فلزات سنگین

فلزات سنگین یا فلزات سنگین‌ترین عناصر شیمیایی هستند که دارای جرم اتمی بالایی هستند.
هر چه جرم اتمی یک عنصر بیشتر باشد، فلز سنگین‌تری است.
این عناصر برای تولید انرژی در رآکتورهای هسته‌ای، صنایع هسته‌ای، پرتوزایی، الکترودهای خاص، جواهرسازی و در برخی آزمایشگاه‌های علمی استفاده می‌شوند.
نمونه‌هایی از فلزات سنگین عبارت است از:

۱- سرب (Pb)

سرب یک فلز سنگین با چگالی بالا است که در بسیاری از کاربردها مورد استفاده قرار می‌گیرد، از جمله تولید باتری‌ها، آلیاژها، لوله‌ها و سازه‌های مقاوم در برابر اشعه ایکس.

۲- جیوه (Hg)

جیوه یا رویاب یک فلز سیال و سنگین است که به صورت عنصر مسموم است.
در گذشته در ترمومترها و در برخی از تجهیزات الکترونیکی مورد استفاده قرار می‌گرفت، اما به دلیل خطرات سمی بودن آن، کاربردهای آن کاهش یافته است.

۳- آهن (Fe)

آهن یکی از فلزات است که چگالی بالا و ویژگی‌های منحصر به فردی دارد.
آهن در ساخت ماشین‌آلات، ساختمان‌ها، ابزارها و بسیاری از محصولات صنعتی استفاده می‌شود.

۴- طلا (Au)

طلا یک فلز سنگین و گران است که برای جواهرسازی و تزئینات، صنایع الکترونیکی، پوشش دهی در محصولات و همچنین به عنوان ارزش ذخیره‌سازی استفاده می‌شود.

۵- پلاتین (Pt)

پلاتین یک فلز سنگین با خاصیت مقاومت بالا در برابر خوردگی و حرارت است.
از پلاتین در صنایع شیمیایی، الکترونیک، صنعت جواهرسازی و ساخت برخی وسایل پزشکی استفاده می‌شود.
این تنها چند نمونه از فلزات سنگین هستند و در جهان وجود فلزات سنگین دیگری نیز می‌باشد.

فلزهای سنگین کدام اند؟

در واقع فلزاتی هستند که چگالی، جرم اتمی یا عدد اتمی بالایی را دارند که در دسته بندی های مختلفی هم هستند و برای فهم بهتر می توانیم از این مثال کمک بگیریم که در مهندسی مواد، این فلزات را بر اساس چگالی تعریف می‌کنند درحالی که در فیزیک، این تعریف بر اساس عدد اتمی محسوب می شود و حتی بر اساس شیمیدانان طبقه‌بندی بر اساس رفتار شیمیایی انجام می شود به همین دلیل در هر تخصصی این موضوع متفاوت می باشد‌.
تعیین مشخصه‌های فیزیکی و شیمیایی فلزات سنگین باید با دقت و حوصله انجام شود زیرا چگالی بالای این فلزات، واکنش‌پذیری آن‌ها را هم به طور طبیعی کاهش می‌دهد و سولفیدها و هیدروکسیدهای کم تری نیز نسبت به فلزات سبک دارند که این یکی از همین دلایل واکنش پذیری کم محسوب می شود.
با وجود این‌که تشخیص فلزات سنگین از جمله تنگستن نسبت به فلزاتی که سبک هستند مانند سدیم بسیار راحت و ساده است اما ممکن است برخی از این فلزات سنگین مشخصه ها و ویژگی هایی از فلزات سبک را داشته باشند در عین حال فلز سنگ محسوب می شوند که تعدادی از آن ها شامل روی، جیوه و سرب و حتی این موضوع در فلزات سبک هم صدق می کند که برحی ویژگی های فلز سنگین را دارند که می توان به بریلیوم، اسکاندیم و تیتانیوم اشاره کرد که این نشان از این است که با انجام آزمایش می توان به تشخیص درست پی برد و در حالت عادی قابل تشخیص نیستند.
حتی برخی از این فلزات سنگین می تواند جنبه ی بسیار مثبت و حتی تاثیر مثبتی هم در انسان داشته باشند که لازم است از این فلزات در برخی شرایط به راه های مختلف استفاده شود که می توان به موارد زیر اشاره کرد:

۱- کبالت: متابولیسم زیاد سلولی

۲- روی:‌ هیدروکسیلاسیون

۳- کروم: استفاده از گلوکز اضافی و تاثیر در مبتلا نشدن به دیابت

۴- نیکل: رشد سلولی در بدن انسان

۵- سلنیوم: نوعی آنتی اکسیدان است و تولید هورمون های مفید می کند.
و در نهایت می توان به مس اشاره کرد که از همه مهم تر بوده و وظیفه ی خاص تری را دارد که همان انتقال و حمل اکسیژن می باشد.
و اما اگر بخواهیم دقیق تر به انواع فلزات سنگین بپردازیم باید گفت که فلزات سنگین عموماً شامل گروهی از عناصر در جدول تناوبی هستند که جرم اتمی بالا و چگالی بزرگی دارند. فلزات سنگین در فولادهای بلبرینگ و رولبرینگ کاربرد دارند.
برخی از فلزات سنگین معروف عبارت است از:

۱- جیوه (Hg)

۲- سرب (Pb)

۳- کادمیوم (Cd)

۴- برلیمیوم (Be)

۵- تالیوم (Tl)

۶- روی (Zn)

۷- آهن (Fe)

۸- مس (Cu)

۹- طلا (Au)

۱۰- پلاتین (Pt)

۱۱- اورانیوم (U)

۱۲- توریم (Th)

و اما به عنوان یک توضیح کلی، فلزات سنگین عموماً عناصری هستند که جرم اتمی بیشتر از ۲۰۰ دارند، اما ممکن است نوع دسته‌بندی و استفاده از عبارت “فلز سنگین” در منابع مختلف متفاوت باشد.

کاربرد فلزات سنگین

در برخی صنایع و کاربردها مهمی دارند.
در ادامه به تعدادی از کاربردهای اصلی فلزات سنگین می پردازیم که شامل موارد زیر می باشد :

۱- سرب (Pb)

– استفاده در تولید باتری‌ها، از جمله باتری‌های خودرو و باتری‌های قابل شارژ.

– ساخت لوله‌ها و فوم سرب برای کاهش صدای ویبره در ساختمان‌ها.

– استفاده در تولید آلیاژها، به ویژه آلیاژ سرب-قلع (سولفید سرب) که در تولید لحیم‌ها استفاده می‌شود.

۲- جیوه (Hg)

– در گذشته در ترمومترها به عنوان ماده نمایش‌دهنده استفاده می‌شد، اما به دلیل خطرات سمی بودن آن، استفاده‌های آن کاهش یافته است.

– استفاده در صنعت آینه‌های بزرگ.

– در برخی سلول‌های خورشیدی با تکنولوژی‌های قدیمی.

۳- آهن (Fe)

تقریبا امروزه در تمامی جنبه‌های زندگی از فلزات سنگین
استفاده می‌شود که حتی می توان به راحتی این فلزات را مشاهده کرد که در این میان، آهن بیش ترین سهم را از این فلزات سنگین دارد و بیش تر هم از آن استفاده می شود.

– استفاده گسترده در ساخت ماشین‌آلات، ابزارها، سازه‌های ساختمانی و وسایل خانگی.

– در صنعت خودروسازی برای ساخت قطعات خودرو مانند بدنه، موتور و تجهیزات دیگر.

– در صنعت ساختمان‌سازی برای ساخت قطعات فلزی مانند نمای ساختمان، درب و پنجره و سیستم‌های لوله‌کشی.

۴- طلا (Au)

– استفاده در جواهرسازی و صنایع زیورآلات به دلیل براقیت، مقاومت در برابر زنگ زدگی و ارزش ذخیره‌سازی.

– استفاده در صنعت الکترونیک برای ساخت قطعات الکترونیکی پیچیده، سوئیچ‌ها و ارتباطات بین المللی.

۵- پلاتین (Pt)

– استفاده در صنایع شیمیایی برای تولید کاتالیزورها، الکترودها و دستگاه‌های آزمایشگاهی.

– استفاده در صنعت جواهرسازی برای تزئینات و طرح‌های ویژه.

– در صنعت فناوری سوخت‌های سلولی و سوخت‌های پیل سوختی استفاده می‌شود.
این تنها تعداد محدودی از کاربردهای فلزات سنگین هستند و هر فلز سنگین ممکن است برای کاربردهای دیگر نیز استفاده شود.
جالب است بدانید که رنگ شیشه‌ها، لعاب سرامیک‌ها و هم چنین رنگ‌ پلاستیک‌ها و حتی ساخت جوهرها همگی به کمک فلزات سنگین یا ترکیبات آن‌ها تهیه می شود.
که از جمله این فلزات کاربردی در این زمینه می‌توان به کروم، کبالت، مس، روی، سلنیوم، مولیبدن، ایریدیوم، طلا، سرب، تنگستن اشاره کرد.
هم چنین از خاصیت بازتابش برخی از فلزات هم در ساخت انواع آینه‌ها و ابزارهای نجوم استفاده می کنند.
به طور کلی این فلزات جدا از این که تعدادیشان خاصیت سمی دارند اما اکثرا کاربردی هستند حتی در زندگی روزمره ی انسان که هم نقش در سلامتی دارمد و هم در لوازم و وسایل زینتی دارند.

مضرات فلزات سنگین

فلزات سنگین در صورت استفاده نادرست یا در مقادیر بالا می‌توانند مضراتی برای سلامتی انسان و محیط زیست به وجود آورند.
برخی از مضرات فلزات سنگین عبارت است از:

۱- سرب (Pb)

– مسمومیت سرب:
مصرف طولانی مدت سرب می‌تواند به مسمومیت سرب منجر شود و علائمی مانند ضعف عملکرد عصبی، خستگی، مشکلات در حافظه و تمرکز، کاهش قدرت ایمنی و اختلالات روانی را ایجاد کند.

۲- جیوه (Hg)

– مسمومیت جیوه:
این فلز سنگین مسموم است و مصرف طولانی مدت یا در مقادیر بالا می‌تواند به مشکلات عصبی، کبدی و کلیه‌ای منجر شود.
علائم مسمومیت جیوه شامل درد عضلانی، مشکلات گوارشی، اختلالات عصبی و رفتاری و آسیب به سیستم عصبی مرکزی است.

۳- کادمیوم (Cd)
مسمومیت کادمیوم:
مصرف طولانی مدت کادمیوم می‌تواند به مسمومیت کادمیوم منجر شود و باعث آسیب رساندن به کلیه‌ها، ریه‌ها، کبد و استخوان‌ها می‌شود. هم چنین، کادمیوم به عنوان کارسینوژن شناخته شده است و می‌تواند سرطان‌زا باشد.

۴- روی (Zn)
مسمومیت روی:
مصرف مقادیر زیاد روی می‌تواند به مسمومیت روی منجر شود و علائمی مانند تهوع، استفراغ، اسهال، ضعف عمومی، مشکلات کبدی و کلیه‌ای را ایجاد کند.

۵- آهن (Fe)
اضطراب معده:
مصرف مقادیر زیاد آهن ممکن است باعث علائمی مانند تهوع، استفراغ، یبوست و اسهال شود و به اضطراب معده منجر شود.
مضرات فلزات سنگین بستگی به نوع فلز سنگین، غلظت، مدت زمان تماس و مسیر ورود به بدن دارد.
برای جلوگیری از اثرات مضر فلزات سنگین، لازم است مقادیر استفاده شده و شرایط کار با آنها را کنترل کرد و استانداردها و راهنماهای بهداشت و ایمنی را رعایت کرد که در این خصوص از طریق راه های مختلف اعلام شده است و لازم است مطالعات کافی را داشته باشید.

فلزات سنگین در صنایع

فلزات سنگین در صنایع نقش بسیار مهمی دارند.
این فلزات، از جمله سرب، روی، کادمیوم و جیوه، به دلایل مختلفی مانند خواص فیزیکی و شیمیایی منحصر به فرد خود، در صنایع مختلف استفاده می‌شوند. از جمله ویژگی‌های کلیدی این فلزات، مقاومت بالا در برابر خوردگی، نقطه ذوب و نقطه جوش مناسب، و وزن مخصوص بالا است.
برای کاربران، استفاده از فلزات سنگین در صنایع مختلف، مزایای زیادی دارد. به عنوان مثال، استفاده از سرب و جیوه در تولید باتری‌های خودرو، بهبود کارایی و عمر مفید آنها را فراهم می‌کند. همچنین، استفاده از روی در صنایع نقاشی، به دلیل مقاومت بالا در برابر خوردگی و زنگ زدگی، باعث افزایش دوام و کیفیت محصولات می‌شود.
فلزات سنگین در بازار به دلیل ویژگی‌ها و مزایای منحصر به فرد خود، از سایر مواد جدا می‌شوند.
این فلزات اغلب برای کاربردهای خاصی مورد استفاده قرار می‌گیرند که نیازمند ویژگی‌های خاصی هستند که توسط دیگر مواد فراهم نمی‌شوند.
به عنوان مثال، استفاده از سرب در باتری‌ها به دلیل ویژگی‌های الکتروشیمیایی منحصر به فرد آن، نقطه تمایز این فلز از دیگر مواد استفاده شده در این حوزه است.