مقاطع تحصیلی
جستجو در منظومه
فلزات واسطه و دنیای رنگی آنها
توضیحات درس
فلزات واسطه و دنیای رنگی آنها
یکی از بارزترین ویژگیهای فلزات واسطه، تنوع رنگی بالا در ترکیبات و یونهای محلول آنهاست. این تنوع رنگی ناشی از وجود زیرلایه d ناپایدار و نیمهپر است.
الف) یونهای فلز وانادیوم (V) و رنگهای آنها
فلز وانادیوم (\( _{23}V\)) دارای ۴ حالت اکسایش پایدار و معروف در محلولهای آبی است که هر کدام رنگ منحصربهفردی دارند. این تغییر رنگها معمولاً در واکنشهای اکسایش-کاهش متوالی (مانند احیا با گرد روی) به وضوح دیده میشود:
فرم یونی | حالت اکسایش | آرایش الکترونی لایه ظرفیت | رنگ یون در محلول آبی |
\(VO^{+}_{2}\) (یون دیاکسوانادیوم V ) | 5+ | \([Ar]3d^{0}\) | زرد |
\(VO^{2+}_{2}\) (یون اکسوانادیوم IV ) | 4+ | \([Ar]3d^{1}\) | آبی |
\(VO^{3+}\) (وانادیوم III ) | 3+ | \([Ar]3d^{2}\) | سبز |
\(VO^{2+}\) (وانادیوم II) | 2+ | \([Ar]3d^{3}\) | بنفش |
فلز تیتانیوم (\( _{22}Ti\)) و مقایسه آن با فولاد
تیتانیوم یکی از ارزشمندترین فلزات واسطه دوره چهارم است که به دلیل خواص بینظیرش، «فلز آینده» نامیده میشود.
الف) ویژگیهای برجسته تیتانیوم
نسبت استحکام به وزن فوقالعاده بالا: بسیار مقاوم اما سبک است.
مقاومت بسیار بالا در برابر خوردگی: حتی در برابر آب دریا و اسیدهای قوی مقاوم است (به دلیل تشکیل لایه اکسیدی بسیار چسبنده و پایدار \(TiO_{2}\) در سطح آن).
زیستسازگاری: بدن انسان آن را پس نمیزند، از این رو در پزشکی (ایمپلنتهای دندانی، پلاتینهای ارتوپدی و دریچههای قلب) کاربرد فراوان دارد.
دمای ذوب بالا: حدود \(1668^{\circ }C\).
ب) مقایسه تیتانیوم با فولاد
ویژگی | تیتانیوم ( Ti ) | فولاد (آلیاژ آهن و کربن) |
چگالی (جرم حجمی) | حدود \(4.5g/cm^{3}\) (سبکتر) | حدود \(7.9g/cm^{3}\) (سنگینتر) |
مقاومت در برابر خوردگی و سایش | بسیار عالی و بینیاز از پوشش حفاظتی | نیاز به گالوانیزه کردن یا آلیاژسازی خاص دارد تا زنگ نزند |
زیستسازگاری | کاملاً زیستسازگار | غیرسازگار با بافتهای زنده در حالت عادی |
هزینه تولید و استخراج | بسیار بالا و دشوار | نسبتاً ارزان و در دسترس |
آلیاژ نیتینول (Nitinol) و کاربرد آن
الف) تعریف و ساختار
نیتینول یک آلیاژ حافظهدار است که از مقادیر تقریباً مساوی از فلزات نیکل (\(Ni\)) و تیتانیوم (\(Ti\)) تشکیل شده است
ب) کاربردهای نیتینول
1. پزشکی و دندانپزشکی: ساخت سیمهای ارتودنسی (که با دمای دهان فعال شده و نیروی مداومی برای حرکت دندانها اعمال میکنند) و استنتهای عروقی (برای باز نگه داشتن رگهای قلب).
2. صنایع هوایی و رباتیک
3. صنایع مصرفی: قاب عینکهای انعطافپذیر و نشکن.