نگرانی در رابطه با تنگستن 

 
با این که تنگستن به‌عنوان فلامان (رشته) در لامپ‌های التهابی، می‌تواند اتاق را روشن کند، اما این فلز روشنی بخش هیچ‌گاه مانند سرب یا جیوه به‌عنوان یک آلاینده محیط‌زیست مطرح نبوده است. تنگستن در هوای آزاد تا دمای 350 درجه سانتیگراد پایدار است اما در دماهای بالاتر از 400 درجه شروع به اکسید شدن می‌کند. در اثر اکسید شدن پوسته نازکی از اکسید آبی رنگ تنگستن بر سطح تشکیل می‌شود که از اکسیداسیون بیشتر تنگستن جلوگیری می‌کند. با افزایش دما شکستگی‌ها در پوسته اکسیدی توسعه‌یافته و در نتیجه اکسید شدن تنگستن ادامه می‌یابد. در دماهای بالاتر از 800 درجه سانتیگراد اکسید شدن سریع رخ می‌دهد و WO3 تصعید شده، تشکیل می‌شود. در حضور اکسیژن تنگستن در دمای 500 تا 600 درجه سانتیگراد می‌سوزد. تنگستن در سرما در حضور اسید پایدار است و در دماهای بالاتر تنها کمی تاثیر می‌پذیرد. پایداری این عنصر در اسید هیدروفلوریک سرد و گرم از اهمیت بالایی برخوردار است. ترکیبی از اسید هیدروفلوریک و اسید نیتریک تنگستن را به سرعت در خود حل کرده و تنگستن در محلول به‌علت تاثیر پیچیده یونهای فلورید باقی می‌ماند. پروکسید هیدروژن یک حلال خوب برای تنگستن است و پروتوکمپلکس‌هایی که از این طریق تشکیل می‌شوند این عنصر را در محلول حفظ می‌کنند. محلول‌های قلیایی تاثیری بر تنگستن نمی‌گذارند و بنابراین تنگستن در حضور مذاب‌های آلکالی پایدار است. در حضور عامل‌های اکسید کننده NaNO3 یا NaNO2، Na2O2 انحلال سریع تنگستن رخ می‌دهد. 

تنگستن تا دمای 1400 درجه سانتیگراد در مقابل شیشه مذاب و سیلیس مذاب پایدار است. در دماهای بالاتر این عنصر با بسیاری از عناصر واکنش می‌دهد، به‌عنوان مثال بور، کربن، سیلیس، فسفر، ارسنیک، گوگرد، سلنیوم، تلوریوم و‌ هالوژن‌ها. این عنصر با فلوئور در دماهای پایین‌تر واکنش می‌دهد. تنگستن تا دمای 250 درجه سانتیگراد در برابر کلر و تا 500 درجه در برابر ید پایدار است. تنگستن در مقابل نیتروژن گازی و آمونیاک تا دمای 1400 درجه سانتیگراد پایداری از خود نشان می‌دهد. این عنصر با هیدروژن هیچ نوع واکنشی ندارد. این فلز با منواکسیدکربن واکنش داده و هگزاکربونیل را در دمای پایین و کاربید را در دمای بالای 800 درجه تشکیل می‌دهد. 

در حقیقت در اواسط دهه 90 این اعتقاد وجود داشت که تنگستن نسبتا در آب غیر محلول بوده و یک ماده غیرسمی است، ارتش نیز به واسطه برنامه «مهمات سبز» هسته سربی گلوله‌های نظامی را با آلیاژهای تنگستن جایگزین کرد. بعد از این‌که دولت‌ها برای حفاظت از پرندگان در برابر مسمومیت ناشی از سرب، استفاده از آمونیوم سرب را ممنوع کردند، این گلوله‌های مشابه به‌زودی در دسترس شکارچیان قرار گرفتند. 

به هر حال، مطالعات اخیر نشان می‌دهد که تحت شرایط زیست‌محیطی معین، برخی از شکل‌های تنگستن می‌تواند از خاک جدا شده و در آب‌های زمینی حل شود و تاثیرات بیولوژیکی بیشتری را نسبت به آنچه که تاکنون تصور می‌شده بر جای بگذارد. این یافته‌ها به‌طور قطعی پرچم قرمز را در رابطه با تنگستن برافراشته نمی‌کند، اما به دلیل استفاده روزافزون تنگستن در مهمات‌های نظامی و همچنین در کاربردهای غیرنظامی از اسلحه گرفته تا گل میخ‌های تایر اتومبیل‌ها، انگیزه‌ای برای مطالعات بیشتر دانشمندان در رابطه تاثیرات فلزات شدند. پروفسور یوتاکا تیجیما که در دانشگاه Gunma ژاپن تحقیقاتی را در زمینه بیوشیمی و سم‌شناسی که تنگستن را نیز شامل می‌شود انجام داده، اظهار داشت که به دلیل اندک یافته‌های محدود جمع‌آوری شده در حال حاضر کسی نمی‌داند که آیا تنگستن از نظر اکولوژیکی (بوم‌شناسی) مبدل به یک نگرانی عمده خواهد شد یا خیر. 

با وجود محدودیت‌های شغلی مشخص شده در ایالات متحده و اروپای‌شرقی تنگستن در آب آشامیدنی یا نقش آن به‌عنوان یک آلاینده محیطی شناخته نشده است اما در جماهیر شوروی سابق تنگستن کنترل می‌شده و هنوز هم در دولت‌های مستقل کنونی آن منطقه مقرراتی در این زمینه اعمال می‌شود. در دو سال اخیر هم وزارت دفاع و هم آژانس حفاظت از محیط‌زیست تنگستن را در لیست آلاینده‌های مهم قرار داده‌اند. 
مسمومیت فلزات در مقایسه با مثلا جیوه یا سرب بسیار اندک است، اما به گفته پروفسور تیجیما آنیون‌های تنگستن هیچ‌گاه برای موجودات زنده بی‌اثر نبوده‌اند. قرار گرفتن در معرض شدید تنگستن، به‌عنوان مثال از طریق ورود غذاها یا آب‌های آلوده به بدن، حتی در غلظت بسیار کم، احتمالا نسبت به مسمومیت‌های حاد از اهمیت بالاتری برخوردار هستند. 

تنگستن در میان فلزات دارای بالاترین نقطه ذوب است. آلیاژهای متراکم تنگستن از قبیل کاربید تنگستن در زمینه‌های جوشکاری، برش فلزات، فرزکاری، کاربردهای هوافضا و جواهرسازی مشتریان زیادی دارد. همچنین تنگستن یک رسانای خوب برای الکتریسیته نیز است که این امر این فلز را به‌عنوان یک ماده مناسب برای فیلامان‌های لامپ‌های حبابی مطرح کرده است. 

همچنین تنگستن را با نام ولفرام نیز می‌شناسند که در طبیعت به شکل مواد معدنی ار قبیل ولفرامیت [FeMn)WO4)] یا کلسیم تنگستن (CaWo4) یافت می‌شود اما معمولا به شکل یک فلز خالص وجود ندارد. در نتیجه سنگ‌ها یا خاک‌های ناشی از فرسایش و همچنین ذرات تنگستن محلول و نامحلول وارد جریان آب می‌شوند. آب از معادن و فرآیندهای تولیدی جاری می‌‌شود و همچنین برکه‌های آب نیز ممکن در انحلال شکل‌های مختلف تنگستن سهیم شوند. 

ترکیب تنگستن شش ظرفیتی به‌طور عمده با کلسیم (Ca)، آهن (Fe) و منگنز (Mn) و به‌ندرت سرب (Pb)،روی (Zn) وآلومینیوم (Al) در طبیعت دیده می‌شود. 

اینها نمک‌های نامحلول اسید تنگستیک هستند که در آب و سایر محلول‌ها حل نمی‌شوند. تجربیات نشان می‌دهد که درجه حرارت و PH محیط از عوامل مهم در قابلیت انحلال یون (WO2-4) هستند. 

آزمایشات زیادی بر قابلیت انحلال اسید تنگستیک (H2WO4) و کانی شئلیت (CaWO4) در محلول کلر و پتاسیم و کلر و سدیم با غلظت‌های گوناگون و درجه حرارت‌های مختلف انجام شده که همگی دلالت بر PH و درجه حرارت در قابلیت انحلال یون تنگستات دارند. همانند قلع، کانی‌های اکسیدی تنگستن نظیر شئولیت و ولفرامیت مقاومت فیزیکی و پایداری شیمیایی بیش از اندازه بالا دارند. 

امروزه مطالعات ژئوشیمیایی تنگستن گسترش یافته و با پیدایش روش‌های جدید آزمایشگاهی مانند اسپکترومتری، فعال‌سازی نوترونی و غیره، متخصص توانسته‌اند میزان تنگستن در سنگ‌های آذرین، رسوبی و دگرگونی با ترکیبات مختلف در مکان‌های مختلف دنیا را گزارش کنند. 

در خاک، فلز تنگستن به آنیون تنگستن (WO42ـ) اکسید می‌شود. مطالعات سم‌شناسی در گذشته نشان دادند که تنگستن می‌تواند در محیط پایدار باشد. اگرچه از نظر ترمودینامیکی در انواع شرایط محیطی پایدار است، اما یون‌های تنگستات (نمک اسید حاوی تنگستن) نیز دارای تاثیرات بیولوژیکی (زیستی) هستند. به‌عنوان مثال، احتمالا جایگزین شدن تنگستن به جای مولیبدن در آنزیم‌ها منتج به غیرفعال شدن آنزیم می‌‌شود. 

Nikolay S.Strigul یک زیست‌شناس اظهار داشت که یون تنگستات علاوه بر این می‌تواند به شکل پلی تنگستات پلیمریزه شود. 

وی افزود: به دلیل آگاهی از سمی بودن تنگستن و تاثیرات زیست‌محیطی آن بر اساس مطالعات بر روی مونوتنگستات‌ها، اطلاعات اندکی در رابطه با این که پلی تنگستات‌ها در محیط چه رفتاری را از خود نشان می‌دهند، وجود دارد. 

Bednar یک ژئوشیمیست در آزمایشگاه محیط‌زیست مرکز توسعه و تحقیق مهندسی نظامی ایالات متحده اظهار داشت که پلی تنگستات‌ها شامل یک سلسله از اجزای شیمیایی هستند. نمونه‌ها متشکل از هفت جزیی (7 اتم تنگستن و 24 اتم اکسیژن)، دوازده جزیی و یک کمپلکس شناخته شده‌تر با نام متاتنگستات (12 اتم تنگستن و 40 اتم اکسیژن) هستند. 

وی افزود: هتروپلی تنگستات‌ها نیز که با فسفر یا سیلیکات ترکیب می‌شوند در محیط نیز یافت می‌شوند. 

پروفسور مایکل پاپ استاد شیمی بازنشسته دانشگاه جرج تاون که مطالعات زیادی را در این زمینه انجام داده شرح داد که پلیمریزاسیون تنگستات‌ها قابل قیاس با روش پلیمرهای شیمی آلی که در آن از فسفات تتراهدرال یا سیلیکات‌های دوگانه انواع مختلفی از پلیمرها حاصل می‌‌شود، نیست. پلی تنگستات‌ها دارای ساختارهای خاص و مشخصی هستند که لزوما شامل اجزای مونومر‌های قابل شناسایی نیستند. 

در محیط، علم شیمی خاک در نهایت بر شکل‌گیری گونه‌های مونومریک یا یک طیف گسترده‌ای از نیمه پلیمریک تاثیر خواهد گذاشت. تنگستات‌های مونومریک تمایل به شکل‌گیری تحت شرایط خاک قلیایی دارند و گونه‌های پلیمری تحت شرایط اسیدی پدید می‌آیند. از نظر Bendar هرگونه دارای خواص متفاوتی مانند چسبندگی در خاک خواهد بود و این خواص به همراه شرایطی از قبیل pH، سرانجام بر روی حرکت و زیست آمادگی گونه‌ها تاثیر می‌گذارد. 

Bender و همکارانش هر دو تحقیقات آزمایشگاهی و فعالیت‌های صحرایی در سایت‌های مختلف تمرینات نظامی را در طی چهار سال گذشته انجام دادند. آنها موفق به شناسایی گونه‌های مختلفی از تنگستن موجود در خاک شدند و همچنین روش‌هایی را برای تعیین کمیت آنها در نمونه‌های محیطی ارائه کردند. 

محققان برای تعیین مقادیر بسیار کم در حد میلینیوم گرم تنگستن، مولیبدن و اکسی آنیون‌های فسفر در آب‌های زمینی و خاک‌های استخراج شده از روش کروماتوگرافی مایع و اسپکترومتری توده پلاسما با پیوند القایی (ICP-MS) استفاده کرده‌اند. همچنین آنها با به‌کارگیری از مدل خاک منطقه نظامی ، ضریب توزیع انواع ترکیبات مونوتنگستات‌ها، پلی تنگستات‌ها و هتروپلی تنگستات‌ها را تعیین کردند. آنها دریافتند که تحرک ترکیبات مونو و پلی تنگستات با گذشت زمان افزایش می‌یابد به‌طوری که پیوند مستحکم‌تری بین آنها و ذرات خاک حاصل می‌‌شود. 

در یکی از دو مقاله ارائه شده در مجله Reclamation & Land Contamination، این محقق و گروهش روش‌هایی را برای جداسازی و تعیین مقادیر وزنی گونه‌های تنگستن پلیمریک و مونومریک از طریق کروماتوگرافی SEC و ICP-MS شرح دادند. در نهایت آنها برای شناسایی گونه‌های پلیمری از روش تزریق مستقیم الکترواسپری MS استفاده کردند. 

در دومین مقاله آنها از SEC برای تجزیه تحلیل مواد استخراج شده از خاک و گل آفتاب گردان استفاده کردند. آنها دریافتند که بافت ریشه گیاه تقریبا دو برابر میزان تنگستن موجود در خاک را به صورت زیستی ذخیره کرده، اما برگ‌ها و ساقه‌ها کمتر انباشته کرده‌اند. 

Strigul و همکارانش در مجله سم‌شناسی و شیمی محیطی در سال 2006 شرح دادند که Bender و گروهش به این نتیجه رسیدند که تنگستات سدیم برای کرم‌های خاکی قدرت کشندگی کمتری نسبت به سرب دارد، اما کاملا از تولیدمثل مهره‌داران جلوگیری می‌کند (این درحالی است که سرب در وخیم‌ترین حالت ممکن منجر به مرگ می‌شود). 

و مقالات بعدی ارائه شده توسط استریگل و گروهش در مجله Desalination نشان دادند که عملا پلی تنگستات ممکن است بیش از نسبت به بزرگی آن از مونوتنگستات تا اورگانیزم‌های مختلف سمی باشد. ایشان و گروه کاریش دریافتند که اکثر ماهی‌های آبنوس، بی مهرگان آبزی کوچک که با نام دافینا معروف هستند، کرم‌های قرمز و جلبک‌های آب شیرین زمانی که در معرض متاتنگستات سدیم (Na6H2W12O40) قرار می‌گیرند می‌میرند در حالی‌که سدیم تنگستات (Na2WO4) این اثر را ندارد. 

ایشان افزودند که پلی تنگستات به وضوح سمی تر از مونو تنگستات است. در سایه این کشفیات جدید لزوم یک بازبینی مجدد در رابطه با دانش کنونی تاثیرات سم‌شناسی و محیطی تنگستن احساس می‌شود. 

برای محققان هنوز روشن نشده که چگونه تنگستن عامل تنش ph ysiological درگیاهان و جانوران می‌‌شود، هرچند آنها در این زمینه ایده‌های اندکی دارند. آقای استریگول و گروهش فرض کردند که تفاوت مشاهده شده در مسمومیت حیوانات بین مونو تنگستات‌ها و پلی تنگستات‌ها را می‌توان با توانایی‌های مختلف گونه‌های تنگستات برای نفوذ به غشای بیولوژیکی در نتیجه یک توزیع بار منفی یا آنیونی در محلول شرح داد. 

در حال حاضر محققان مشغول بررسی اثرات تنگستن بر روی گذرگاه‌های وابسته به فسفات بر روی سلول‌های انسانی هستند. این معبرها برای ساختار سلولی معمولی مانند تولید انرژی، واکنش‌های متقابل سیگنال‌های سلولی مهم هستند. 

از بین بردن این گذرگاه‌ها می‌تواند منتهی به اثرات سمی بالقوه مهلکی بر روی انسان شود. 

پلی تنگستات‌ها می‌توانند نقشی را در مسمومیت گیاه داشته باشد. علاوه بر این تحقیقات نشان می‌دهند که فعالیت‌های بیولوژیکی تنگستن به شکل شیمی فیزیکی آن و این‌که آیا می‌تواند تحت تاثیر واکنش‌هایی در داخل اورگانیسم قرار بگیرد، وابسته است. 

به‌عنوان مثال تنگستات در یک گیاه یا حیوان می‌تواند با فسفات پلیمریزه شود در نتیجه مخازن فسفاتی درون سلولی را از بین برده و واکنش‌های فسفریزاسیون را در سنتز ATP و سیگنال‌های سلولی را نیز نابود می‌کند. 

با توجه به کاربردهای روزافزون فلز تنگستن در صنایع مختلف و همچنین کاربردهای غیر صنعتی آن تاکنون تحقیقاتی در زمینه تاثیرات تنگستن بر روی محیط انجام شده است و لزوم مطالعات بیشتر نیز احساس می‌شود. 



منبع: Material Technology & www.ngdir.ir 
کمال الدین غفوری