پالادیم، طلای سفید
آن روز ریچارد چنویکس، شیمیدان موفق انگلیسی، زودتر از همیشه از خواب برخاست. ابرهای تیره و بارانزا آسمان را فرا گرفته بود. باران گویی از بارش شبانه بر بامها قانع نشده بود و ریزش آن تا فرا رسیدن روز تداوم یافته بود و
ترجمه: حمید وثیق زاده انصاری
منبع:راسخون
منبع:راسخون
آن روز ریچارد چنویکس، شیمیدان موفق انگلیسی، زودتر از همیشه از خواب برخاست. ابرهای تیره و بارانزا آسمان را فرا گرفته بود. باران گویی از بارش شبانه بر بامها قانع نشده بود و ریزش آن تا فرا رسیدن روز تداوم یافته بود و بیهوده میکوشید کیفیت ساختمانهای لندن را بیازماید. به نظر میرسید که آسمان تصمیم دارد هر چه باران دارد، بر زمین بریزد.
اگر آن صبح بارانی در سال 1803 شاهد رویدادی نبودکه به شهرت علمی چنویکس لطمه وارد کند، شاید روا نمیبود که این همه بر پدیدههای جوی معمول در آلبیون مهآلود (نام قدیم انگلستان) تأکید کنیم.
چنویکس که فنجان قهوه در دست، روزنامههای صبح را نگاه میکرد، چشمش به اعلانی باور نکردنی افتاد حاکی از اینکه آقای فورستر، بازرگان و گردآورندهی کانیها، فلزی جدید به نام پلادیم را به قیمتی معقول در فروشگاهش میفروشد؛ فلزی که تا روز پیش هیچ شیمیدانی در جهان نامش را هم نشنیده بود.
آیا این یک شوخی علمی بود یا نیرنگی تبلیغاتی؟ چنویکس کاملاً اطمینان داشت که اصلاً فلز جدیدی مطرح نیست، اما کنجکاوی بر او غلبه کرد و به رغم نامساعد بودن هوا عازم فروشگاه آقای فورستر شد.
در کمال تعجب، آقای فورستر به راستی شمش کوچکی از فلزی را نشان داد که شبیه پلاتین، اما بسیار سبکتر از آن بود. فورستر توضیح داد که چند روز پیش نامهای به خط خوش و بر کاغذی گرانبها دریافت کرده است که در آن نویسندهای با نام مستعار به او پیشنهاد کرده شمش کوچکی از این فلز ناشناخته را به فروش برساند. فورستر بیش از این چیزی نمیدانست. چنویکس تصمیم گرفت شمش را بخرد، آن را تجزیه کند و کیمیاگر گستاخی را که مدعی کشف فلزیی جدید شده بود، نزد همگان به ریشخند بگیرد. به علاوه، به سبب شرکت مالک فروشگاه در این شیادی شرمآور، درسی هم به او بیاموزد.
چنویکس همکارانش را از قصد خویش آگاه کرد و آنها در انتظار نتیجهی کار ماندند. بزودی چنویکس مقالهاش را منتشر کرد و در آن گزارش داد که به اصطلاح پالادیم، فلزی جدید نیست بلکه آلیاژی از پلاتین و جیوه است. به نظر میرسید که شیادی افشا شده است، اما متأسفانه هر چه شیمیدانان دیگر کوشیدند، اثری از پلاتین و جیوه در این فلز مرموز نیافتند. چنویکس که از این بابت سخت آزرده خاطر شده بود، شتابزده توضیح داد که به اعتقاد او جیوه چنان با پلاتین آمیخته است که جدا کردن آنها عملاً امکانپذیر نیست. افزون بر این او نسخهای هم برای تهیهی آلیاژ تجویز کرد.
هیجان دوبارهی فلز جدید رفته رفته فروکش میکرد که ناگهان اعلانی در یکی از نشریههای علمی ظاهر شد. که بنا بر آن اعلان، هر کس ظرف یک سال، طبق دستور چنویکس، یا با استفاده از هر فرآیند دیگر، از آمیختن جیوه با پلاتین، پالادیم تهیه کند، 20 پوند! جایزه خواهد گرفت. تعداد کسانی که به دریافت این پول علاقهمند بودند کم نبود اما مهلت یک ساله سپری شد و نه چنویکس و نه هیچ کس دیگر نتوانست فلز را تولید کند.
اندکی پس از آنکه این مهلت سپری شد، در سال 1804، دبیر انجمن سلطنتی (فرهنگستان علوم) لندن، پزشک و شیمیدان مشهور ویلیام ولاستون، به انجمن گزارش داد که در حین تجزیهی پلاتین، فلزی با همان ویژگیهای فلز فروخته شده به چنویکس، و نیز فلزی دیگر را کشف کرده که آن را رودیم نامیده است. در آغاز سال 1805 ولاستون نامهای سرگشاده به نشریهای که اعلان مربوط به اعطای جایزه را منتشر کرده بود نوشت و طی آن اعتراف کرد که او مسئول برپا کردن جنجال در مورد پالادیم بوده است؛ او فلز را کشف کرده و به فورستر سپرده بود تا آن را بفروشد و خود او نیز اعلان مربوطه به جایزهی 20 پوندی را به نشریه داده بود.
نمیتوان گفت چه چیز ولاستون را وادار کرده بود کشف خود را بدین روش غیرعادی اعلام کند، اما این اقدام برای چنویکس مصیبتبار بود؛ او که از اشتباه بزرگ خود یکه خورده بود، به طور کلی شیمی را به دست فراموشی سپرد.
ولاستون با پالادیم نامیدن فلز جدید، به استقبال اخترشناس آلمانی هانریش ویلهلم اولبرس، رفت که در سال 1802، اختروارهی جدیدی را که در منظومهی شمسی کشف کرده بود به افتخار الههی یونانی خرد، پالاس آتنایی، پالاس نامیده بود.
تقریباً بیست سال بعد، مطلب زیر در گورنی جورنال (نشریهی معدنکاری) در روسیه چاپ شد: «در سال 1822، دولت اسپانیا به ج. برین، دستور داد که همهی ذخایر پلاتینی را که طی سالها در آمریکا گردآوری شده بود، تصفیه و به شمش تبدیل کند. در نتیجه، هنگامی که برین 61 پود (هر پود 38ر16 کیلوگرم) پلاتین را تصفیه کرد، 25ر2 پوند (هر پوند 45ر0 کیلوگرم) نیز پالادیم به دست آورد؛ او پالادیم را 5ر5 برابر طلا قیمت گذاشت، زیرا بسیار کمیاب بود.»
امروزه که میتوان تعداد همهی عنصرهای موجود در پوستهی زمین را کم و بیش با دقت تخمین زد، میتوان گفت که مقدار پالادیم در پوستهی زمین تقریباً 10 برابر مقدار طلاست. هر چند زمین شیمیدانان بیش از 30 کانی حاوی این عنصر را یافتهاند، اما همهی ذخایر پالادیم، مانند بقیهی فلزهای گروه پلاتین ، کمعیارنند (تنها ×5 درصد). پالادیم، بر خلاف سایر فلزهای گروه پلاتین، به طور طبیعی همراه پلاتین یافته می شود. معمولاً این فلز طبیعی با پلاتین، ایریدیم، طلا و نقره آمیخته است. غالباً پالادیم به صورت مخلوط با پلاتین طبیعی یا طلا دیده میشود. نوع بسیار کمیابی از طلای طبیعی (پروپزیت) حاوی 8 تا 11 درصد پالادیم در بزریل یافت شده است.
چون ته نشستهای حاوی پالادیم نسبتاً کمیاباند، مادهی خام اصلی برای استخراج آن، کانههای سولفیدی نیکل و مس است. البته در اینجا پالادیم نقش فروتنانهی فرآوردهای جنبی را به عهده دارد، اما این نکته از ارزش آن نمیکاهد. ترانسوال (در افریقای جنوبی) و کانادا دارای ذخایر سرشاری از این کانههایند. زمینشناسان روسیه ذخایر بزرگی از کانههای مس- نیکل را در ناحیه نوریلسک کشف کردهاند که حاوی فلزهای گروه پلاتین، و بویژه پالادیم است.
این عنصر در سایر اجرام سماوی نیز یافته میشود و وجود آن در شهابسنگها اثبات شده است: شهابسنگهای آهنی در هر تن 7ر7 گرم پالادیم دارند و در هر تن از شهابسنگهای سنگی 5ر3 گرم پالادیم یافت میشود. همه میدانند که بر سطح خورشید لکههایی هست، اما کمتر کسی میداندکه خورشید پالادیم نیز دارد. با این حال، وجود پالادیم در خورشید، به همراه ژلیوم در سال 1868 کشف شد.
پالادپالادیم که چگالی آن تقریباً 5ر1 برابر آهن است، در میان «همقطاران» خود، یعنی فلزهای گروه پلاتین، سبک وزن به شمار میرود: پالادیم با چگالی 12 گرم بر سانتیمتر مکعب، از اُسیُم ( 5 ر 22 ) g/cm³ ایریدم (4ر22) و پلاتین (45ر21) بسیار عقبتر است. نقطهی ذوب این فلز نیز از سایر فلزهای گروه پلاتین کمتر، و برابر 1552 درجهی سلسیوس است. پالادیم حتی در دمای محیط نیز چکش خوار است. پالادیم در جواهر سازی به کار میرود، چون فلزی زیباست و خوب صیقل میخورد و کدر یا خورده نمیشود .
همه با این اصطلاحهای کلیشهای روزنامهها از قبیل «طلای سیاه» برای نفت، « طلای نرم» برای خز و «طلای سبز» برای جنگلها آشناییم. هنگامی که از «طلای سفید» سخن میرود منظور پنبه است. اما طلا هم میتواند ظاهراً سفید باشد: اگر مقدار ناچیزی پالادیم به طلا افزوده شود رنگ زرد آن را کاملاً زایل میکند و رنگ سفید زیبایی به آن میبخشد. ساعتها، دستبندها و جای نگینهایی که از طلای سفید ساخته میشوند زیبایی خیره کنندهای دارند.> همنشینی پالادیم با تیتانیم نتایج بسیار خوبی به بار آورده است. تیتانیم به سبب مقاومت بسیار خوب در برابر خوردگی معروف است: حتی « جانوران همه چیزخواری» همچون تیزاب سلطانی یا اسید نیتریک هم نمیتوانند «لقمهای» تیتانیم «بخورند». اما اسید سولفوریک و اسید کلریدریک غلیظ بر تیتانیم اثر میگذارند ولی اگر آن را با پالادیم « تقویت» کنیم (کمتر از یک درصد پالادیم)، توانایی تیتانیم برای مقاومت در برابر این تجاوزگران به شدت افزایش مییابد. در کارخانههای روسیه، این آلیاژ به منظور مصرف در صنایع شیمیایی، روغن سازی و هستهای تولید می شود. صفحهای ساخته شده از آلیاژ جدید پس از یک سال ماندن در اسید کلریدریک تنها 1ر0 میلیمتر ضخامتش را از دست میدهد، در حالی که صفحهی ساخته شده از تیتانیم خالص، طی همین مدت بیش از 2 میلیمتر از ضخامت خود را از دست خواهد داد.
چرا پالادیم بر تیتانیم چنین تأثیری دارد؟ دلیل آن پدیدهی تازه کشف شدهی خود اثرناپذیری فلزهاست: افزودن مقدار ناچیزی از فلز های نجیب از قبیل پالادیم، روتنیم و پلاتین به آلیاژهای تیتانیم، آهن، کروم یا سرب، مقاومت آنها را صدها، هزارها و حتی دهها هزار برابر افزایش میدهد.
پژوهشگران آزمایشگاه خوردگی در انیستیتو شیمی فیزیک فرهنگستان علوم روسیه اثر افزودن پالادیم بر فولاد کرومدار را بررسی کردند. فولاد کرومدار در برابر بسیاری از اسیدها به سرعت تخریب میشود. هنگامی که چنین آلیاژی در محلولی اسیدی فروبرده میشود، یونهای مثبت آن در محلول پخش میشود؛ در همین حال، یونهای هیدروژن آزاد شده از محلول به درون شبکهی بلوری آلیاژی نفوذ میکنند و در آنجا، به سهولت با الکترونهای آزاد ترکیب میشوند. گاز هیدروژن تشکیل شده طی این فرآیند، فلز را تخریب میکند، هنگامی که به این فولاد اندکی (کسری از درصد) پالادیم افزوده شود، و آن را در محلول اسیدی قرار دهند، چند ثانیه پس از آغاز خوردگی، این واکنش متوقّف میشود. نتیجهی این بررسی نشان داد که اسید با پالادیم وارد واکنش میشود و لایهای نازک از اکسید بر روی سطح قطعه تشکیل میدهد و بعد گویی قطعه «لباسی» پوشیده است. فولادی که بدین صورت تقویت شده، عملاً نفوذناپذیر است: میزان خوردگی چنین فولادی در اسید سولفوریک گرم و جوشان از چند دهم میلیمتر در سال بیشتر نیست (فولاد معمولی طی همین مدت به اندازهی چند سانتیمتر خورده میشود)
پالادیم، خود از بسیاری از عنصرهای دیگر تأثیر میپذیرد. مثلاً افزودن برخی از فلزهای هم گروه آن، مثلاً روتنیم (4درصد) و رودیم (1 درصد)، استحکام کششی پالادیم را تقریباً دو برابر میکند.
آلیاژهای پالادیم با سایر فلزها (به ویژه نقره) در دندان پزشکی مصرف میشوند (با این آلیاژ میتوان دندانهای مصنوعی عالی ساخت). مهمترین نقطههای اتصال در وسایل الکتریکی، تلفنها و سایر تجهیزات با پالادیم پوششکاری میشوند. با استفاده از این فلز حدیدهها و تاوریسها (یا نخریسها)ی گوناگون ساخته میشود. تاوریس کلاهکی است با روزنههای مختلف که برای تولید سیمهای بسیار نازک یا الیاف مصنوعی به کار میرود، و مادهای را که به همین منظور آماده شده است، با فشار از روزنههای آن عبور میدهند. از پالادیم در ترموکوپلها و بعضی از تجهیزات پزشکی نیز استفاده می شود.
اما جالبترین نکته دربارهی پالادیم، ویژگیهای شیمیایی بیهمتای آن است. پالادیم برخلاف سایر عنصرهای شناخته شده در علم شیمی، در مدار بیرونی خود 18 الکترون دارد. به عبارت دیگر لایهی الکترونی آن کاملاً پر است، و به همین سبب از لحاظ شیمیایی پایدار است. در شرایط عادی، اثر فلوئور قدرتمند بر آن، بیشتر از اثر نیش پشه بر فیل نیست. تنها به کمک دمای زیاد (500 درجهی سلسیوس و بالاتر) است که فلوئور و دیگر اکسایندههای نیرومند میتوانند با پالادیم واکنش کنند.
پالادیم میتواند مقدار قابل توجهی گاز، و به ویژه هیدروژن، را جذب میکند (یا آن گونه که فیزیکدانان و شیمیدانان گویند، برآشامد). در دمای محیط، هر سانتیمتر مکعب پالادیم میتواند در حدود 800 حجم هیدروژن را در خود جذب کند. البته چنین آزمایشی، بر فلز اثر میگذارد: فلز متورم میشود و ترک میخورد.
ویژگی دیگر پالادیم که آن هم به هیدروژن مربوط میشود، به همین اندازه اعجابآور است. مثلاً اگر هیدروژن را با تلمبه به درون ظرفی از جنس پالادیم بفرستیم و سپس ظرف را درزبندی و گرم کنیم، هیدروژن به همان سهولت که آب از غربال میگذرد، از جدار ظرف به بیرون نفوذ میکند. در دمای 240 درجهی سلسیوس، از هر سانتیمتر مکعب سطح جداری به ضخامت یک میلیمتر، 40 سانتیمتر مکعب هیدروژن عبور میکند. با افزایش دما، تراوایی فلز از این هم بیشتر میشود.
پالادیم نیز همچون دیگر فلزهای گروه پلاتین، کنشیار (کاتالیزور) بسیار خوبی است. این ویژگی، همراه با توانایی آن در عبور دادن هیدروژن، پدیدهای را که به تازگی گروهی از شیمیدانان مسکو کشف کردهاند، توجیه میکند. این پدیده شتاب دو جانبهی دو واکنش در حضور یک کنشیار، در این مورد پالادیم، است. گویی واکنشها به یکدیگر کمک میکنند، اما مادههای شرکت کننده در آنها با هم مخلوط نمیشوند.
حال فرض کنید ظرفی در اختیار داریم که با غشایی از جنس پالادیم به دو اتاقک تقسیم شده است. یکی از این اتاقکها با بوتن ( ) و دیگری با بنزن ( ) پر شده است. پالادیم که حرص شدیدی برای جذب هیدروژن دارد، آن را از مولکولهای بوتن جدا میسازد، هیدروژن از غشای پالادیمی عبور میکند، وارد اتاقک دیگر میشود، و به آسانی با مولکولهای بنزن ترکیب میگردد. بوتن که هیدروژن از دست داده است، به بوتادین (مادهی اولیه برای تولید لاستیک مصنوعی) تبدیل میشود، در حالی که بنزن، که هیدروژن جذب کرده است، به سیکلوهگزان تبدیل میشود (از سیکلوهگزان برای ساختن کاپرون و نایلون استفاده میکنند). ترکیب بنزن با هیدروژن تولید گرما میکند. یعنی برای جلوگیری از توقف واکنش، باید پیوسته از آن گرما گرفت. اما بوتن هیدروژن خود را تنها با گرما مبادله میکند. چون هر دو واکنش «زیر یک سقف» انجام میشوند، گرمای ایجاد شده در اتاقک اول، در اتاقک دوم به مصرف رسید . ترکیب مؤثر این فرآیند شیمیایی و فیزیکی را مدیون خاصیت کنشیاری غشای پالادیم هستیم.
به کمک غشای پالادیم میتوان از نفت خام و گاز طبیعی، هیدروژن بسیار خالص به دست آورد که در تولید نیمه رساناها و نیز فلزات بسیار خالص مورد نیاز است.
در حال حاضر پالادیم چندان گرانبها نیست- بهای آن تنها یک پنجم بهای پلاتین است. این نکته مهم است و امکان مصرف این فلز را هر سال افزایش میدهد. یافتن کاربردهای جدید برای پالادیم را میتوان به کامپیوتر سپرد، به شرط آنکه اطلاعات لازم به کامپیوتر داده شود تا بتواند «دربارهی آن فکر کند».
امروزه دیگر کسی از شنیدن این که کامپیوترها شطرنج بازی میکنند، به کنترل فرآیندهای تولید میپردازند، از زبانی به زبان دیگر ترجمه میکنند و محاسبات مربوط به پروازهای هوایی را انجام میدهند، شگفت زده نمیشود. پس چرا کامپیوتر نتواند آلیاژهایی جدید با خواص بیهمتا بیفزایند!
چنیدن سال پیش، پژوهشگران مؤسسهی متالورژی بایکوف وابسته به فرهنگستان علوم روسیه به این کار دست زدند. نخست الگوریتمهای مورد نیاز (زبان مشترکی که ماشین دستورها را از طریق آن دریافت کند) تهیه شد. سپس دادههای مربوط به تقریباً 1500 آلیاژ، بر اساس اطلاعات مربوط به فلزهای سازندهی آنها (مثلاً ساختار اتمی، نقطه ذوب، نوع شبکهی بلورین و غیره)، به حافظه کامپیوتر مینسک- 22 داده شد. این کامپیوتر وظیفه داشت بر اساس این دادهها پیش بینی کند که چه ترکیبهای جدیدی از فلزات میتوان ساخت، و مشخصهی هر ترکیب را شرح دهد تا بر اساس آن حوزهی کاربرد ترکیب جدید تعیین شود.
حال تصور کنید انجام این کار در گذشته تا چه اندازه دشوار بود. پیش از این، چنین کاری « با دست» یعنی بر اساس آزمایشهای استاندارد انجام میشد. در این آزمایشها فلزی را انتخاب میکردند و مقداری از فلز دیگر را به آن میافزودند، سرانجام نمونه را از لحاظ شیمیایی و فیزیکی بررسی میکردند. و اگر ترکیب احتمالی، به جای دو، سه، از چهار، یا پنج عنصر تشکیل میشد، آفریدن آلیاژی جدید از گذشتن از هفت خوان رستم دشوارتر بود. این کار سالها و بلکه قرنها طول میکشید. تازه مقدار انبوه فلزهای مورد نیاز را، که بعضی از آنها کمیاب و گرانبها هستند، در نظر نمیگیریم. ممکن است بعضی از این فلزها، از قبیل انیم، ایندیم، یا پالادیم، به تعداد مورد نیاز برای این آزمایشها در طبیعت وجود نداشته باشند.
بعلاوه، «خوراک فکری» کامپیوتر را ارقام، نمادها و فرمولها تشکیل میدهند، در حالی که از توان تولید بسیار بالایی برخوردار است و میتواند ظرف چند لحظه، انبوهی از اطلاعات علمی را بررسی کند.
در نتیجهی پژوهشهایی که ی. م. ساویتسکی عضو مکاتبهای فرهنگستان علوم روسیه انجام داد ، پیش بینی و ساخت بعضی از آلیاژهای بیهمتا، به کمک کامپیوتر ممکن شد.
در میان نخستین آلیاژهای «کامپیوتر زاده» میتوان به آلیاژهای پالادیم، بهویژه آلیاژ بنفش رنگ و فوقالعاده زیبای پالادیم با ایندیم اشاره کرد. اما رنگ، مهمترین ویژگی آلیاژهای جدید نیست. مهمترین ویژگی این آلیاژها کیفیت آنهاست. آلیاژی از پالادیم با تنگستن که به همین روش در مؤسسه متالورژی بایکوف ساخته شد، قابلیت اطمینان و عمر بسیاری از ابزارهای الکترونیکی را تا 20 برابر افزایش میدهد.
ساویستکی نوشت: « بدیهی است که از پیش بینی کامپیوتری در مورد آلیاژهایی که میتوان به سادگی با آمیختن چند فلز تولید کرد، استفاده نمیشود. اما هرگاه به ترکیبهای پیچیدهای نیاز باشد که بتوانند در فشارهای بسیار زیاد و دماهای بسیار بالا کار کنند و در برابر میدانهای مغناطیسی و الکتریکی از خود مقاومت نشان دهند، کمک گرفتن از کامپیوتر اجتناب ناپذیر است.» تاکنون نزدیک به 800 ترکیب ابررسانا و 1000 آلیاژ با ویژگیهای مغناطیسی خاص به وسیلهی کامپیوتر پیشبینی شده است. گذشته از آن، کامپیوترها «پیشنهاد» کردهاند که بر روی 5 هزار ترکیب از فلزهای خاکی کمیاب مطالعه شود؛ تنها یک پنچم از این ترکیبها شناخته شدهاند. رهنمودهای ارزشمندی نیز دربارهی عنصرهای ماورای اورانیوم داده شده است.
به گفتهی ساویتسکی: «امکانات ترکیب کردن ترکیبهای غیرآلی نامحدود است. تا چند سال آینده، تعداد ترکیبهایی که به این روش میتوان به دست آورد به دهها برابر افزایش پیدا میکند. بدون تردید موادی با ویژگیهای شیمیایی و فیزیکی نادر و کاملاً نو، که برای اقتصاد و تکنولوژی مدرن حیاتیاند، به دست خواهد آمد.»
برای حسن ختام سرگذشت پالادیم، از دو مدال تاریخی ساخته شده از این فلز سخن میگوییم. نخستین مدال5ر1 قرن پیش، به افتخار ولاستون، توسط انجمن زمینشناسی لندن پایهگذاری شد. این مدال نخست از طلا ساخته میشد، اما پس از آنکه جانسون، فلزشناس انگلیسی توانست پالادیم خالص را از پورپزیت برزیلی استخراج کند، آن را از پالادیم ساختند. در سال 1943 مدال ولاستون به زمین شیمیدان و کانیشناس برجستهی شوروی سابق، آکادمیسین فرسمان اعطا شد. دومین مدال پالادیمی را که به پژوهشهای برجسته در الکتروشیمی و نظریهی فرآیندهای خوردگی اختصاص دارد انجمن الکتروشیمی امریکا پایهگذاری کرده است. در سال 1959 این مدال به الکتروشیمیدان برجستهی شوروی سابق، آکادمیسین ا. ن. فرومکین اعطا شد.
اگر آن صبح بارانی در سال 1803 شاهد رویدادی نبودکه به شهرت علمی چنویکس لطمه وارد کند، شاید روا نمیبود که این همه بر پدیدههای جوی معمول در آلبیون مهآلود (نام قدیم انگلستان) تأکید کنیم.
چنویکس که فنجان قهوه در دست، روزنامههای صبح را نگاه میکرد، چشمش به اعلانی باور نکردنی افتاد حاکی از اینکه آقای فورستر، بازرگان و گردآورندهی کانیها، فلزی جدید به نام پلادیم را به قیمتی معقول در فروشگاهش میفروشد؛ فلزی که تا روز پیش هیچ شیمیدانی در جهان نامش را هم نشنیده بود.
آیا این یک شوخی علمی بود یا نیرنگی تبلیغاتی؟ چنویکس کاملاً اطمینان داشت که اصلاً فلز جدیدی مطرح نیست، اما کنجکاوی بر او غلبه کرد و به رغم نامساعد بودن هوا عازم فروشگاه آقای فورستر شد.
در کمال تعجب، آقای فورستر به راستی شمش کوچکی از فلزی را نشان داد که شبیه پلاتین، اما بسیار سبکتر از آن بود. فورستر توضیح داد که چند روز پیش نامهای به خط خوش و بر کاغذی گرانبها دریافت کرده است که در آن نویسندهای با نام مستعار به او پیشنهاد کرده شمش کوچکی از این فلز ناشناخته را به فروش برساند. فورستر بیش از این چیزی نمیدانست. چنویکس تصمیم گرفت شمش را بخرد، آن را تجزیه کند و کیمیاگر گستاخی را که مدعی کشف فلزیی جدید شده بود، نزد همگان به ریشخند بگیرد. به علاوه، به سبب شرکت مالک فروشگاه در این شیادی شرمآور، درسی هم به او بیاموزد.
چنویکس همکارانش را از قصد خویش آگاه کرد و آنها در انتظار نتیجهی کار ماندند. بزودی چنویکس مقالهاش را منتشر کرد و در آن گزارش داد که به اصطلاح پالادیم، فلزی جدید نیست بلکه آلیاژی از پلاتین و جیوه است. به نظر میرسید که شیادی افشا شده است، اما متأسفانه هر چه شیمیدانان دیگر کوشیدند، اثری از پلاتین و جیوه در این فلز مرموز نیافتند. چنویکس که از این بابت سخت آزرده خاطر شده بود، شتابزده توضیح داد که به اعتقاد او جیوه چنان با پلاتین آمیخته است که جدا کردن آنها عملاً امکانپذیر نیست. افزون بر این او نسخهای هم برای تهیهی آلیاژ تجویز کرد.
اندکی پس از آنکه این مهلت سپری شد، در سال 1804، دبیر انجمن سلطنتی (فرهنگستان علوم) لندن، پزشک و شیمیدان مشهور ویلیام ولاستون، به انجمن گزارش داد که در حین تجزیهی پلاتین، فلزی با همان ویژگیهای فلز فروخته شده به چنویکس، و نیز فلزی دیگر را کشف کرده که آن را رودیم نامیده است. در آغاز سال 1805 ولاستون نامهای سرگشاده به نشریهای که اعلان مربوط به اعطای جایزه را منتشر کرده بود نوشت و طی آن اعتراف کرد که او مسئول برپا کردن جنجال در مورد پالادیم بوده است؛ او فلز را کشف کرده و به فورستر سپرده بود تا آن را بفروشد و خود او نیز اعلان مربوطه به جایزهی 20 پوندی را به نشریه داده بود.
نمیتوان گفت چه چیز ولاستون را وادار کرده بود کشف خود را بدین روش غیرعادی اعلام کند، اما این اقدام برای چنویکس مصیبتبار بود؛ او که از اشتباه بزرگ خود یکه خورده بود، به طور کلی شیمی را به دست فراموشی سپرد.
ولاستون با پالادیم نامیدن فلز جدید، به استقبال اخترشناس آلمانی هانریش ویلهلم اولبرس، رفت که در سال 1802، اختروارهی جدیدی را که در منظومهی شمسی کشف کرده بود به افتخار الههی یونانی خرد، پالاس آتنایی، پالاس نامیده بود.
تقریباً بیست سال بعد، مطلب زیر در گورنی جورنال (نشریهی معدنکاری) در روسیه چاپ شد: «در سال 1822، دولت اسپانیا به ج. برین، دستور داد که همهی ذخایر پلاتینی را که طی سالها در آمریکا گردآوری شده بود، تصفیه و به شمش تبدیل کند. در نتیجه، هنگامی که برین 61 پود (هر پود 38ر16 کیلوگرم) پلاتین را تصفیه کرد، 25ر2 پوند (هر پوند 45ر0 کیلوگرم) نیز پالادیم به دست آورد؛ او پالادیم را 5ر5 برابر طلا قیمت گذاشت، زیرا بسیار کمیاب بود.»
امروزه که میتوان تعداد همهی عنصرهای موجود در پوستهی زمین را کم و بیش با دقت تخمین زد، میتوان گفت که مقدار پالادیم در پوستهی زمین تقریباً 10 برابر مقدار طلاست. هر چند زمین شیمیدانان بیش از 30 کانی حاوی این عنصر را یافتهاند، اما همهی ذخایر پالادیم، مانند بقیهی فلزهای گروه پلاتین ، کمعیارنند (تنها
چون ته نشستهای حاوی پالادیم نسبتاً کمیاباند، مادهی خام اصلی برای استخراج آن، کانههای سولفیدی نیکل و مس است. البته در اینجا پالادیم نقش فروتنانهی فرآوردهای جنبی را به عهده دارد، اما این نکته از ارزش آن نمیکاهد. ترانسوال (در افریقای جنوبی) و کانادا دارای ذخایر سرشاری از این کانههایند. زمینشناسان روسیه ذخایر بزرگی از کانههای مس- نیکل را در ناحیه نوریلسک کشف کردهاند که حاوی فلزهای گروه پلاتین، و بویژه پالادیم است.
این عنصر در سایر اجرام سماوی نیز یافته میشود و وجود آن در شهابسنگها اثبات شده است: شهابسنگهای آهنی در هر تن 7ر7 گرم پالادیم دارند و در هر تن از شهابسنگهای سنگی 5ر3 گرم پالادیم یافت میشود. همه میدانند که بر سطح خورشید لکههایی هست، اما کمتر کسی میداندکه خورشید پالادیم نیز دارد. با این حال، وجود پالادیم در خورشید، به همراه ژلیوم در سال 1868 کشف شد.
پالادپالادیم که چگالی آن تقریباً 5ر1 برابر آهن است، در میان «همقطاران» خود، یعنی فلزهای گروه پلاتین، سبک وزن به شمار میرود: پالادیم با چگالی 12 گرم بر سانتیمتر مکعب، از اُسیُم ( 5 ر 22 ) g/cm³ ایریدم (4ر22) و پلاتین (45ر21) بسیار عقبتر است. نقطهی ذوب این فلز نیز از سایر فلزهای گروه پلاتین کمتر، و برابر 1552 درجهی سلسیوس است. پالادیم حتی در دمای محیط نیز چکش خوار است. پالادیم در جواهر سازی به کار میرود، چون فلزی زیباست و خوب صیقل میخورد و کدر یا خورده نمیشود .
همه با این اصطلاحهای کلیشهای روزنامهها از قبیل «طلای سیاه» برای نفت، « طلای نرم» برای خز و «طلای سبز» برای جنگلها آشناییم. هنگامی که از «طلای سفید» سخن میرود منظور پنبه است. اما طلا هم میتواند ظاهراً سفید باشد: اگر مقدار ناچیزی پالادیم به طلا افزوده شود رنگ زرد آن را کاملاً زایل میکند و رنگ سفید زیبایی به آن میبخشد. ساعتها، دستبندها و جای نگینهایی که از طلای سفید ساخته میشوند زیبایی خیره کنندهای دارند.> همنشینی پالادیم با تیتانیم نتایج بسیار خوبی به بار آورده است. تیتانیم به سبب مقاومت بسیار خوب در برابر خوردگی معروف است: حتی « جانوران همه چیزخواری» همچون تیزاب سلطانی یا اسید نیتریک هم نمیتوانند «لقمهای» تیتانیم «بخورند». اما اسید سولفوریک و اسید کلریدریک غلیظ بر تیتانیم اثر میگذارند ولی اگر آن را با پالادیم « تقویت» کنیم (کمتر از یک درصد پالادیم)، توانایی تیتانیم برای مقاومت در برابر این تجاوزگران به شدت افزایش مییابد. در کارخانههای روسیه، این آلیاژ به منظور مصرف در صنایع شیمیایی، روغن سازی و هستهای تولید می شود. صفحهای ساخته شده از آلیاژ جدید پس از یک سال ماندن در اسید کلریدریک تنها 1ر0 میلیمتر ضخامتش را از دست میدهد، در حالی که صفحهی ساخته شده از تیتانیم خالص، طی همین مدت بیش از 2 میلیمتر از ضخامت خود را از دست خواهد داد.
چرا پالادیم بر تیتانیم چنین تأثیری دارد؟ دلیل آن پدیدهی تازه کشف شدهی خود اثرناپذیری فلزهاست: افزودن مقدار ناچیزی از فلز های نجیب از قبیل پالادیم، روتنیم و پلاتین به آلیاژهای تیتانیم، آهن، کروم یا سرب، مقاومت آنها را صدها، هزارها و حتی دهها هزار برابر افزایش میدهد.
پالادیم، خود از بسیاری از عنصرهای دیگر تأثیر میپذیرد. مثلاً افزودن برخی از فلزهای هم گروه آن، مثلاً روتنیم (4درصد) و رودیم (1 درصد)، استحکام کششی پالادیم را تقریباً دو برابر میکند.
آلیاژهای پالادیم با سایر فلزها (به ویژه نقره) در دندان پزشکی مصرف میشوند (با این آلیاژ میتوان دندانهای مصنوعی عالی ساخت). مهمترین نقطههای اتصال در وسایل الکتریکی، تلفنها و سایر تجهیزات با پالادیم پوششکاری میشوند. با استفاده از این فلز حدیدهها و تاوریسها (یا نخریسها)ی گوناگون ساخته میشود. تاوریس کلاهکی است با روزنههای مختلف که برای تولید سیمهای بسیار نازک یا الیاف مصنوعی به کار میرود، و مادهای را که به همین منظور آماده شده است، با فشار از روزنههای آن عبور میدهند. از پالادیم در ترموکوپلها و بعضی از تجهیزات پزشکی نیز استفاده می شود.
اما جالبترین نکته دربارهی پالادیم، ویژگیهای شیمیایی بیهمتای آن است. پالادیم برخلاف سایر عنصرهای شناخته شده در علم شیمی، در مدار بیرونی خود 18 الکترون دارد. به عبارت دیگر لایهی الکترونی آن کاملاً پر است، و به همین سبب از لحاظ شیمیایی پایدار است. در شرایط عادی، اثر فلوئور قدرتمند بر آن، بیشتر از اثر نیش پشه بر فیل نیست. تنها به کمک دمای زیاد (500 درجهی سلسیوس و بالاتر) است که فلوئور و دیگر اکسایندههای نیرومند میتوانند با پالادیم واکنش کنند.
پالادیم میتواند مقدار قابل توجهی گاز، و به ویژه هیدروژن، را جذب میکند (یا آن گونه که فیزیکدانان و شیمیدانان گویند، برآشامد). در دمای محیط، هر سانتیمتر مکعب پالادیم میتواند در حدود 800 حجم هیدروژن را در خود جذب کند. البته چنین آزمایشی، بر فلز اثر میگذارد: فلز متورم میشود و ترک میخورد.
ویژگی دیگر پالادیم که آن هم به هیدروژن مربوط میشود، به همین اندازه اعجابآور است. مثلاً اگر هیدروژن را با تلمبه به درون ظرفی از جنس پالادیم بفرستیم و سپس ظرف را درزبندی و گرم کنیم، هیدروژن به همان سهولت که آب از غربال میگذرد، از جدار ظرف به بیرون نفوذ میکند. در دمای 240 درجهی سلسیوس، از هر سانتیمتر مکعب سطح جداری به ضخامت یک میلیمتر، 40 سانتیمتر مکعب هیدروژن عبور میکند. با افزایش دما، تراوایی فلز از این هم بیشتر میشود.
پالادیم نیز همچون دیگر فلزهای گروه پلاتین، کنشیار (کاتالیزور) بسیار خوبی است. این ویژگی، همراه با توانایی آن در عبور دادن هیدروژن، پدیدهای را که به تازگی گروهی از شیمیدانان مسکو کشف کردهاند، توجیه میکند. این پدیده شتاب دو جانبهی دو واکنش در حضور یک کنشیار، در این مورد پالادیم، است. گویی واکنشها به یکدیگر کمک میکنند، اما مادههای شرکت کننده در آنها با هم مخلوط نمیشوند.
حال فرض کنید ظرفی در اختیار داریم که با غشایی از جنس پالادیم به دو اتاقک تقسیم شده است. یکی از این اتاقکها با بوتن (
در حال حاضر پالادیم چندان گرانبها نیست- بهای آن تنها یک پنجم بهای پلاتین است. این نکته مهم است و امکان مصرف این فلز را هر سال افزایش میدهد. یافتن کاربردهای جدید برای پالادیم را میتوان به کامپیوتر سپرد، به شرط آنکه اطلاعات لازم به کامپیوتر داده شود تا بتواند «دربارهی آن فکر کند».
امروزه دیگر کسی از شنیدن این که کامپیوترها شطرنج بازی میکنند، به کنترل فرآیندهای تولید میپردازند، از زبانی به زبان دیگر ترجمه میکنند و محاسبات مربوط به پروازهای هوایی را انجام میدهند، شگفت زده نمیشود. پس چرا کامپیوتر نتواند آلیاژهایی جدید با خواص بیهمتا بیفزایند!
چنیدن سال پیش، پژوهشگران مؤسسهی متالورژی بایکوف وابسته به فرهنگستان علوم روسیه به این کار دست زدند. نخست الگوریتمهای مورد نیاز (زبان مشترکی که ماشین دستورها را از طریق آن دریافت کند) تهیه شد. سپس دادههای مربوط به تقریباً 1500 آلیاژ، بر اساس اطلاعات مربوط به فلزهای سازندهی آنها (مثلاً ساختار اتمی، نقطه ذوب، نوع شبکهی بلورین و غیره)، به حافظه کامپیوتر مینسک- 22 داده شد. این کامپیوتر وظیفه داشت بر اساس این دادهها پیش بینی کند که چه ترکیبهای جدیدی از فلزات میتوان ساخت، و مشخصهی هر ترکیب را شرح دهد تا بر اساس آن حوزهی کاربرد ترکیب جدید تعیین شود.
حال تصور کنید انجام این کار در گذشته تا چه اندازه دشوار بود. پیش از این، چنین کاری « با دست» یعنی بر اساس آزمایشهای استاندارد انجام میشد. در این آزمایشها فلزی را انتخاب میکردند و مقداری از فلز دیگر را به آن میافزودند، سرانجام نمونه را از لحاظ شیمیایی و فیزیکی بررسی میکردند. و اگر ترکیب احتمالی، به جای دو، سه، از چهار، یا پنج عنصر تشکیل میشد، آفریدن آلیاژی جدید از گذشتن از هفت خوان رستم دشوارتر بود. این کار سالها و بلکه قرنها طول میکشید. تازه مقدار انبوه فلزهای مورد نیاز را، که بعضی از آنها کمیاب و گرانبها هستند، در نظر نمیگیریم. ممکن است بعضی از این فلزها، از قبیل انیم، ایندیم، یا پالادیم، به تعداد مورد نیاز برای این آزمایشها در طبیعت وجود نداشته باشند.
بعلاوه، «خوراک فکری» کامپیوتر را ارقام، نمادها و فرمولها تشکیل میدهند، در حالی که از توان تولید بسیار بالایی برخوردار است و میتواند ظرف چند لحظه، انبوهی از اطلاعات علمی را بررسی کند.
در نتیجهی پژوهشهایی که ی. م. ساویتسکی عضو مکاتبهای فرهنگستان علوم روسیه انجام داد ، پیش بینی و ساخت بعضی از آلیاژهای بیهمتا، به کمک کامپیوتر ممکن شد.
در میان نخستین آلیاژهای «کامپیوتر زاده» میتوان به آلیاژهای پالادیم، بهویژه آلیاژ بنفش رنگ و فوقالعاده زیبای پالادیم با ایندیم اشاره کرد. اما رنگ، مهمترین ویژگی آلیاژهای جدید نیست. مهمترین ویژگی این آلیاژها کیفیت آنهاست. آلیاژی از پالادیم با تنگستن که به همین روش در مؤسسه متالورژی بایکوف ساخته شد، قابلیت اطمینان و عمر بسیاری از ابزارهای الکترونیکی را تا 20 برابر افزایش میدهد.
ساویستکی نوشت: « بدیهی است که از پیش بینی کامپیوتری در مورد آلیاژهایی که میتوان به سادگی با آمیختن چند فلز تولید کرد، استفاده نمیشود. اما هرگاه به ترکیبهای پیچیدهای نیاز باشد که بتوانند در فشارهای بسیار زیاد و دماهای بسیار بالا کار کنند و در برابر میدانهای مغناطیسی و الکتریکی از خود مقاومت نشان دهند، کمک گرفتن از کامپیوتر اجتناب ناپذیر است.» تاکنون نزدیک به 800 ترکیب ابررسانا و 1000 آلیاژ با ویژگیهای مغناطیسی خاص به وسیلهی کامپیوتر پیشبینی شده است. گذشته از آن، کامپیوترها «پیشنهاد» کردهاند که بر روی 5 هزار ترکیب از فلزهای خاکی کمیاب مطالعه شود؛ تنها یک پنچم از این ترکیبها شناخته شدهاند. رهنمودهای ارزشمندی نیز دربارهی عنصرهای ماورای اورانیوم داده شده است.
به گفتهی ساویتسکی: «امکانات ترکیب کردن ترکیبهای غیرآلی نامحدود است. تا چند سال آینده، تعداد ترکیبهایی که به این روش میتوان به دست آورد به دهها برابر افزایش پیدا میکند. بدون تردید موادی با ویژگیهای شیمیایی و فیزیکی نادر و کاملاً نو، که برای اقتصاد و تکنولوژی مدرن حیاتیاند، به دست خواهد آمد.»
برای حسن ختام سرگذشت پالادیم، از دو مدال تاریخی ساخته شده از این فلز سخن میگوییم. نخستین مدال5ر1 قرن پیش، به افتخار ولاستون، توسط انجمن زمینشناسی لندن پایهگذاری شد. این مدال نخست از طلا ساخته میشد، اما پس از آنکه جانسون، فلزشناس انگلیسی توانست پالادیم خالص را از پورپزیت برزیلی استخراج کند، آن را از پالادیم ساختند. در سال 1943 مدال ولاستون به زمین شیمیدان و کانیشناس برجستهی شوروی سابق، آکادمیسین فرسمان اعطا شد. دومین مدال پالادیمی را که به پژوهشهای برجسته در الکتروشیمی و نظریهی فرآیندهای خوردگی اختصاص دارد انجمن الکتروشیمی امریکا پایهگذاری کرده است. در سال 1959 این مدال به الکتروشیمیدان برجستهی شوروی سابق، آکادمیسین ا. ن. فرومکین اعطا شد.
/ج
مقالات مرتبط
تازه های مقالات
ارسال نظر
در ارسال نظر شما خطایی رخ داده است
کاربر گرامی، ضمن تشکر از شما نظر شما با موفقیت ثبت گردید. و پس از تائید در فهرست نظرات نمایش داده می شود
نام :
ایمیل :
نظرات کاربران
{{Fullname}} {{Creationdate}}
{{Body}}