ویژگی فلزات سنگین

امروزه با پیشرفت روز افزون صنایع، فلزاتی با خواص شیمیایی گوناگون طراحی شده، به مرحله ساخت رسیده و مصرف می‌شوند. فلزات سنگین، نوعی از انواع فلزات هستند که به طور معمول، دارای جرم اتمی میانگین بسیار بیشتری نسبت به جرم اتمی آهن هستند. فلزات سنگین، معمولاً دارای وزن حدودی ۶ گرم یا بیشتر هستند و جرم اتمی میانگین آنها بیشتر از ۵۰ می‌باشد. این فلزات معمولاً ایفای نقش‌های خاصی را در نواحی مختلف دارند و از ویژگی‌های منحصر به فردی برخوردار هستند. از جمله ویژگی‌های فلزات سنگی می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

۱- فلزات سنگین، چگالی بالایی دارند
چگالی بالا یکی از ویژگی‌های فلزات سنگین است که آنها را نسبت به سایر فلزات متمایز کرده است. در واقع این فلزات وزن بالا و به خصوص بیشتری داشته و حجم بسیار کمتری را اشغال می‌کند. چگالی بالا یکی از دلایل استفاده گسترده از فلزات سنگین می‌باشد.

۲- فلزات سنگین، از جرم اتمی بالایی برخوردار هستند
خوب است بدانید که جرم اتمی بسیار بالا و مناسب فلزات سنگین، از ویژگی های اصلی این فلزات به شمار می رود. فلزات سنگین از اتم هایی تشکیل شده اند که جرم اتمی بسیار بیشتری نسبت به سایر سایر فلزات دارند و این ویژگی، سبب شده نسبت به فلزات دیگر، کاربرد بیشتری داشته باشند.

۳- فلزات سنگین، از خواص الکتریکی و گرمایی برخوردارند
همانطور که گفته شد، فلزات سنگین از جرم اتمی میانگین بسیار بالایی (حدود ۵۰ یا بیشتر) برخوردار هستند. این ویژگی فلزات سنگین سبب شده که از خواص الکتریکی و گرمایی منحصر به فردی برخوردار شوند و در انواع کاربردها، مورد استفاده قرار گیرند. همینطور، خواص اتصال الکتریکی و گرمایی فلزات سنگین و استفاده از این خواص، یکی از دلایل پیشرفت و محبوبیت فلزات سنگین به شمار می‌رود.

۴- فلزات سنگین، استحکام بالایی دارند
یکی دیگر از ویژگی‌های منحصر به فرد فلزات سنگین، دوام و استحکام بالای این فلزات است. به سبب این ویژگی، فلزات سنگین به صورت گسترده در انواع مصارف، به کار برده می‌شوند. در واقع پایداری و مقاومت و همینطور استحکام بالای این فلزات، از ویژگی‌های مهم آنها محسوب می‌شود.

۵- فلزات سنگین، سمی هستند
یکی دیگر از ویژگی‌های فلزات سنگین که ممکن است باب میل بسیاری از تولید کنندگان نباشد، میزان سمیت بالای این فلزات است. وجود میزان سمیت بالا در فلزات سنگینی همچون جیوه یا سرب، استفاده از آنها را با انجام فرایندهای کنترل شده هنگام تولید، قرار داده است. توجه داشته باشید که مصرف فلزات سنگین باید با احتیاط انجام شود.

۶- فلزات سنگین، خواص ترمودینامیکی دارند
وجود خواص ترمودینامیکی، یکی دیگر از ویژگی‌های بسیار کاربردی فلزات سنگین می‌باشد. در واقع فلزات سنگین، دارای دمای ذوب و میزان غلظت بیشتری نسبت به سایر فلزات سبک، هستند.

۷- فلزات سنگین، وزن بالایی دارند
همانطور که از نام این فلزات می‌توان آن پی برد، فلزات سنگین، وزن بسیار بالایی دارند. این فلزات به دلیل جرم اتمی سنگین، از سنگین ترین فلزات موجود روی پوسته زمین هستند.

ویژگی‌های به خصوص فلزات سنگین، سبب کاربرد و رواج صنعتی آنها برای ساخت صنایع و وسایل گوناگون صنعتی، شده است.

وزن مخصوص فلزات سنگین

همانطور که گفته شد، فلزات سنگین از وزن بالا و چگالی بسیار بیشتری نسبت به سایر فلزات برخوردار هستند. در واقع وزن مخصوص فلزات سنگین به معنای آن است که در هر سانتی متر مکعب از این فلزات چند گرم فلز سنگین وجود دارد. فلزات سنگین انواع مختلفی دارند که وزن هر یک، متفاوت از دیگری تعیین شده است. از جمله انواع فلزات سنگین می‌توان به فلزاتی همچون جیوه، آهن، برلیوم، کبالت، آرسنیک، بیسموت، نیکل، تالیوم، تیتانیوم، آهن، ایریدیم، اولیمینیوم، توریم، پلاتینیوم، اورانیوم، اوسمیوم، نپتونیوم، طلا و… اشاره کرد، این فلزات از وزن مخصوص سنگینی برخوردار هستند. در ادامه به چند مورد از این سنگین ترین فلزات و وزن مخصوص آنها اشاره خواهیم کرد:

۱- پلاتینیوم
پلاتینیوم، یکی از فلزهای ارزشمند سنگین به شمار می‌رود که از وزن حدودی ۲۱ گرم بر سانتی متر مکعب برخوردار است. این فلز سنگین، جنبه درمانی نیز دارد.

۲- اورانیوم
اورانیوم، یک فلز سنگین است که وزن مخصوص آن حدود ۱۹ گرم بر سانتی‌متر مکعب می‌باشد. فلز اورانیوم از نظر تجزیه هسته‌ای و کاربرد در زمینه های هسته‌ای، بسیار حائز اهمیت است.

۳- جیوه
جیوه، از دیگر انواع فلزات سنگین به شمار می‌رود که وزن حدودی آن، ۱۳ و نیم گرم بر سانتی‌متر مکعب می‌باشد. جیوه یکی از معروف‌ترین فلزات سنگین است و به حالت مایع یافت می‌شود.

۴- ایریدیوم
فلز سنگین دیگر، ایریدیوم است. ایریدیوم وزن حدودی ۲۳ گرم بر سانتی متر مکعب را داراست و یکی از فلزات ارزشمند در زمینه صنعت به شمار می‌رود.

۵- اوسمیوم
از دیگر فلزات پرکاربرد و سنگین، می‌توان به فلز اوسمیوم اشاره کرد. این فلز دارای وزن مخصوص سنگین حدودی ۲۲.۶ گرم بر سانتی‌متر مکعب می‌باشد و در صنایع ساخت لوازم تحریر، صنایع الکترونیکی و… کاربرد ویژه‌ای دارد.

۶- سرب
فلز سرب یکی از سنگین‌ترین و چگال‌ترین فلزات سنگین به شمار می‌رود که دارای وزن حدودی ۱۱.۳ گرم بر سانتی‌متر مکعب است.

۷- طلا
قطعاً همه شما آشنایی ویژه‌ای با فلز سنگین طلا دارید. این فلز سنگین دارای وزن حدودی ۱۹.۳ گرم بر سانتی متر مکعب است و به صورت گسترده مورد استفاده بسیاری از افراد جامعه قرار می‌گیرد. توجه داشته باشید که طلا یک فلز ارزشمند و گران قیمت است و فلزی کارآمد برای بسیاری از کشورها محسوب می‌شود. از این فلز ارزشمند برای ساخت زیورآلات، روکش‌های طلا و مجسمه ها و… استفاده می‌شود.

۸- پلوتونیوم
وزن مخصوص فلز سنگین پلوتونیوم، حدود ۱۹.۷ گرم بر سانتی متر مکعب برآورد شده است. فلز پلوتونیوم نیز مانند سایر فلزات سنگین یکی از پرکاربردترین این فلزها در صنایع گوناگون، به شمار می‌رود.

۹- نپتونیوم
نپتونیوم، از دیگر فلزات سنگین است که از عنصرهای شیمیایی جدول تناوبی به شمار می‌رود. وزن فلز سنگین نپتونیوم ۲۰.۲ گرم بر سانتی‌متر مکعب به دست آورده شده است و از این فلز می‌توان برای انجام آزمایش‌های فیزیک و ساخت برخی ابزارها در صنعت استفاده کرد.

۱۰- بیسموت
بیسوت نیز یکی دیگر از فلزات جدول تناوبی محسوب می‌شود. این فلز یکی از بهترین و کارآمدترین فلزهای سنگین موجود، می‌باشد. وزن تقریبی فلز بیسموت حدود ۹.۸ گرم بر سانتی‌متر مکعب است و این فلز کاربردهای گسترده‌ای در زمینه صنعت را شامل شده است.
فلزاتی که معرفی شدند، سنگین‌ترین فلزات موجود، میان تمامی فلزهای موجود روی پوسته زمین هستند. خوب است بدانید که این فلزات به صورت اصولی از معادن و اعماق زمین‌ها استخراج شوند و به صورت گسترده و کارآمد مورد استفاده قرار می‌گیرند. البته توجه داشته باشید که وجود هر یک از این فلزات در بدن موجودات زنده، با گذشت زمان و رسوب در انواع مفاصل و بافت‌های بدن، ممکن است باعث مسمومیت فرد شوند. (این فلزات ممکن است از طریق تغذیه، نوشیدن آب و هوای استشمام شده، وارد بدن شوند.)

ریشه و کاربرد اصطلاح فلزات سنگین

جالب است بدانید که ریشه و کاربرد اصطلاح فلزات سنگین از زمان های قدیم تا به امروز، در زمینه‌های شیمیایی مورد استفاده قرار گرفته است. در واقع هنگامی که جرم اتمی میانگین برخی از فلزها از سایر آنها بیشتر باشد. اصطلاح فلز سنگین را به آنها می‌دهند.
در سال‌های ابتدایی آشنایی افراد با فلزات و استخراج فلزات سنگینی همچون فولاد، طلا و مس، اصطلاحاتی با توجه به کاربرد و ویژگی‌های اصلی این فلزات به آنها داده شده است. ویژگی‌های این فلزات به صورت گسترده نزد مردم رواج یافته و همگی آنها از یک اصطلاح عامیانه برای نام نهادن به آنها استفاده می کردند.
با گذشت زمان و کشف فلزات سبک‌تری از زمین، مانند فلزاتی همچون استرانسیم، سدیم و پتاسیم، شیمیدان‌ها متوجه تغییرات اساسی میان فلزهای کشف شده، شدند و تصمیم گرفتند تا آنها را به دو دسته فلزهای سبک و فلزهای سنگین تقسیم کنند تا علاوه بر راحتی در دسته‌بندی فلزات، بتوانند آنها را از نظر ویژگی‌ها و خواص بررسی کنند.

جالب است بدانید، بر اساس دسته‌بندی‌هایی که انجام گرفت، فلزات سنگین از نظر نوع خواص شیمیایی، جرم اتمی میانگین و نوع کاربرد، شباهت بسیاری با هم داشتند و فلزات سبک نیز از این نظرات، بسیار به هم نزدیک بودند. البته توجه داشته باشید که اصطلاحات فلزات سنگین و فلزات سبک در رشته های گوناگون همچون نجوم، شیمی هسته‌ای و… تفاوت‌هایی با هم داشتند.
کاربرد اصطلاح فلزات سنگین، با گذشت زمان و طی شدن سال‌های بسیار زیاد، به صورت گسترده و رایج، مورد استفاده قرار گرفت.

نقش بیولوژیکی فلزات سنگین

با توجه به اینکه فلزات سنگین از معادن و اعماق زمین یافت شده و در دسترس قرار می‌گیرند، نمی‌توان به نقش بیولوژیکی موثر آنها بر ارگانیسم‌های مختلف بدن انسان، گیاهان، جانواران و سیاره زمین، اشاره نکرد. در ادامه به نقش بیولوژیکی منحصر به فرد فلزات سنگین، خواهیم پرداخت:

۱- رشد و نمو سلول‌های بدن
تعداد معدودی از فلزات سنگین به عنوان حیاتی‌ترین عنصرهای رشد و نمو سلول‌های بدن انسان و برخی جانداران محسوب می‌شوند و وجود آنها بسیار حائز اهمیت است. برای مثال وجود عنصرهایی همچون روی و و مس برای افزایش عملکرد آنزیم‌ها و در نتیجه رشد و نمو سلول‌ها و بافت‌های بدن ضروری است. این عناصر معمولاً از تغذیه برخی جانداران و گیاهان به دست می‌آیند.

۲- سلامت تراکم استخوان و دندان‌ها
کلسیم و منیزیم، دو مورد از فلزات سنگین دیگر هستند که نقش اساسی و مهمی در تعیین سلامت دندان‌ها و استخوان‌ها ایفا می‌کنند. در واقع با وجود این دو عنصر در بدن، می توان تراکم بالای استخوانی را افزایش داد.

۳- تقویت سیستم دفاعی بدن
وجود برخی از عناصر فلزی سنگین، برای تقویت سیستم دفاعی بدن انسان، امری بسیار ضروری و حیاتی است. در واقع می توان گفت، فلزات سنگینی چون منگنز، سلنیوم، منیزیم و… نقش اساسی را در تعیین قدرت سیستم دفاعی بدن، نقش چشمگیری دارند.

۴- کمک به جذب مواد معدنی و املاح
فراهم شدن فلزات سنگین مورد نیاز بدن، کمک شایانی به جذب مواد معدنی و املاح می کند. این فلزات شامل موادی همچون روی و آهن هستند که نقش اصلی جذب مواد موردنیاز بدن را از قسمت های مختلف آن بر عهده دارند.

۵- فراهم کردن گلوکز بدن
فلزات سنگین مورد نیاز برای فراهم کردن میزان گلوکز مصرفی بدن، شامل فلزاتی همچون کروم و منگنز هستند. وجود این فلزات، تاثیر بسزایی در کاهش ابتلا به بیماری‌هایی همچون دیابت و قند خواهد شد.

۶- کمک به سلامت پوست و مو
نوع دیگری از فلزات سنگین هستند که به سلامت پوست و مو، کمک بسیاری می‌کنند. در واقع حضور فلزات سنگینی همچون سلنیوم و منگنز در بافت سلول‌های پوست و مو، حفظ و ارتقای سلامت این اجزای بدن را فراهم می کند و به رشد روزافزون آن ها کمک ویژه ای می کند.

۷- جذب توسط گیاهان
بسیاری از گیاهان دریایی، از برخی فلزات سنگین موجود در زمین تغذیه می کنند. در نتیجه وجود برخی از فلزات سنگین به عنوان عاملی موثر در رشد و تکثیر این گیاهان، ضرورت دارد.

توجه داشته باشید که کمبود هر یک از این فلزات سنگین مفید در بدن انسان، عملکرد برخی بافت ها و دستگاه ها را با اختلال گسترده ای مواجه می سازد. همچنین، بهتر است بدانید که کمبود موادی همچون کلسیوم، سلنیوم، کروم و…می تواند رشد اندام ها و بافت ها را تحت تاثیر قرار دهد. البته باید گفت که جذب بیشتر یا افزایش بیش از اندازه این فلزات در بدن، عملکرد دستگاه های بدن را بعد از گذشت مدت زمانی مشخص، تحت تأثیر قرار می دهد و سبب تخریب یا اختلال در آن می شود.
فلزات سنگین علاوه بر فواید مفید برای بدن انسان، مضراتی نیز دارند. میزان سمیت برخی فلزات سنگین همچون آرسنیک، سرب کادمیوم و…بالا بوده و این مواد حتی در دوز های پایین نیز می توانند صدمات جبران ناپذیری به موجودات زنده وارد کنند.

ویژگی های خاص فلزات سنگین

همانطور که پیش تر به آنها اشاره شد، فلزات سنگین ویژگی‌های خاص و منحصر به فردی دارند که از آنها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

۱- جرم اتمی میانگین بسیار بالا

۲- نقطه ذوب و نقطه جوش بسیار بالا

۳- مقاومت و استحکام مناسب و بالا

۴- تولید در دما و فشارهای اعمالی بسیار زیاد

۵- سمیت بالا و قابل نفوذ

۶- وزن سنگین

۷- چگالی بالا

۸- پایداری و طول عمر مناسب

۹- واکنش پذیری کم

۱۰- فلزات سنگین، از میزان سولفید و هیدروکسید کمتری برخوردارند.

ویژگی‌های خاص و منحصر به فرد فلزات سنگین سبب شده تا بتوان از آنها در ساخت صنایع مختلف کمک گرفت و همینطور خوب است بدانید که این فلزات، در سال‌های اخیر نقش تاثیرگذار و مهمی در میزان پیشرفت صنایع گوناگون ایفا کردند.

لیست فلزات سنگین بر اساس چگالی

بهتر است بدانید که فلزاتی که دارای چگالی بیشتر از ۵/۵ گرم بر سانتی‌متر مکعب هستند، اغلب به عنوان فلزات سنگین یافت می‌شوند. برای مثال می‌توان گفت، فلزاتی همچون سرب، مس، جیوه، آلومینیوم، بریلیوم، منگنز، روی، کادمیوم، طلا، آهن، کروم، قلع و… به ترتیب فلزات سنگینی بر اساس چگالی هستند.
به یاد داشته باشید که میزان فلزات سنگین، در پوسته زمین بسیار کمیاب بوده ولی به دلیل پیشرفت روزافزون تکنولوژی و تجهیزات استخراج کننده این فلزها، می‌توان آنها را به صورت انبوه مشاهده کرد. برای مثال، وجود این فلزها در انواع دستگاه‌های کارخانه ها، اتومبیل ها، گوشی‌های تلفن همراه، لوازم‌های پرکاربرد و… رایج است.

کاربردهای فلزات سنگین

فلزات سنگین، از جمله فلزات پرکاربرد و متنوع در صنایع گوناگون به شمار می‌روند. از جمله کاربردهای فلزات سنگین می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

۱- در صنعت پزشکی، برای ساخت ابزار های جراحی و سایر ابزار های پزشکی، تجهیزات مورد نیاز برای اجرای اقدامات پزشکی،‌ ساخت روکش های ضدزنگ، روکش های طلا برای دندان و پرکردن دندان ها و… از فلزات سنگین استفاده می‌شود. از جمله فلزات سنگینی که در صنعت پزشکی کاربرد دارند، می توان به آهن، آنتیموان و طلا اشاره نمود.

۲- در صنعت تولید ابزار و تجهیزات ساختمانی، برای ساخت قسمت‌های مختلف سازه‌های ساختمانی، مواد موردنیاز برای طرح ریزی ساختمان و دستگاه های مورد نیاز، از فلزات سنگینی همچون فولاد، استفاده می‌شود.

۳- یکی دیگر از کاربردهای فلزات سنگین، ساخت داروها و کمک به صنعت داروسازی در کشور است. در واقع برخی از فلزات سنگین همچون آرسنیک، پلاتین، مس و سایر فلزات، به دلیل میزان سمیت بسیار بالا، برای تهیه داروهای مورد نیاز بیماران سرطانی استفاده می‌شود. این داروها کمک شایانی به کنترل بیماری سرطان و توقف آن، می کنند.

۴- بسیاری از فلزات سنگین خاصیت بازتاب کنندگی و شفافیت دارند و به همین دلیل می‌توان از آنها برای تولید آینه‌های شفاف و تجهیزات مورد نیاز برای تولید آنها استفاده کرد.

۵- یکی دیگر از کاربردهای منحصر به فرد فلزات سنگین، استفاده گسترده از آنها بر روی ساخت تجهیزات نظامی کشور است. همانطور که می‌دانید فلزات سنگین از استحکام و پایداری بسیار مناسبی برخوردار هستند و می‌توانند برای ساخت انواع قطعات در تجهیزات نظامی به کار برده شوند.

۶- از جمله کاربردهای دیگر فلزات سنگین می‌توان به تولید و ساخت جواهرات و زیورآلات با کیفیت های بالا، اشاره کرد. فلزاتی همچون طلا، مس، فولاد و … به صورت عمده برای ساخت این محصولات به کار برده می‌شوند.

۷- از فلزات سنگین برای صنعت باتری‌سازی نیز استفاده می‌شود و فلز سرب به عنوان یکی از بهترین و اصلی‌ترین فلزات برای ساخت باتری‌ها، در آنها به کار برده می‌شود.

۸- استفاده از فلزات سنگین در صنایع هسته‌ای، یکی از مهمترین و اصلی‌ترین کاربردهای فلزات سنگین  برای کشورها به شمار می‌رود. از اورانیوم و توریوم، به عنوان دو عنصر از بهترین فلزات مصرفی در فراهم‌ کردن سوخت نیروگاه‌های اتمی، استفاده می شود.

کمک ویژه ای که تولید فلزات سنگین به صنایع مختلف در کشورهای سراسر جهان کرده است، آنها را همواره به استخراج این مواد از زمین ترغیب می‌کند. به همین دلیل است که بسیاری از کشورها به دنبال فراهم کردن و ساخت تجهیزات برای استخراج انبوه فلزات سنگین می‌کنند.