Δημήτριο: ένα ευέξαπτο στοιχείο

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

Βίος και πολιτεία

Είχα πάντα την περιέργεια πώς εκείνα τα βαμβακερά διχτάκια που βάζεις στα φωτιστικά ανοιχτού χώρου που λειτουργούν με γκαζάκι μπορούσαν να μας δίνουν φως χωρίς να καίγονται. Διαβάζοντας όμως την ιστορία του Karl Auer, ενός Βιεννέζου την καταγωγή που πήγε το 1880 να τελειώσει τις σπουδές του στη Χαϊδελβέργη κοντά στον διάσημο τότε καθηγητή Χημείας Robert Bunsen, μαθαίνεις και γι’ αυτό. Διότι η ιστορία ξεκίνησε από την έφεση του Karl Auer να πειραματιστεί και να βγάλει λεφτά από τις έρευνές του. Ετσι, έχοντας παρατηρήσει πως τα οξείδια διαφόρων στοιχείων όταν θερμανθούν δίνουν μια λάμψη σχεδόν εκτυφλωτική, αρχίζοντας από το οξείδιο του ασβεστίου που έδινε το γνωστό limelight (η φωτεινή στρογγυλή κηλίδα των παλαιών προβολέων), θέλησε να τονώσει το φως από τις λάμπες του δρόμου που προσπαθούσαν να φωτίσουν με την αχνή φλόγα του γκαζιού τις σκοτεινές τότε πόλεις. Για χρόνια έψαχνε το καλύτερο φως δοκιμάζοντας διάφορα οξείδια που με αυτά μούσκευε βαμβακερά διχτάκια και με τα οποία περιέβαλλε τη φλόγα. Κατέληξε σε ένα μείγμα με 90% θόριο και 1% δημήτριο, ενώ τότε δεν ήταν γνωστό πως το θόριο ήταν ραδιενεργό. Η επιτυχία αυτής της εφεύρεσης ήταν μεγάλη –έφθασε να φτιάχνει και 300 εκατομμύρια τη χρονιά. Οπως ο καθένας μπορεί να μαντέψει, όταν άρχισαν να αντικαθιστούν τα φανάρια γκαζιού με φωτισμό από λάμπες ηλεκτρικού ρεύματος, η ζήτηση έπεσε κατακόρυφα, αλλά ακόμη και σήμερα τα βαμβακερά διχτάκια τα εμποτισμένα με οξείδια υπάρχουν και κάνουν δουλειά. Ο Auer δεν ήταν από αυτούς που το βάζουν κάτω εύκολα και είχε ήδη πάρει δίπλωμα ευρεσιτεχνίας από το 1903 για κάτι που ονομάζεται Auermetall και χρησιμοποιούμε ακόμη και σήμερα. Ενα κράμα από δημήτριο και σίδηρο που όταν χαράσσεται απότομα πετάει σπίθες. Αρα μπορούσε να παίζει τον ρόλο της τσακμακόπετρας και οι σπίθες να βοηθούν στην ανάφλεξη του αερίου που βγαίνει από μια φιάλη υγραερίου ή από το φιαλίδιο με το καύσιμο ενός αναπτήρα. Αυτά τα στοιχεία ή τα κράματα που μπορούν να βγάλουν σπίθες έτσι εύκολα στον αέρα χάρη στην εύκολη και ταχύτατη οξείδωσή τους με το οξυγόνο σε θερμοκρασίες μικρότερες των 55 βαθμών Κελσίου ονομάζονται πυρομορφικά.

Η δική μας θεά της γεωργίας λεγόταν Δήμητρα ενώ η θεά της γεωργίας των Ρωμαίων Ceres. Ετσι εμείς το στοιχείο το ονομάζουμε δημήτριο, οι άλλοι Cerium. Το στοιχείο ανακαλύφθηκε το 1804 από τον διάσημο σουηδό χημικό Joens Jakob Berzelius, τον άνθρωπο που πρώτα σπούδασε γιατρός και μετά ασχολήθηκε με τη Χημεία και στον οποίο οφείλουμε βασικές λέξεις όπως «κατάλυση» και «πρωτεΐνες». Μαζί με τον χορηγό του κτηματία και γεωλόγο Hisinger από δείγματα της σουηδικής γης ξεχώρισαν δύο νέα στοιχεία, το θόριο και το δημήτριο. Το τελευταίο αυτό ονομάστηκε έτσι διότι εκείνη την εποχή είχε ανακαλυφθεί ο λεγόμενος νάνος-πλανήτης Δήμητρα, στη ζώνη των αστεροειδών μεταξύ Αρη και Δία, που έχει διάμετρο 950 χιλιομέτρων και η σύνθεση του οποίου είναι ένα μείγμα από βράχο και πάγο.

Ατομικός αριθμός: 58

Ατομικό βάρος: 140.116

Σημείο τήξης: 799^οC

Σημείο ζέσης: 3.426^οC

Αριθμός ισοτόπων: 39

Πρόκειται για αρκετά δραστικό μέταλλο που πετάει σπίθες ακόμη και αν χαραχτεί με τη μύτη του μαχαιριού και είναι αρκετά διαδεδομένο επάνω στη Γη. Είναι τόσο κοινό όσο ο ψευδάργυρος, τέσσερις φορές αφθονότερο από τον μόλυβδο και τριάντα φορές πιο πολύ από τον κασσίτερο.

Κάποτε το είχαν θεωρήσει καλό φάρμακο για τη ναυτία των εγκύων γυναικών, για πονοκεφάλους και βήχα, αλλά τελικά έχασε την προτίμηση των γιατρών. Από το 1995 όμως χρησιμοποιείται σε μονάδες αντιμετώπισης βαριών περιπτώσεων εγκαυμάτων όπου χρησιμοποιούνται νιτρικά άλατα του δημητρίου για πλύσεις του δέρματος σε εγκαύματα τρίτου βαθμού.

Εκεί που δεν το φανταζόμαστε υπάρχει δημήτριο: από τους φακούς των γυαλιών ως τους ηλεκτρικούς φούρνους. Πρόσμειξη δημητρίου σε ποσοστό μόλις 1%-2% προφυλάσσει το γυαλί από τις ακτίνες Χ, από ραδιενεργό ακτινοβολία και από καθοδικές ακτίνες. Και αν αυτό φαίνεται κάπως εργαστηριακό και μακριά από την καθημερινή ζωή, έχουμε επίσης φιλτράρισμα των υπεριωδών ακτίνων για μήκη κύματος κάτω από τα 400 nm, γιατί εκεί το δημήτριο παρουσιάζει μεγάλη απορροφητικότητα. Επίσης στο γυαλί που θα χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή φακών προσθέτουν λανθάνιο, ύτριο και δημήτριο για να αυξάνεται ο δείκτης διάθλασης και να μειώνεται η διάχυση λόγω του χρωματικού σφάλματος. Και αφού λέμε για χρώματα, τα άλατά του με θείο δίνουν σκόνες βαψίματος από κίτρινο ως κόκκινο, ανάλογα και με τις υπόλοιπες προσμείξεις, που όμως δεν είναι τοξικά και έτσι εκτοπίζουν άλλες συνθέσεις. Πρώτα με μόλυβδο και υδράργυρο, που αντικαταστάθηκαν για καλύτερα από κάδμιο, όμως και αυτό διαπιστώθηκε πως έκανε κακό στο περιβάλλον, οπότε, αφού έδιναν τα ίδια χρώματα αλλά τα άλλα γίνονταν επικίνδυνα με τη μακροχρόνια χρήση, αντικαθίστανται.

Χρησιμοποιείται στη χημική βιομηχανία ως καταλύτης για την παρασκευή αλκοολών, κετονών και φαινολών, ενώ για τον ίδιο λόγο έχει γίνει βασικό συστατικό στους καταλύτες των αυτοκινήτων. Αλλά δεν έμεινε μόνο εκεί. Και σε κινητήρες ντίζελ παγιδεύονται τα σωματίδια της αιθάλης σε ειδικούς θύλακες και κατά διαστήματα, ανεβάζοντας τη θερμοκρασία, καίγονται αυτά τα σωματίδια με την καταλυτική παρουσία του δημητρίου.

Φτιάχνονται από βαμβακερές ίνες και εμποτίζονται πρώτα με νιτροκυτταρίνη για ενίσχυση και μετά με νιτρικά άλατα σε υγρή μορφή των στοιχείων που θα χρησιμοποιηθούν –στην περίπτωσή μας με θόριο και δημήτριο. Αυτό που επιδιώκεται είναι όταν δημιουργηθεί φλόγα σε πρώτη φάση να καούν οι ίνες από το βαμβάκι και τα νιτρικά άλατα να γίνουν νιτρώδη και να αποσυντεθούν αφήνοντας έναν σκελετό από οξείδια του θορίου και του δημητρίου. Μετά λοιπόν από αυτή τη διαδικασία του πρώτου ανάμματος, από τη διέγερση των ηλεκτρονίων λόγω θερμότητας και τη μετάπτωσή τους πάλι στις αρχικές στιβάδες εκπέμπονται φωτόνια από τα δύο στοιχεία που συνδυαστικά δίνουν ένα υποφερτά λευκό φως (μόνο του το θόριο δίνει κάτι προς το πρασινωπό και χάρη στην πρόσμειξη με το δημήτριο γίνεται λιγότερο ψυχρό), με μικρή ενέργεια στην περιοχή του υπερερύθρου, άρα δεν έχουμε μεγάλη εκπομπή θερμότητας και άρα η περισσότερη αποδιδόμενη ενέργεια φθάνει σε εμάς με τη μορφή φωτός.

Οχι, δεν είναι επικίνδυνο. Χρησιμοποιείται με τη μορφή οξειδίου ως επίχρισμα στα τοιχώματα του ηλεκτρικού φούρνου. Οταν λοιπόν υπάρχουν υπολείμματα τροφών από ψήσιμο στον φούρνο ενεργεί, στους 500 βαθμούς Κελσίου το πολύ, σαν καταλύτης στην οξείδωση όλων αυτών που χωρίς τη θέλησή μας έχουν κολλήσει εδώ κι εκεί μέσα στον φούρνο και σε μεγάλο ποσοστό αποτελούνται από άνθρακα.