Ερβιο: και τατουάζ σβήνει!

Καθαρίζει δόντια, προστατεύει τα μάτια από την ακτινοβολία, επιστρατεύεται στις πυρηνικές αντιδράσεις, αλλά και σώζει όσους μετάνιωσαν για το τατουάζ τους!

ΔΗΜΟΣΙΕΥΣΗ:  30/11/2014 05:45

 

Μικρό βιογραφικό για το στοιχείο έρβιο. Κάθε Κυριακή «Το Βήμα» μάς ταξιδεύει και σε μιαν άλλη γωνιά του περιοδικού πίνακα.

Βίος και πολιτεία

Η «βιοποικιλότητα» των στοιχείων του περιοδικού πίνακα θα πρέπει ήδη να έχει γίνει αισθητή στους αναγνώστες της «Στοιχειώδους ζωής». Εκεί που δεν το περιμένεις, πληροφορείσαι ότι ένα στοιχείο σχεδόν άγνωστο για όποιον είναι απορροφημένος μόνο με τα όσα συμβαίνουν στη χημεία της καθημερινής ζωής έχει μια ιδιότητα που (πρέπει να) σε αφήνει με το στόμα ανοιχτό.

Ετσι συμβαίνει και με το έρβιο. Και το ενδιαφέρον που έχει να μας παρουσιάσει είναι η σχέση του με τις οπτικές ίνες και τις συσκευές λέιζερ. Αρκετά παράδοξη είναι η συμπεριφορά του όταν πέσει επάνω σε ένα δείγμα από το στοιχείο αυτό μια ακτίνα λέιζερ με συγκεκριμένο τρόπο. Διότι τότε αντί να έχουμε αύξηση της θερμοκρασίας του δείγματος, εξαιτίας της ενέργειας που του μετέφερε η ακτίνα, έχουμε ελάττωση της θερμοκρασίας, έστω και αν αυτή δεν είναι μεγάλη! Είναι έξω από τα συνηθισμένα και τα αναμενόμενα.

Ηταν ερευνητές του βασκικού Πανεπιστημίου του Μπιλμπάο που βρήκαν πριν από οκτώ χρόνια, το 2006, ότι αν καταφέρεις να εγκλωβίσεις σε έναν κρύσταλλο φτιαγμένο με άτομα καλίου, μολύβδου και χλωρίου ιόντα ερβίου, δηλαδή άτομα από το στοιχείο έρβιο που έχουν χάσει τρία ηλεκτρόνια, έχεις φτιάξει ένα σύνολο με απροσδόκητη συμπεριφορά. Στέλνεις μιαν ακτίνα λέιζερ με ενέργεια λίγο μικρότερη από αυτήν που απαιτείται για να κάνει το άλμα του ένα ηλεκτρόνιο του ερβίου και να βρεθεί στην πιο επάνω, ενεργειακά, στοιβάδα περιφοράς του γύρω από τον πυρήνα, και να το θαύμα. Είναι δηλαδή δυνατόν αυτό το λίγο που λείπει να βρεθεί και να αντληθεί μέσα από το κρυσταλλικό περιβάλλον και να γίνει το άλμα. Αφαίρεση όμως ενέργειας από το κρυσταλλικό περιβάλλον σημαίνει ότι θα μειωθεί και η θερμοκρασία. Εκεί δεν μένει πολύ το ηλεκτρόνιο και επανέρχεται στην πιο κάτω στοιβάδα όπου βρισκόταν και σύμφωνα με τους πιο παγιωμένους νόμους της Κβαντικής Φυσικής θα (απο)δώσει στο περιβάλλον τόση ενέργεια όση είναι αυτή που χωρίζει τις δύο στοιβάδες. Αλλά έτσι, συνολικά, φωτίζοντας με την ακτίνα λέιζερ τον κρύσταλλο έχουμε μείωση της θερμοκρασίας του, ενώ το αναμενόμενο είναι να αυξάνεται η θερμοκρασία. Το ίδιο διαπιστώθηκε ότι συμβαίνει και με το υαλώδους υφής φθοροχλωρίδιο. Οι βάσκοι επιστήμονες κατόρθωσαν να φτιάξουν εξαιρετικά καθαρούς κρυστάλλους, απελευθερωμένους από προσμείξεις. Διότι οι προσμείξεις προκαλούν σκέδαση της ακτίνας λέιζερ, δηλαδή διαδοχικές ανακλάσεις και συγκρούσεις με αυτές, και το αποτέλεσμα είναι αύξηση της θερμοκρασίας. Και ας μη φανταστούμε ότι το όλο σκηνικό οδηγεί σε τίποτα τεράστιες μειώσεις της θερμοκρασίας. Μόλις μισό βαθμό για τον πρώτο κρύσταλλο και περίπου τρία τέταρτα του βαθμού για τον δεύτερο. Αν και ο Joaquin Fernandez με την ομάδα του, υπερβάλλοντας λίγο, έκαναν λόγο στο «Physical Review Letters» (2006, 97 033001) για μια μορφή ψυγείου σε συνάρτηση με την όλη διάταξη. Πάντως θα είναι ενδιαφέρον με δεδομένη την ανάμειξη του στοιχείου έρβιο στη μετάδοση και στην ενίσχυση σημάτων μέσα από οπτικές ίνες το αν θα μπορεί ταυτόχρονα να γίνεται στην πορεία και μια μικρή έστω μείωση της θερμοκρασίας.

Γιατί το είπαν έτσι

Το έρβιο ανακάλυψε ο Carl Gustaf Mosander τo 1843. Ηταν εκείνη η ένδοξη, για τη Σουηδία αλλά και τη Χημεία, εποχή όπου η γη στο ορυχείο του Ytterby, ενός χωριού κοντά στη Στοκχόλμη, προς τα βορειοανατολικά της πρωτεύουσας, παρουσιαζόταν να περιέχει πρωτοφανή συστατικά, άγνωστα ως τότε στους ερευνητές. Παρά την έλλειψη πολλών ανέσεων οι χημικοί της εποχής είχαν ανακαλύψει ήδη πριν από τέσσερα χρόνια το στοιχείο δημήτριο, και ο ίδιος ο Mosander το στοιχείο λανθάνιο. Χρησιμοποιώντας υδροξείδιο του αμμωνίου ο Mosander κατάφερνε να προκύπτουν ιζήματα από τα δείγματα εδάφους που είχε από το Ytterby. Ετσι κατάφερε να ανακαλύψει, σε ενώσεις βέβαια και όχι καθαρά, τα στοιχεία έρβιο, τέρβιο και υττέρβιο, με φανερή την προέλευση των ονομάτων τους από την τοποθεσία Ytterby.

Μόλις το 1935 οι Klemm και Bommer κατάφεραν να παρασκευάσουν καθαρό μεταλλικό έρβιο.

Αριθμοί κυκλοφορίας

Ατομικός αριθμός:      68

Ατομικό βάρος:      167,26

Σημείο τήξεως:      1.529^οC

Σημείο ζέσεως:      860^οC

Πυκνότητα:      9,1 gr/cm3

Αριθμός ισοτόπων:      35

Τι θέλει από τη ζωή μας

Τίποτε, διότι δεν κατάφερε να έχει κάποιον βιολογικό ρόλο. Βέβαια αν κάποιος έχει την κακή έμπνευση ή την ατυχία να καταπιεί έρβιο, θα καταλάβει πως πρόκειται για τοξικό στοιχείο. Βρίσκουμε όμως το έρβιο σε συσκευές που έχουν σχέση με την υγεία. Το κράμα ερβίου - νικελίου (Er3Ni) το βρίσκουμε στις ογκώδεις συσκευές της μαγνητικής τομογραφίας όπου διοχετεύεται υγρό ήλιο (με θερμοκρασία -270 βαθμούς Κελσίου), για να κρατά τους κοπιωδώς θερμαινόμενους αγωγούς του ηλεκτρισμού στην υπεραγώγιμη κατάσταση (δηλαδή με μηδενική σχεδόν αντίσταση και απώλειες), διότι σε σύγκριση με άλλα υλικά έχει πολύ μεγάλη ειδική θερμότητα ιδιαίτερα στις χαμηλές θερμοκρασίες και βοηθάει στην εξοικονόμηση ενέργειας. Επίσης συσκευές λέιζερ, υττρίου - αργιλίου με προσμείξεις από έρβιο στον κρύσταλλο θεωρούνται αρκετά ασφαλείς ώστε να χρησιμοποιούνται από οδοντιάτρους στον καθαρισμό των δοντιών. Από ιόντα ερβίου, δηλαδή άτομα ερβίου, που έχουν χάσει ηλεκτρόνια, έχουμε εκπομπή ακτινοβολίας, καθώς διεγείρονται σε υψηλότερη στάθμη και επιστρέφουν προσφέροντας ενέργεια με μήκος κύματος 2,9 εκατομμυριοστά του μέτρου. Αυτή η ακτινοβολία απορροφάται πολύ από το νερό στην επιφάνεια των δοντιών, ανεβάζει όσο χρειάζεται τη θερμοκρασία και καθαρίζεται η οδοντική επιφάνεια από διάφορους λεκέδες. Επίσης χρησιμοποιείται αντί για το βασανιστικό τρυπάνι για το καθάρισμα των δοντιών πριν από το σφράγισμα. Η διεισδυτικότητα στο δέρμα επιτρέπει την εξάλειψη των στικτών απεικονίσεων (κοινώς τατουάζ) στο δέρμα.

Πόλεμος και ειρήνη

Πρόκειται για μαλακό μέταλλο που αναμειγνύεται με άλλα πιο σκληρά μέταλλα όπως το βανάδιο για να τα κάνει πιο εύκολα επεξεργάσιμα. Παράγονται περίπου 500 τόνοι τον χρόνο με τη μορφή οξειδίου του ερβίου. Επειδή το οξείδιο αυτό απορροφά τις υπερέρυθρες ακτίνες, το προσθέτουν στα προστατευτικά γυαλιά όσων ανθρώπων εργάζονται κοντά σε φλόγες και σε πολύ θερμά περιβάλλοντα. Είναι από παλιά γνωστό ότι το οξείδιο του ερβίου δίνει ένα χαρακτηριστικό ροζ χρώμα όταν ανακατευτεί με τα συστατικά του γυαλιού προτού πάρει την τελική μορφή του. Χρησιμοποιείται ακόμη σε φωτογραφικά φίλτρα για την απορρόφηση των υπέρυθρων ακτίνων και σε γυαλιά ηλίου. Επίσης θα βρούμε έρβιο στις επιβραδυντικές ράβδους για τον έλεγχο των νετρονίων κατά τη σχάση του oυρανίου στους αντιδραστήρες, διότι απορροφά εύκολα τα νετρόνια.

Απορίες λογικές και μη

Είναι το έρβιο κάτι σαν γομολάστιχα για τα διάφορα σωματικά τατουάζ;

Δεν μπορεί να ενεργήσει σαν γομολάστιχα διότι το χρώμα των διαφόρων στικτών απεικονίσεων έχει τοποθετηθεί υποδόρια, κάτω δηλαδή από την επιδερμίδα, οπότε ή θα τρίψεις την επιφάνεια του δέρματος με κάτι σαν γυαλόχαρτο για να φθάσεις στο χρώμα (!) ή θα χρησιμοποιήσεις ακτίνες που μπορούν να περάσουν τις πρώτες στοιβάδες του δέρματος σαν να είναι γυαλί και να προσβάλουν τα μόρια των μελανιών.

Με τη βοήθεια μιας συσκευής λέιζερ YAG με έρβιο, αυτός που κάνει επέμβαση στέλνει μιαν ακτίνα που διαπερνά την επιδερμίδα και προσβάλλει τους κόκκους του χρώματος που βρίσκονται από κάτω και τους διασπά. Είναι γνωστό πως τα παλαιότερα τατουάζ εξαλείφονται ευκολότερα, καθώς και αυτά που είναι σκουρόχρωμα και κυρίως φτιαγμένα με μαύρο χρώμα, ενώ από τα πιο δύσκολα διασπώμενα είναι τα πρασίνου χρώματος. Οι μηχανισμοί του σώματος απομακρύνουν όσο γίνεται τα θραύσματα χρώματος που προκύπτουν, αλλά χρειάζονται περισσότερες από μία συνεδρίες για να υπάρξει αισθητό αποτέλεσμα.

ΑΝΑΔΗΜΟΣΙΕΥΣΗ ΑΠΟ ΤΟ ΒΗΜΑ 1/12/2014