كل عنصر كيميائي في النظام الدوري والمواد البسيطة والمعقدة المكونة له فريد من نوعه. لها خصائص فريدة ، والعديد منها يقدم مساهمة كبيرة لا يمكن إنكارها في حياة الإنسان ووجوده بشكل عام. القصدير العنصر الكيميائي ليس استثناء.
تعود معرفة الناس بهذا المعدن إلى العصور القديمة. لعب هذا العنصر الكيميائي دورًا حاسمًا في تطور الحضارة الإنسانية ، وحتى يومنا هذا ، يتم استخدام خصائص القصدير على نطاق واسع.
القصدير في التاريخ
أول ذكر لهذا المعدن ، والذي ، كما اعتقد الناس من قبل ، له بعض الخصائص السحرية ، يمكن العثور عليه في النصوص التوراتية. لعب القصدير دورًا حاسمًا في تحسين الحياة خلال العصر البرونزي. في ذلك الوقت ، كانت السبائك المعدنية الأكثر متانة التي يمتلكها الشخص هي البرونز ، والتي يمكن الحصول عليها عن طريق إضافة عنصر كيميائي القصدير إلى النحاس. لعدة قرون ، تم صنع كل شيء من هذه المواد ، من الأدوات إلى المجوهرات.
بعد اكتشاف خصائص الحديد ، لم يتوقف استخدام سبائك القصدير ، بالطبع ، لم يتم استخدامها على نفس النطاق ، ولكن البرونز ، وكذلك العديد من السبائك الأخرى ، تعمل بنشاط المعنييناليوم شخص في الصناعة والتكنولوجيا والطب ، إلى جانب أملاح هذا المعدن ، مثل كلوريد القصدير ، الذي يتم الحصول عليه عن طريق تفاعل القصدير مع الكلور ، يغلي هذا السائل عند 112 درجة مئوية ، ويذوب جيدًا في الماء ، ويشكل هيدرات بلورية و يدخن في الهواء
موضع العنصر في الجدول الدوري
العنصر الكيميائي القصدير (الاسم اللاتيني stannum - “ستانوم” ، مكتوب بالرمز Sn) وضع دميتري إيفانوفيتش مينديليف بحق في المرتبة الخمسين ، في الفترة الخامسة. يحتوي على عدد من النظائر ، أكثر النظائر 120 شيوعًا. هذا المعدن موجود أيضًا في المجموعة الفرعية الرئيسية للمجموعة السادسة ، جنبًا إلى جنب مع الكربون والسيليكون والجرمانيوم والفلروفيوم. يتنبأ موقعه بخصائص مذبذبة ، للقصدير خصائص حمضية وأساسية متساوية ، والتي سيتم وصفها بمزيد من التفصيل أدناه.
يوضح الجدول الدوري أيضًا الكتلة الذرية للقصدير ، وهي 118.69. التكوين الإلكتروني هو 5s25p2، والتي تسمح المواد المعقدة للمعدن بعرض حالات الأكسدة +2 و +4 ، مما يؤدي إلى التخلي عن إلكترونين فقط من المستوى الفرعي p ، أو أربعة من s- و p- ، مما يؤدي إلى إفراغ المستوى الخارجي بالكامل.
الخاصية الإلكترونية للعنصر
وفقًا للعدد الذري ، يحتوي الفضاء المحيطي لذرة القصدير على ما يصل إلى خمسين إلكترونًا ، وهي تقع على خمسة مستويات ، والتي بدورها تنقسم إلى عدد من المستويات الفرعية. الأول والثاني لهما فقط المستويات الفرعية s و p ، وبدءًا من المستوى الثالث ، يوجد تقسيم ثلاثيإلى s- ، p- ، d -.
لننظر إلى المستوى الإلكتروني الخارجي ، حيث إن هيكله وملئه بالإلكترونات هو الذي يحدد النشاط الكيميائي للذرة. في الحالة غير المستثارة ، يُظهر العنصر تكافؤًا يساوي اثنين ؛ عند الإثارة ، ينتقل إلكترون واحد من المستوى الفرعي s إلى مكان شاغر في المستوى الفرعي p (يمكن أن يحتوي على ثلاثة إلكترونات غير مقترنة كحد أقصى). في هذه الحالة ، يُظهر القصدير حالة التكافؤ والأكسدة - 4 ، نظرًا لعدم وجود إلكترونات مقترنة ، مما يعني أنه لا يوجد شيء يحملها في المستويات الفرعية في عملية التفاعل الكيميائي.
مادة بسيطة المعدن وخصائصه
مادة بسيطة القصدير معدن فضي اللون ، ينتمي إلى مجموعة الصهر. المعدن ناعم ويسهل نسبيًا تشويهه. هناك عدد من الميزات المتأصلة في معدن مثل القصدير. درجة الحرارة التي تقل عن 13.2 درجة مئوية هي حدود انتقال التعديل المعدني للقصدير إلى المسحوق ، والذي يصاحبه تغير في اللون من الأبيض الفضي إلى الرمادي وانخفاض كثافة المادة. يذوب القصدير عند 231.9 درجة ويغلي عند 2270 درجة مئوية. يفسر الهيكل البلوري رباعي الزوايا للقصدير الأبيض خاصية الطحن المميز للمعدن عند ثنيه وتسخينه عند نقطة الانقلاب عن طريق فرك بلورات المادة ضد بعضها البعض. القصدير الرمادي له تناغم مكعب.
للخصائص الكيميائية للقصدير جوهر مزدوج ، فهو يدخل في تفاعلات حمضية وقاعدية على حد سواء ، مما يدل على التذبذب. يتفاعل المعدن مع القلويات ، وكذلك الأحماض ، مثل الكبريتيك والنيتريك ، نشط عند التفاعل مع الهالوجينات.
سبائك القصدير
لماذا تستخدم سبائكها بنسبة معينة من المكونات المكونة في كثير من الأحيان بدلاً من المعادن النقية؟ الحقيقة هي أن السبيكة لها خصائص لا يمتلكها المعدن الفردي ، أو أن هذه الخصائص أقوى بكثير (على سبيل المثال ، التوصيل الكهربائي ، مقاومة التآكل ، التخميل أو تنشيط الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمعادن ، إذا لزم الأمر ، إلخ.). القصدير (الصورة تظهر عينة من المعدن النقي) هو جزء من العديد من السبائك. يمكن استخدامه كمادة مضافة أو أساسية.
اليوم ، يُعرف عدد كبير من السبائك المعدنية مثل القصدير (يختلف سعرها على نطاق واسع) ، دعنا نفكر في أكثر السبائك شيوعًا واستخدامًا (سيتم مناقشة استخدام سبائك معينة في القسم المناسب). بشكل عام ، سبائك الستانوم لها الخصائص التالية: ليونة عالية ، نقطة انصهار منخفضة ، صلابة وقوة منخفضة.
بعض الأمثلة على السبائك
- سبيكة من القصدير والرصاص مع بعض إضافات صناعة السبائك (الأنتيمون والنحاس والكادميوم والزنك والفضة والإنديوم) هي ما يسمى بالقصدير للحام ، ويجب أن تكون نسبة الستانوم فيها 49-51 أو 59 - 61 بالمائة. تضمن قوة الرابطة أن القصدير يشكل محلولًا صلبًا مع الأسطح المعدنية المترابطة.
- جارث سبيكة من القصدير والرصاص والأنتيمون هو أساس حبر الطباعة (ولهذا لا ينصح بتغليف الطعام في الصحف لتجنب التركيزات غير المرغوب فيها لهذه المعادن).
- بابيت - سبيكة من القصدير والرصاص والنحاس والأنتيمون - تتميز بانخفاض الاحتكاك ومقاومة التآكل العالية.
- سبيكة إنديوم - قصدير هي مادة منخفضة الانصهار ، تتميز بالحراريات ومقاومة التآكل والقوة الكبيرة.
أهم المركبات الطبيعية
يشكل القصدير عددًا من المركبات الطبيعية - الخامات. يشكل المعدن 24 مركبًا معدنيًا ، أهمها بالنسبة للصناعة أكسيد القصدير - القصدير ، وكذلك الإطار - Cu2FeSnS4. يتناثر القصدير في القشرة الأرضية ، والمركبات المكونة له من أصل مغناطيسي. تستخدم الصناعة أيضًا أملاح البوليول وسيليكات القصدير.
القصدير والجسم البشري
عنصر القصدير الكيميائي عنصر دقيق من حيث محتواه الكمي في جسم الإنسان. يحدث تراكمه الرئيسي في أنسجة العظام ، حيث يساهم المحتوى الطبيعي للمعدن في تطوره في الوقت المناسب وعمل الجهاز العضلي الهيكلي بشكل عام. بالإضافة إلى العظام ، يتركز القصدير في الجهاز الهضمي والرئتين والكلى والقلب.
من المهم ملاحظة أن التراكم المفرط لهذا المعدن يمكن أن يؤدي إلى تسمم عام للجسم ، ويمكن أن يؤدي التعرض لفترة أطول إلى حدوث طفرات جينية ضارة. في الآونة الأخيرة ، هذه المشكلة وثيقة الصلة بالموضوع ، منذ الحالة البيئية للبيئةالبيئة تترك الكثير مما هو مرغوب فيه. هناك احتمال كبير للتسمم بالقصدير بين سكان المدن الكبرى والمناطق المجاورة بالقرب من المناطق الصناعية. يحدث التسمم في أغلب الأحيان من خلال تراكم أملاح القصدير في الرئتين ، مثل كلوريد القصدير وغيره. في الوقت نفسه ، يمكن أن يتسبب نقص المغذيات الدقيقة في تأخر النمو وفقدان السمع وتساقط الشعر.
التطبيق
المعدن متاح تجاريًا من العديد من المصاهر والشركات. يتم إنتاجه على شكل سبائك وقضبان وأسلاك وأسطوانات وأنودات مصنوعة من مادة بسيطة نقية مثل القصدير. يتراوح السعر من 900 إلى 3000 روبل للكيلوغرام
نادرا ما يستخدم القصدير النقي. تستخدم سبائكه ومركباته بشكل رئيسي - الأملاح. يتم استخدام قصدير اللحام في حالة أجزاء التثبيت غير المعرضة لدرجات حرارة عالية وأحمال ميكانيكية قوية ، مصنوعة من سبائك النحاس والصلب والنحاس ، ولكن لا ينصح بها لتلك المصنوعة من الألمنيوم أو سبائكه. تم وصف خصائص وخصائص سبائك القصدير في القسم المقابل.
يتم استخدام الجنود في لحام الدوائر الدقيقة ، وفي هذه الحالة تعتبر السبائك القائمة على معدن مثل القصدير مثالية أيضًا. تصور الصورة عملية تطبيق سبيكة من الرصاص والقصدير. مع ذلك ، يمكنك أداء عمل دقيق للغاية.
بسبب مقاومة القصدير العالية للتآكل ، يتم استخدامه لصنع الحديد المعلب (صفيح) - علب للمنتجات الغذائية. في الطب ، ولا سيما في طب الأسنان ، يستخدم القصديرإجراء حشوات الأسنان. الأنابيب المنزلية مغطاة بالقصدير ، المحامل مصنوعة من سبائكها. كما أن مساهمة هذه المادة في الهندسة الكهربائية لا تقدر بثمن.
تستخدم المحاليل المائية لأملاح القصدير مثل الفلوروبورات والكبريتات والكلوريدات كإلكتروليتات. أكسيد القصدير هو طلاء للسيراميك. من خلال إدخال مشتقات القصدير المختلفة في المواد البلاستيكية والاصطناعية ، يبدو أنه من الممكن تقليل قابليتها للاشتعال وانبعاث أبخرة ضارة.
