از دیرباز رایج بوده است.
از این ویژگیِ ترکیب‌های فرّار استرونسیم که با شعله‌های سرخ درخشان می‌سوزند، سال‌هاست که در عملیات آتش‌بازی استفاده می‌شود. مثلاً در روسیه، در دوران پتر اول و کاترین دوم، غیر ممکن بود مراسم کم و بیش مهمی بدون انجام آتش‌بازی برگزار شود. امروزه نیز، تلألؤ نورهای سرخ، سبز، و زرد در آسمان شامگاه اعیاد بیش‌ترِ درخششِ خود را مدیون استرونسیوم است. اما مهارت‌های آتش‌بازی این فلز فقط به مراسم تفریحی محدود نمی‌شود؛ نمی‌توان گفت که چه جان‌های عزیزی در دریاها و اقیانوس‌ها در نتیجه‌ی شلیک منور از کشتی‌های آسیب دیده و راهنمایی قایق‌های نجات، از مرگ رسته‌اند.
تا مدت‌ها تنها کاربرد استرونسیم ایجاد نور قرمز بود. سپس در آغاز قرن بیستم میلادی شیمی‌دان‌ها کشف کردند که استرونسیم به کار پالایش شکر نیز می‌آید، زیرا میزان استخراج شکر از ملاس را بسیار افزایش می‌دهد. اما چند سال بعد، استرونسیم ناگزیر شد شغل شیرین خود را به کلسیمِ ارزان‌تر واگذار کند. در دهه‌های اخیر اما استفاده‌ی مجدد از استرونسیم دوباره به طور جدی مطرح شده است، زیرا این فلز میزان استخراج شکر را بیست درصد افزایش می‌دهد.
می‌توان از چندین زمینه نام برد که استرونسیم در آن‌ها کم و بیش موفق بوده است.در متالورژی، برای پالایش فولاد از گازها و ناخالصی‌های زیان‌بار، از این فلز کمک گرفته می‌شود؛ در تولید لعاب، این فلز، جای‌گزین ترکیب‌های سمی سرب شده است، می‌دانیم که سرب عنصر چندان فراوانی هم نیست؛ در شیشه ‌سازی، اکسید این فلز جانشین بعضی از مواد گران‌بها شده است که در تولید الیاف شیشه و شیشه‌های مخصوص به کار می‌روند. بلورهای مصنوعی تیتانات استرونسیم، از لحاظ بازیِ نور و درخشندگیِ سطوح تراش‌دارشان با الماس رقابت می‌کنند. وجود استرونسیم در سیمان پرتلند، مقاومت این ماده را در برابر رطوبت افزایش می‌دهد. این ویژگی در احداث سدها و سایر ساختمان‌هایی که در آب بنا می‌شوند بسیار اهمیت دارد. در الکترونیک از استرونسیم برای اکسایش کاتدهای لامپ‌های الکترونی، و به عنوان جاذب گاز، به ویژه در مواد دی‌الکتریک و فروالکتریک استفاده می‌شود. ترکیب‌های استرونسیم در ساختن رنگ‌های فسفری و بسیار پایدار و نیز گریس‌ها به کار می‌روند. دانشمندان با استفاده از ایزوتوپ‌های روبیدیم و استرونسیم می‌توانند عمر سنگ‌های مربوط به دوران پیش از تاریخ را با دقت بسیار تعیین کنند.
بدین ترتیب به نظر می‌رسد که برای عنصر شماره‌ی سی و هشت به اندازه‌ی کافی کار پیدا شده است. آن‌چه را پیش از این گفته شد، باید به عنوان بخش‌هایی جدا از هم در تاریخ زندگی استرونسیم در نظر گرفت. پیش از آن که به مهم‌ترین جنبه‌ی فعالیت این فلز بپردازیم، بد نیست روی‌دادی از تاریخ معاصر ذکر شود که مدت‌ها مورد توجه جهانیان بود. در ماه مارس سال 1954 میلادی، ابرِ غول پیکر و قارچ مانندی بر فراز جزیره‌ی مرجانی بیکینی در جنوب اقیانوس آرام پدیدار شد که حاکی از انفجار یک بمب هیدروژنی توسط امریکا بود. چند ساعت بعد، ذره‌های مواد پرتوزا، به رنگ سفید مایل به خاکستری بر عرشه‌ی یک قایق ماهی‌گیری ژاپنی که صد و پنجاه کیلومتر دورتر از مرکز انفجار در دریای آزاد حرکت می‌کرد باریدن گرفت. ماهی‌گیران دست از کار کشیدند و عازم ساحل شدند. اما خیلی دیر شده بود: پس از بازگشت، یکی از آن‌ها مرد و بقیه به یک بیماری شدید ناشی از تابش مبتلا شدند. احتمالاً استرونسیم نود، یکی از ایزوتوپ‌های پرتوزای بی‌شماری که در حین واپاشی پرتوزا پدید می‌آیند، «ویروس» اصلی این بیماری بود.
انفجاری مانند آن‌چه در بیکینی ده‌ها میلیون تُن خاک و سنگ را به هوا فرستاد، از فراورده‌های شکافت هسته‌ای سرشار است، فراورده‌هایی که سمی‌ترین و درنتیجه خطرناک‌ترینشان استرونسیم نود است. دیر یا زود این فراورده‌ها بر سطح اقیانوس‌ها و خشکی‌ها می‌نشینند و انسان‌ها را قربانی خود می‌نمایند: از طریق میوه‌ها و سبزی‌ها، آب آشامیدنی و گوشت و شیر حیواناتی که علف‌های آلوده به استرونسیم نود را خورده‌اند این ماده وارد بدن انسان می‌شود. استرونسیم نود، پس از جمع شدن در بدن انسان، مراکز پرتوزایی خطرناکی را پدید می‌آورد که بر نسج و مغز استخوان و خون اثری مرگ‌بار می‌گذارند.
انسان‌ها از هیچ تلاشی برای منع کامل آزمون بمب‌های هسته‌ای و هیدروژنی فروگذار نکرده‌اند. میلیون‌ها نفر از شنیدن خبر امضای پیمان منع آزمون‌های هسته‌ای در جو، در فضا، و در زیر آب، که در سال 1963 میلادی در مسکو به عمل آمد به وجد آمدند. اما این به معنای آن نیست که استرونسیم پرتوزا برای همیشه از دایره‌ی فعالیت انسان خارج شده است: تکامل نیروگاه‌های هسته‌ای امکانات گسترده‌ای را برای کاربرد صلح‌ آمیز این ماده در علوم و مهندسی فراهم آورده است. در این‌جاست که کاربردهای این عنصر نامحدود می‌شود.
یکی از مساعدترین عرصه‌های کاربرد استرونسیم پرتوزا، باتری‌های هسته‌ای موشک‌های فضایی و ماهواره‌هاست. این باتری‌ها بر اساس توانایی استرونسیم نود برای تابش الکترون‌های پرانرژی که به برق تبدیل می‌شوند طراحی شده‌اند. سلول‌های استرونسیم پرتوزای یک باتری که از قوطی کبریت بزرگ‌تر نیستند، بدون نیاز به شارژ دوباره، پانزده تا بیست و پنج سال کار می‌کنند. بدون تردید، باتری‌های هسته‌ای در مهندسی تلفن و رادیو کاربرد دارند. در ضمن ساعت سازان سویسی توانستند باتری‌های کوچک استرونسیمی را در ساعت‌های دیواری و مچی نصب کنند.
استفاده از منابع پایان‌ناپذیر برق در ایستگاه‌های هواشناسی خودکاری که در صحراها، نواحی قطبی، و کوهستان‌ها قرار دارند ضروری است. در یکی از جزایر دور افتاده‌ی شمال کانادا، در نقطه‌ای که دسترسی به آن دشوار است، یک ایستگاه هواشناسی اتمی احداث شده است که به مدت دو تا سه سال، بدون نیاز به انسان کار می‌کند. منبع انرژی این ایستگاه استرونسیم پرتوزا (تنها چهارصد گرم استرونسیم) است که در آلیاژی سه لایه محصور شده است و جداری سربی از آن محافظت می‌کند. تمام تجهیزات در استوانه‌ای به ارتفاع دو و نیم متر و قطر شصت و پنج صدم متر جای داده شده است و درحدود یک تُن وزن دارد.
یکی از ابداعات جالب، باتری ترموالکتریکی استرونسیمی تریستان است که توسط شرکت زیمنس آلمان طراحی شد و در دستگاه‌های پژوهش در آب‌های ژرف به کار می‌رود. اگرچه این باتری‌ها چندان بزرگ نیستند اما وزن آن‌ها به یک و چهار دهم تُن می‌رسد زیرا حفاظی ضخیم از سرب دارند: این فلز از انسان‌ها و جانداران دریایی در برابر تابش به خوبی محافظت می‌کند؛ میزان تابش در نزدیکی باتری، تنها یک پنجم میزان مجاز است.
نوع دیگری از مولدهای استرونسیمی برای کار در ایستگاه‌های هواشناسی خودکار در روسیه طراحی شده است که بتا-سی نام دارد؛ این مولد به مدت ده سال به خوبی کار می‌کند و هر دو سال یک بار باید آن را بازرسی کرد. این باتری در نمایشگاه لایپزیک برنده‌ی مدال طلا شد. نخستین مولد از این نوع در ایستگاه‌های هواشناسیِ ناحیه‌ی ماورای بایکال، و در مناطق علیای رودخانه‌ی کروچینا در تایگای سیبری نصب شد.
هر روز تعداد ابزارهایی که با استرونسیم پرتوزا کار می‌کنند افزایش می‌یابد. در این میان می‌توان از ضخامت‌سنج‌های مورد استفاده در صنایع کاغذسازی، پارچه‌بافی، تولید تسمه و ورق فلزی، غشای لاستیکی، رنگ‌ها و لاک‌ها، و نیز وسایل اندازه‌گیر چگالی، ویسکوزیته و غیره – هم‌چنین تَرَک‌یاب‌ها، تابش‌سنج‌ها و وسایل گوناگون دیگر نام برد. فانوس دریایی اتمی تالین، که در مدخل بندر تالین در دریای بالتیک، هم‌چون شمعی سرخ رنگ بر فراز دریا می‌درخشد نیز با مولدی استرونسیمی کار می‌کند که گرما را به نور تبدیل می‌کند. ذکر این نکته ارزشمند است که هیچ فانوس‌داری فانوس دریایی تالین را اداره نمی‌کند: تنها چند بار در سال، تجهیزات این فانوس توسط متخصصان بازرسی می‌شود.
در اغلب کارخانه‌ها، از رله‌های بتا برای تنظیم قطعاتی که باید ماشین‌کاری شوند، کنترل نحوه‌ی استقرار آن‌ها، کنترل کاردهی ابزارهای بُرش، و این‌گونه «کارهای متفرقه» استفاده می‌شود. اصول کار این رله‌ها ساده است. اندکی استرونسیم، که به میزانی دویست بار کم‌تر از حد مجاز تابش می‌کند، در محفظه‌ای سربی قرار داده می‌شود. محفظه پنجره‌ی کوچکی دارد که در برابر تابش بتا (شار الکترون) شفاف است. تا زمانی که قطعه یا ابزار در «میدان دید» رله‌ی بتا قرار دارد، یعنی همه چیز مرتب است، رله کار نمی‌کند. اما اگر مثلاً هسته‌ای بشکند و از «دید» خارج شود، رله به کار می‌افتد، ماشین را از کار می‌اندازد، و چراغ راهنمایی تابلوی کنترل را روشن می‌کند تا مکان بروز عیب را نشان دهد.
بارهای الکتریکی تا میزان چندین هزار ولت که در حین تولید کاغذ، پارچه، الیاف مصنوعی، پلاستیک‌ها، و غیره بر اثر اصطکاک پدید می‌آیند، خطر ایجاد جرقه و در پی آن آتش‌سوزی را به دنبال دارند. تا همین اواخر، با استفاده از دستگاه‌های بسیار پیچیده، حجیم و گران‌قیمت، هوا را به کمک پرتو ایکس یا فرابنفش یونیزه می‌کردند تا از چنین خطری جلوگیری شود. اکنون دستگاه‌های یونیزه کننده‌ی استرونسیمی (که نه گران قیمت هستند و نه ولتاژ بالایی مصرف می‌کنند) جای‌گزین این دستگاه‌ها شده‌اند. راهبری دستگاه‌های استرونسیمی آسان است؛ این دستگاه‌ها جمع و جور و با دوام‌اند. با استفاده از دستگاه جدید، میزان تولید ماشین‌های بافندگی به چندین برابر افزایش یافته است، و تلفات و ساعت‌های از کار افتادگی ناشی از پاره شدن نخ به شدت کاهش یافته است.
به این ترتیب استرونسیمِ صلح طلب، با گام‌های مطمئن در صنعت پیش می‌رود و تقاضا برای آن پیوسته رو به افزایش است. آیا طبیعت خواهد توانست که نیاز فزاینده به این فلز را برآورده کند؟ کانی‌های حاوی استرونسیم بسیار کمیاب هستند. تنها استرونسیانیت و سلستین هستند که گاهی به مقدار قابل توجه در طبیعت یافت می‌شوند. فرسمان، زمین شیمی‌دان و کانی‌شناس برجسته‌ی روس، سلستین را چنین توصیف کرد: «... در تکه ای از سنگ تازه شکسته، ناگهان بلوری آبی رنگ به چشم می‌خورد. آیا به راستی سلستین است! سوزنی آبی رنگ و شفاف، شگفت‌آور هم‌چون یاقوت کبود سیلان، همانند گل گندم ظریفی که رنگش در آفتاب پریده باشد.» سلستین، تنها به رنگ آبی یافت نمی‌شود: گاهی به رنگ‌های بنفش روشن، صورتی، یا دودی نیز دیده شده است. چه زیبا هستند قطعات کهربایی و زرد رنگ گوگرد، مزین به بلورهای سبز رنگ سلستین!
در طبیعت، سلستین به روش‌های مختلفی تشکیل می‌شود. فرسمان که در بالا از او نقل قول کردیم، یکی از این روش‌ها را چنین وصف می‌کند: «... چندین ده میلیون سال پیش، در اوان پیدایش زمین، امواج دریای ژوراسیک زبرین تا دامنه‌ی کوه‌های عظیم قفقاز، که تازه از دل آب سر برافراشته بودند، می‌خروشیدند.... در پایاب‌های ساحلی، بر روی سنگ‌ها، آغازیان خرد و بی‌شماری می‌زیستند. آن‌ها بر روی سنگ‌ها، بر روی کُلُنی‌های زیبایی از گیاهان دریایی، یا حتی بر سوزن‌های توتیای دریایی، که همراه آن به سفر در بستر دریا می‌پرداختند، جا خوش کرده بودند. این آغازیان، آکانتارین‌ها بودند که اسکلتشان از خارهای کوچک، هجده تا سی و دو خار، تشکیل شده بود. این موجودات آغازین در فرایند زندگی پیچیده‌ی خود سولفات استرونسیم جمع‌آوری می‌کردند؛ نمک را از آب دریا استخراج کرده و به تدریج خارهای بلورین خود را از آن می‌ساختند. آغازیان پس از مرگ، به ژرفای دریا فرو می‌افتادند و توده‌های سولفات استرونسیم رشد می‌کردند. بدین ترتیب زندگی فلزی کمیاب، آغاز شد...»
تنها این نکته را باید افزود که گونه‌های دریایی دیگری نیز از آب دریا سلستین استخراج می‌کردند: دانشمندان دریافتند که صدف‌های مارپیچی نرم‌تنانِ ماقبل تاریخ از سلستین تشکیل شده است. قطر بعضی از این صدف‌ها به چهل سانتیمتر می‌رسد. نهشته‌های آتش‌فشانی و رسوبی استرونسیم در مکان‌های مختلف، از جمله در صحراهای کالیفرنیا و آریزونا در امریکا پیدا می‌شوند. (درحقیقت مشخص شده است که استرونسیم اقلیم‌های گرم را «دوست درد» و کم‌تر در نواحی شمالی دیده می‌شود.) در دوران سوم زمین شناسی این ناحیه صحنه‌ی فعالیت‌های شدید آتش‌فشانی بود. آب‌های گرمی که همراه با گدازه از ژرفای زمین به بیرون فوران کردند سرشار از استرونسیم بودند. دریاچه‌هایی که در میان قله‌های آتش‌فشانی قرار داشتند، استرونسیم را جمع‌آوری کردند و در طول هزاره‌ها، ذخیره‌ی قابل توجهی از این فلز پدید آوردند.
استرونسیم در آب خلیج قره بغاز گل، در دریای خزر، نیز یافت می‌شود. در قره بغاز، فرایند تبخیر دائمی آب، همواره غلظت این نمک‌ها را افزایش می‌دهد. هنگامی که آب نمک به نقطه‌ی اشباع رسید، رسوبی تشکیل می‌شود که گاه تا دو درصد استرونسیم دارد. چندین سال پیش، زمین شناسان، کانسارِ نسبتاً بزرگی از سلستین را در کوه‌های ترکمنستان کشف کردند. رگه‌های آبی رنگ این کانیِ ارزشمند، بر شیب و آبرفت‌ها و دره‌های عمیق کوه کوشتانگ تاو، که کوهی در بخش جنوب غربی پامیر است، رسوب کرده است.
... از طبیعت نباید متوقع بود: ایجاد ذخایر استرونسیمی که امروز کشف می‌شوند، میلیون‌ها سال پیش آغاز شده است. اما هم‌چون آن دوران، فرایندهای شیمیایی پیچیده هم‌چنان ادامه دارند و گنجینه‌ای نو در ژرفای زمین، زیر آب دریاها و اقیانوس‌ها، انباشته می‌شود. این هدیه‌ی طبیعت به نسل‌های آینده خواهد بود.