قصدير

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
اذهب إلى: تصفح، ‏ ابحث
إثمدقصديرإنديوم
Ge

Sn

Pb
Element 1: هيدروجين (H), لا فلز
Element 2: هيليوم (He), غاز نبيل
Element 3: ليثيوم (Li), فلز قلوي
Element 4: بيريليوم (Be), فلز قلوي ترابي
Element 5: بورون (B), شبه فلز
Element 6: كربون (C), لا فلز
Element 7: نيتروجين (N), لا فلز
Element 8: أكسجين (O), لا فلز
Element 9: فلور (F), هالوجين
Element 10: نيون (Ne), غاز نبيل
Element 11: صوديوم (Na), فلز قلوي
Element 12: مغنسيوم (Mg), فلز قلوي ترابي
Element 13: ألومنيوم (Al), فلز ضعيف
Element 14: سليكون (Si), شبه فلز
Element 15: فسفور (P), لا فلز
Element 16: كبريت (S), لا فلز
Element 17: كلور (Cl), هالوجين
Element 18: أرغون (Ar), غاز نبيل
Element 19: بوتاسيوم (K), فلز قلوي
Element 20: كالسيوم (Ca), فلز قلوي ترابي
Element 21: سكانديوم (Sc), فلز انتقالي
Element 22: تيتانيوم (Ti), فلز انتقالي
Element 23: فاناديوم (V), فلز انتقالي
Element 24: كروم (Cr), فلز انتقالي
Element 25: منغنيز (Mn), فلز انتقالي
Element 26: حديد (Fe), فلز انتقالي
Element 27: كوبالت (Co), فلز انتقالي
Element 28: نيكل (Ni), فلز انتقالي
Element 29: نحاس (Cu), فلز انتقالي
Element 30: زنك (Zn), فلز انتقالي
Element 31: غاليوم (Ga), فلز ضعيف
Element 32: جرمانيوم (Ge), شبه فلز
Element 33: زرنيخ (As), شبه فلز
Element 34: سيلينيوم (Se), لا فلز
Element 35: بروم (Br), هالوجين
Element 36: كريبتون (Kr), غاز نبيل
Element 37: روبيديوم (Rb), فلز قلوي
Element 38: سترونشيوم (Sr), فلز قلوي ترابي
Element 39: إتريوم (Y), فلز انتقالي
Element 40: زركونيوم (Zr), فلز انتقالي
Element 41: نيوبيوم (Nb), فلز انتقالي
Element 42: موليبدنوم (Mo), فلز انتقالي
Element 43: تكنيشيوم (Tc), فلز انتقالي
Element 44: روثينيوم (Ru), فلز انتقالي
Element 45: روديوم (Rh), فلز انتقالي
Element 46: بالاديوم (Pd), فلز انتقالي
Element 47: فضة (Ag), فلز انتقالي
Element 48: كادميوم (Cd), فلز انتقالي
Element 49: إنديوم (In), فلز ضعيف
Element 50: قصدير (Sn), فلز ضعيف
Element 51: إثمد (Sb), شبه فلز
Element 52: تيلوريوم (Te), شبه فلز
Element 53: يود (I), هالوجين
Element 54: زينون (Xe), غاز نبيل
Element 55: سيزيوم (Cs), فلز قلوي
Element 56: باريوم (Ba), فلز قلوي ترابي
Element 57: لانثانوم (La), لانثانيدات
Element 58: سيريوم (Ce), لانثانيدات
Element 59: براسوديميوم (Pr), لانثانيدات
Element 60: نيوديميوم (Nd), لانثانيدات
Element 61: بروميثيوم (Pm), لانثانيدات
Element 62: ساماريوم (Sm), لانثانيدات
Element 63: يوروبيوم (Eu), لانثانيدات
Element 64: غادولينيوم (Gd), لانثانيدات
Element 65: تربيوم (Tb), لانثانيدات
Element 66: ديسبروسيوم (Dy), لانثانيدات
Element 67: هولميوم (Ho), لانثانيدات
Element 68: إربيوم (Er), لانثانيدات
Element 69: ثوليوم (Tm), لانثانيدات
Element 70: إتيربيوم (Yb), لانثانيدات
Element 71: لوتيشيوم (Lu), لانثانيدات
Element 72: هافنيوم (Hf), فلز انتقالي
Element 73: تانتالوم (Ta), فلز انتقالي
Element 74: تنجستن (W), فلز انتقالي
Element 75: رينيوم (Re), فلز انتقالي
Element 76: أوزميوم (Os), فلز انتقالي
Element 77: إريديوم (Ir), فلز انتقالي
Element 78: بلاتين (Pt), فلز انتقالي
Element 79: ذهب (Au), فلز انتقالي
Element 80: زئبق (Hg), فلز انتقالي
Element 81: ثاليوم (Tl), فلز ضعيف
Element 82: رصاص (Pb), فلز ضعيف
Element 83: بزموت (Bi), فلز ضعيف
Element 84: بولونيوم (Po), شبه فلز
Element 85: أستاتين (At), هالوجين
Element 86: رادون (Rn), غاز نبيل
Element 87: فرانسيوم (Fr), فلز قلوي
Element 88: راديوم (Ra), فلز قلوي ترابي
Element 89: أكتينيوم (Ac), أكتينيدات
Element 90: ثوريوم (Th), أكتينيدات
Element 91: بروتكتينيوم (Pa), أكتينيدات
Element 92: يورانيوم (U), أكتينيدات
Element 93: نبتونيوم (Np), أكتينيدات
Element 94: بلوتونيوم (Pu), أكتينيدات
Element 95: أمريسيوم (Am), أكتينيدات
Element 96: كوريوم (Cm), أكتينيدات
Element 97: بركيليوم (Bk), أكتينيدات
Element 98: كاليفورنيوم (Cf), أكتينيدات
Element 99: أينشتاينيوم (Es), أكتينيدات
Element 100: فرميوم (Fm), أكتينيدات
Element 101: مندليفيوم (Md), أكتينيدات
Element 102: نوبليوم (No), أكتينيدات
Element 103: لورنسيوم (Lr), أكتينيدات
Element 104: رذرفورديوم (Rf), فلز انتقالي
Element 105: دوبنيوم (Db), فلز انتقالي
Element 106: سيبورغيوم (Sg), فلز انتقالي
Element 107: بوريوم (Bh), فلز انتقالي
Element 108: هاسيوم (Hs), فلز انتقالي
Element 109: مايتنريوم (Mt), فلز انتقالي
Element 110: دارمشتاتيوم (Ds), فلز انتقالي
Element 111: رونتجينيوم (Rg), فلز انتقالي
Element 112: كوبرنيسيوم (Cn), فلز انتقالي
Element 113: نيهونيوم (Nh)
Element 114: فليروفيوم (Uuq)
Element 115: موسكوفيوم (Mc)
Element 116: ليفرموريوم (Lv)
Element 117: تينيسين (Ts)
Element 118: أوغانيسون (Og)
50Sn
المظهر


رمادي (الصورة إلى اليمين: النمط ألفا)،
أو أبيض فضي (الصورة إلى اليسار: النمط بيتا)
الخواص العامة
الاسم، العدد، الرمز قصدير، 50، Sn
تصنيف العنصر فلز بعد انتقالي
المجموعة، الدورة، المستوى الفرعي 14، 5، p
الكتلة الذرية 118.710 غ·مول−1
توزيع إلكتروني Kr]; 4d10 5s2 5p2]
توزيع الإلكترونات لكل غلاف تكافؤ 2, 8, 18, 18, 4 (صورة)
الخواص الفيزيائية
الطور صلب
اللون عديم اللون
الكثافة (عند درجة حرارة الغرفة) (أبيض؛ بيتا) 7.265 غ·سم−3
الكثافة (عند درجة حرارة الغرفة) (رمادي؛ ألفا) 5.769 غ·سم−3
كثافة السائل عند نقطة الانصهار 6.99 غ·سم−3
نقطة الانصهار 505.08 ك، 231.93 °س
نقطة الغليان 2,875 ك، 2,602 °س
حرارة الانصهار (أبيض) 7.03 كيلوجول·مول−1
حرارة التبخر (أبيض) 296.1 كيلوجول·مول−1
السعة الحرارية (عند 25 °س) (أبيض) 27.112 جول·مول−1·كلفن−1
ضغط البخار
ض (باسكال) 1 10 100 1 كيلو 10 كيلو 100 كيلو
عند د.ح. (كلفن) 1497 1657 1855 2107 2438 2893
الخواص الذرية
أرقام الأكسدة 4, 2, -4 (أكاسيده مذبذبة)
الكهرسلبية 1.96 (مقياس باولنغ)
طاقات التأين الأول: 708.6 كيلوجول·مول−1
الثاني: 1411.8 كيلوجول·مول−1
الثالث: 2943.0 كيلوجول·مول−1
نصف قطر ذري 140 بيكومتر
نصف قطر تساهمي 4±139 بيكومتر
نصف قطر فان دير فالس 217 بيكومتر
خواص أخرى
البنية البلورية نظام بلوري رباعي (أبيض)
بنية الألماس المكعبة (رمادي)
المغناطيسية (رمادي)مغناطيسية معاكسة[1]
(أبيض) مغناطيسية مسايرة
الناقلية الحرارية 66.8 واط·متر−1·كلفن−1 (300 كلفن)
التمدد الحراري 22.0 ميكرومتر/(م·كلفن)
سرعة الصوت 2730 متر/ثانية
معامل يونغ 50 غيغاباسكال
معامل القص 18 غيغاباسكال
معامل الحجم 58 غيغاباسكال
نسبة بواسون 0.36
صلادة موس 1.5
صلادة برينل 51 ميغاباسكال
رقم الكاس 7440-31-5
النظائر الأكثر ثباتاً
المقالة الرئيسية: نظائر القصدير
النظائر الوفرة الطبيعية عمر النصف نمط الاضمحلال طاقة الاضمحلال MeV ناتج الاضمحلال
112Sn 0.97% 112Sn هو نظير مستقر وله 62 نيوترون
114Sn 0.66% 114Sn هو نظير مستقر وله 64 نيوترون
115Sn 0.34% 115Sn هو نظير مستقر وله 65 نيوترون
116Sn 14.54% 116Sn هو نظير مستقر وله 66 نيوترون
117Sn 7.68% 117Sn هو نظير مستقر وله 67 نيوترون
118Sn 24.22% 118Sn هو نظير مستقر وله 68 نيوترون
119Sn 8.59% 119Sn هو نظير مستقر وله 69 نيوترون
120Sn 32.58% 120Sn هو نظير مستقر وله 70 نيوترون
122Sn 4.63% 122Sn هو نظير مستقر وله 72 نيوترون
124Sn 5.79% 124Sn هو نظير مستقر وله 74 نيوترون
126Sn نادر 2.3×105 سنة β 0.380 126Sb

القَصْدِير (باللاتينية: Stannum) هو عنصر كيميائي له الرمز Sn والعدد الذري 50 في الجدول الدوري. يعتبر القصدير فلزاً بعد انتقالي من مجموعة الكربون (مجموعة العناصر الرابعة عشرة)، وهو يتواجد بالطَّبيعة في الحالة الصّلبة، ويتشابهُ كيميائياً مع العنصرين المجاورَيْن لهُ في المجموعة الـ14، وهما الرصاص والجرمانيوم. يستخلص معظم القصدير الذي يستهلكه الإنسانُ من معدن الكاسيتريت، وذلك لاحتوائه على مُركَّب ثاني أكسيد القصدير (SnO2) الذي يسهلُ فصلُ القصدير عنه. يعتبر القصدير العنصر رقم 49 من حيثُ كثرة انتشاره على قشرة الأرض، وبما أنَّ لهُ عشرة نظائر كيميائيَّة مستقرَّة بها أعدادٌ متفاوتتة من النيوترونات، فهو يُعَدّ العنصر الذي يحظى بأكبر عددٍ من النظائر من بين جميع العناصر الكيميائية، وذلك بفضل العدد السحريّ لبروتوناته. ثمَّة هيئتان مختلفتان للقصدير في درجة حرارة الغرفة، الأولى منهما هي الهيئة المُسمَّاة بيتا، حيث يكونُ عبارةً عن معدنٍ مرنٍ ذي لونٍ فضيّ، وأما الثانية (التي تتكوَّنُ في درجات الحرارة المنخفضة) فهي الهيئة ألفا، والتي يكتسبُ فيها القصدير لوناً رماديًّا ويصبح أقلَّ كثافة، كما يتيغيَّرُ بناؤه الجزيئيّ. ومن سمات القصدير في هيئته المعدنيَّة - بيتا - أنَّه لا يتأكسَدُ بسهولة.

كانت أول سبيكة يدخلُ في صنعها القصدير بالعالم القديم هي البرونز، إذ بدأ الإنسان بصناعة هذا المعدن من خليطٍ بين النحاس والقصدير منذ سنة 3,000 قبل الميلاد. ومنذ عام 600 قبل الميلاد فصاعداً أصبحَ البشرُ قادرين على إنتاج القصدير بصورته الخام. كما شاعت منذ العصر البرونزي وحتى القرن العشرين صناعة الأواني المنزلية من سبيكةٍ أخرى تُسمَّى البُويْتَر، والتي تتألَّفُ بنسبة 85 إلى 90% من القصدير (بينما الباقي من النحاس والرصاص والإثمد). وأما في الزمن الحاضرِ فإنَّ القصدير يدخلُ في صناعة الكثير من السَّبائِك، من أهمِّها معدن السولدر الذي يتألَّفُ عادةً بنسبة 60% على الأقلّ من القصدير وأيضاً من الرَّصاص. ومن أهمِّ التطبيقات الصناعية لهذا العنصر هي عمليَّة القَصْدَرَة، التي يُغطَّى فيها الصلب بطبقةٍ رقيقةٍ من القصدير ليُصبِحَ مقاوماً للتآكل. وتعتبر مركَّبات القصدير غير العضويَّة آمنةً للإنسان وغير سامَّة، ولهذا السَّببِ فقد كانت الأغطية القصديريَّة تستخدمُ في تغليف الأطعمة وتخزينها داخل علب الصَّفِيح، حيث تكونُ معظم العبوة مصنوعةً من الفولاذ أو الألومنيوم، ولكنَّها مُغطَّاة بطبقةٍ قصديرية. إلا أنَّ العلماء وجدوا أنَّ التعرّض الزائد عن اللّزوم للمواد المُصنَّعة من القصدير قد يؤثّر على صحة الإنسان، حيثُ يؤدّي إلى صعوباتٍ في امتصاص العناصر الغذائية مثل النحاس والزنك. إضافةً إلى ذلك، فإنَّ مزجَ القصدير مع مُركَّباتٍ عضويَّة (هيدروكربونية) قد يجعلهُ شديدَ السُميَّة، بل وقاتلاً للإنسان مثل السيانيد.

التاريخ وأصل التسمية[عدل]

الوفرة الطبيعية[عدل]

يشكل القصدير 0.001% من القشرة الأرضية، ونتيجة لذلك فإن كمية القصدير المستخرجة من المناجم صغيرة جدا إذا ما قورنت بالفلزات الأخرى، وخام القصدير مركب من القصدير والأكسجين ويحتوي بعض خام القصدير على الكبريت وكميات قليلة من فلزات أخرى مثل النحاس والحديد والرصاص.

الإنتاج والتحضير[عدل]

وهناك عدة دول تعتبر هي المنتج الأساسي للقصدير وهذه الدول تأتي من حيث الإنتاج بالترتيب التالي:

الصين، إندونيسيا، البرازيل وبوليفيا والبيرو ,البرتغال ,ماليزيا ,أستراليا, روسيا، فيتنام.

النظائر[عدل]

للقصدير عشرة نظائر مستقرة تتراوح كتلها الذرية بين 112 و 114 إلى 120 و 122 و 124؛ وهو بذلك أكثر العناصر من حيث تعدد النظائر المستقرة. ربما قد يعود العدد الكبير من النظائر المستقرة للقصدير إلى كون عدده الذري 50 عدداً سحرياً وفق مفاهيم الفيزياء النووية. من بين تلك النظائر يعد النظير قصدير-120 120Sn أكثرها وفرة (حوالي الثلث)؛ بالمقابل فإن أقل تلك النظائر وفرة هو النظير قصدير-115 115Sn. بالإضافة إلى النظائر المستقرة فإن للقصدير 29 نظيراً غير مستقر تتراوح كتلها الذرية بين 99 إلى 137 وحدة كتل ذرية. باستثناء النظير قصدير-126 126Sn الذي له عمر نصف مقداره 230 ألف سنة، فإن جميع النظائر المشعة المتبقية لها عمر نصف أقل من سنة. من بين النظائر المشعة للقصدير يوجد النظيران قصدير-100، المكتشف سنة 1994، والذي لديه عدد سحري مضاعف، وكذلك النظير قصدير-132، بحيث يتميز هذان النظيران رغم عدم استقرارهما بأن لهما نسب نيوترون/برتون مميزة ومرتفعة تمثل الحد الأغظمي الذي تنهار بعده الثباتية بشكل كبير وسريع.[2] يوجد أيضاً 30 مصاوغ نووي للنظائر بين 111 و 131 أكثرها استقراراً 121mSn بعمر نصف مقداره 43.9 سنة.[3]

يمكن تفسير الاختلاف في الوفرة الطبيعية النسبية لنظائر القصدير المستقرة بالنظر إلى أنماط التشكل المختلفة التي حدثت في تفاعلات الانصهار النجمي التخليقية للعناصر. فالنظائر من 116Sn إلى 120Sn تتشكل وفق عملية التقاط النيوترون البطيئة في أغلب النجوم، ولذلك فإن تلك النظائر أكثرها وفرة، في حين أن النظائر 122Sn و 124Sn تتشكل فقط وفق عملية التقاط النيوترون السريعة في المستعرات العظمى وهي أقل شيوعاً. أما النظائر النادرة والغنية بالبروتونات 112Sn و 114Sn و 115Sn فلا يمكن أن تتشكل بكميات وفيرة في عمليات التقاط النيوترون البطيئة أو السريعة، ولا يزال طريقة تشكلها غير معروفة. من بين النظريات المقترحة لتشكلها حدوث عملية التقاط بروتون بالإضافة إلى انحلال ضوئي، على الرغم من أن النظير قصدير-115 115Sn يمكن ان يتشكل من عملية التقاط النيوترون السريعة بشكل مباشر وكناتج نويدة مضمحلة عن النويدة إنديوم-115 طويلة العمر.[4]

لا يكون للنظائر زوجية عدد الكتلة قيمة لف مغزلي، في حين أن الفردية منها لها قيمة لف مغزلي +1/2. يعد القصدير بوجود نظائره الثلاثة الشائعة 116Sn و 118Sn و 120Sn، من بين أسهل العناصر الكيميائية للكشف والتحليل باستخدام مطيافية الرنين المغناطيسي النووي NMR، حيث تقيّس قيم الانزياح الكيميائي بالنسبة إلى رباعي ميثيل القصدير SnMe4.[5]

الخواصّ الفيزيائية[عدل]

قطرة مُتصلِّبة من القصدير الذائب.

القصدير هو فلز ليِّن ٌذو لونٍ فضيّ، وله مرونة وقابليَّة للطَّرق والتشكيل. يصدر قضيب القصدير صوتاً مميزاً عندَ ثنيه،[6] وهو ينصهرُ عندَ حرارةٍ منخفضة نسبياً، لا تتعدَّى 232 درجة مئوية (وهي أقلّ درجة انصهارٍ في مجموعته من العناصر). وأما عندَ التعامل مع جزيئات القصدير فائقة الصغر، التي يبلغُ قطرها حوالي 11 نانومتراً أو أقلّ، فإنَّ نقطة الانصهار تنخفضُ إلى 177.3 درجة مئوية فحسب.[7]

ويمكن بسهولةٍ إعادة طرق وتشكيل القصدير عندما يكونُ بصورته العاديَّة، المعروفة بالهيئة بيتا. وأما القصدير ألفا (وهو قصديرٌ في هيئته غير المعدنية وذو لونٍ رمادي)، الذي لا يستقرّ إلا في درجة 13 مئوية أو أقلّ، فيكونُ متقصِّفاً: أي أنَّ ثنيه أو تغيير شكله صعبٌ جداً دون كسره. وتتميَّز جزيئات القصدير ألفا بتركيب بلوري ثماني الشكل، شبيهٍ بذلك الموجود في جزيئات معادن الألماس والسيليكون والجرمانيوم. كما أنَّ ذرات هذا النوع من القصدير لها بناءٌ مُعيَّنٌ يمنعُ الإلكترونات من التحرّك بحريَّة بينها، ممَّا يفقدُهُ الخصائص المعتادة للمعادن (مثل توصيل الكهرباء). ويتخذ القصدير ألفا شكلاً أقربَ إلى مسحوقٍ رماديّ، ومن النادر استخدامه في الصّناعة، ما عدا حالاتٍ مُعيَّنة يستفاد منه فيها كمادَّةٍ شبه موصلة.[6]

تًسمَّى الهيئات المختلفة للعنصر، مثل القصدير ألفا والقصدير بيتا في هذه الحالة، تآصلاتٍ بعلم الكيمياء. ويعرف هذان التآصلان - في هذه الحالة - عادةً باسمي القصدير الرمادي (ألفا) والقصدير الأبيض (بيتا). كما يوجد للقصدير تآصلان آخران، يُسمَّيان غاما وسيغما، ولكن لا يمكن صنعهما إلا في وسطٍ تزيدُ درجة حرارته عن 161ْ درجة مئوية وفيه ضغطٌ يعادل عدَّة وحدات باسكال.[8] مع المعلومية بأنَّ القصدير الأبيض (بيتا) قد يتحوَّلُ لقصدير رماديّ عاديّ في حال تعريضه لوسطٍ عالي البرودة،[9] ويجبُ أن يجري هذا التحوّل - عادةً - ضمنَ حرارة 13.2ْ درجة، ولكن وجود الكثير من العناصر الدخيلة على القصدير بمعظم الحالات (مثل الألومنيوم والزنك وغير ذلك) والتي يصعبُ فصلها عنها، تجعلُ حرارة التحوّل تحتَ الصفر بدرجات كثيرة. بل إنَّ إضافة بعض العناصر، مثل الإثمد والبزموت، تجعلُ التحوّل مستحيلاً تماماً.[10]

الخواص الكيميائية[عدل]

بسبب وجود طبقة من الأكسيد على سطحه يستطيع القصدير لأن يقاوم أثر الماء والأوساط الحمضية والقلوية الضعيفة، إلا أن المحاليل المركزة من الأحماض والقلويات تستطيع مهاجمته. تحمي تلك الطبقة الأكسيدية المخمّلة فلز القصدير من استمرار الأكسدة، الأمر المماثل الذي يحدث على سطح البيوتر وعلى سبائك القصدير الأخرى.[11]

المركبات الكيميائية[عدل]

يشكل القصدير العديد من المركبات الكيميائية، والتي يكون فيها القصدير غالباً برقم أكسدة +4 أو +2.

اللاعضوية[عدل]

نمزذج بنية كلوريد القصدير الثنائي.[12]

يمكن الحصول على مركبات الهاليدات المستقرة للقصدير بعددي الأكسدة الشائعين، فبالنسبة للقصدير الرباعي يتوفر كل من رباعي الفلوريد SnF4 ورباعي الكلوريد SnCl4 ورباعي البروميد SnBr4 ورباعي اليوديد SnI4. من بين هذه الهاليدات الرباعية يكون للفلوريد فقط بنية بوليميرية. كما هو الحال مع القصدير الرباعي فإن مركبات الهاليدات للقصدير الثنائي معروفة أيضاً، وهي تتضمن ثنائي الفلوريد SnF2 وثنائي الكلوريد SnCl2 وثنائي البروميد SnBr2 وثنائي اليوديد SnI2. جميع هذه الهاليدات الثنائية ذات بنية بوليميرية صلبة. من بين جميع الهاليدات الثمانية المذكورة تكون اليوديدات فقط هي الملونة؛[13] أما أهم هذه الهاليدات من حيث التطبيق العملي التجاري فهو كلوريد القصدير الثنائي. لا يحضر المركب الأخير من التفاعل المباشر بين الكلور والقصدير، إذ أن التفاعل المذكور يعطي كلوريد القصدير الرباعي، إنما يحضر من تفاعل القصدير مع حمض الهيدروكلوريك، أو من تفاعل كلوريد القصدير الرباعي مع فلز القصدير في تفاعل أكسدة-اختزال خاص يدعى تفاعل تناسب مشترك.[14]

يمكن للقصدير أن يشكل العديد من مشتقات الكالكوجينيد مثل الأكاسيد والكبريتيدات وغيرها. يتشكل أكسيد القصدير الرباعي (ثنائي أكسيد القصدير SnO2) عند تسخين القصدير حرارياً بوجود أكسجين الهواء؛[13] وهو أكسيد مذبذب (أمفوتيري) يتفاعل مع كلي محاليل الأحماض والقواعد.[15] كما يوجد أيضاً أكسيد القصدير الثنائي SnO وكبريتيد القصدير الثنائي SnS وكبريتيد القصدير الرباعي SnS2.

يشكل القصدير بعدد الأكسدة +4 مركب الهيدريد SnH4 المعروف باسم ستانان.

العضوية[عدل]

يوجد العديد من مركبات القصدير العضوية المعروفة،[16] وهي أكثر مركبات القصدير أهمية تجارياً وتطبيقياً.[17] كان أول هذه المركبات المكتشفة هو ثنائي يوديد ثنائي إيثيل القصدير ((C2H5)2SnI2) والذي وصفه إدوارد فرانكلاند سنة 1849.[18] من الأمثلة الأخرى مركب هيدريد ثلاثي بوتيل القصدير (Sn(C4H9)3H)،[6] والتي تتميز بأنها قادرة على أن تحرر جذور حرة من ثلاثي بوتيل القصدير TBT، وهي أمثلة نادرة على القصدير الثلاثي (في حالة أكسدة +3).[19]

إن أغلب مركبات القصدير العضوية هي بلورات صلبة أو سوائل عديمة اللون، وهي ثابتة تجاه الهواء والماء، ولها بنية رباعية الوجوه. يمكن تحضير مركبات رباعي ألكيل أو رباعي أريل القصدير انطلاقاً من كواشف غرينيار:[17]

كما يمكن أن يحصل تفاعل إعادة توزيع لتحضير مركبات ألكيل هاليدات القصدير المختلطة:

أما مركبات القصدير الثنائي العضوية فهي غير شائعة، وتؤمن الثباتية من خلال تأثير الزوج الخامل. من أمثلتها مركبات ستانيلينات (stannylenes (R2Sn وثنائي الستانيلينات (R4Sn2) والتي تخضع إلى تفاعلات غير نمطية.[20]

الكيمياء التحليلية[عدل]

اختبار الإضاءة.

يمكن الكشف عن أملاح القصدير نوعياً في اختبار كيميائي يعرف باسم اختبار الإضاءة. في هذا الاختبار يضاف إلى محلول العينة حمض الهيدروكلوريك بتركيز حوالي 20%، ثم يضاف مسحوق الزنك، حيث يتحرر غاز الهيدروجين. تعمل ذرات الهيدروجين الناشئة والوليدة حديثاً على اختزال جزء من القصدير إلى الستانان SnH4. عند تعريض أنبوب الاختبار في حجرة مظلمة إلى لهب موقد بنسن غير مضيء يظهر وميض فلوري أزرق في المحلول عند احتوائه على القصدير بسبب تشكل SnH4.[21] بعض الآراء الأخرى تعزو الوميض إلى كلوريد القصدير الثنائي SnCl2.[22]

يستخدم قياس الاستقطابية كأسلوب للتحليل الكمي للقصدير.[23] أما عند وجود كميات نزرة فيمكن استخدام طرق المطيافية الذرية، والتي يمكن أن يصل فيها حد الكشف عند استخدام أسلوب مطيافية الامتصاص الذري إلى 0.2 ميكروغرام/ل عند استخدام تقنية أنبوب الغرافيت؛ أما عند استخدام تقنية الهيدريد، والتي تتطلب إضافة بورهيدريد الصوديوم ليتشكل الستانان الغازي، الذي يتفكك عند درجة حرارة حوالي 1000 °س إلى عناصره الأولية، والتي يعطي حينها القصدير خط طيفي مميز بفضل وجود مصباح المهبط المجوف، فيكون حد الكشف عندئذ 0.5 ميكروغرام/ل.[24]

الاستخدامات[عدل]

في سنة 2006 كان حوالي نصف القصدير المنتج عالمياً يستخدم من أجل تطبيقات لحام القصدير، في حين أن الباقي يتوزع ما بين عملية القصدرة وإنتاج مركبات القصدير أو سبائكه بالإضافة إلى تطبيقات ثانوية أخرى.[25]

بكرة من أسلاك قصدير خالية من الرصاص تستخدم في اللحام.

لحام القصدير[عدل]

يعد لحام القصدير أكثر التطبيقات واسعة الانتشار التي تستهلك هذا الفلز. يشكل القصدير مزيجاً أصهرياً مع الرصاص عند النسبة 63% قصدير و 37% رصاص، والتي عادة ما تكون مسبوكة على شكل أسلاك لغرض اللحام، وخاصة في مجال الدارات الكهربائية.

منذ تفعيل العمل بالتوجيهات المتعلقة بالنفايات الكهربائية والتجهيزات الإلكترونية (WEEE) والحد من المواد الخطرة في الأول من تموز/يوليو 2006 في الاتحاد الأوروبي انخفض تركيز الرصاص في هذه السبائك، مما أدى بالتالي إلى ضرورة البحث عن بدائل مناسبة، ولكن ذلك الأمر لم يخل من مصاعب ومشاكل تقنية،[26] من بينها ارتفاع نقطة الانصهار، وتشكل ما يعرف باسم أسلاك التماس، بالإضافة إلى حدوث ظاهرة توبؤ القصدير (أو هشيم القصدير) التي تؤدي إلى انقطاع الوصلات الملحومة. من بين البدائل المقترحة سبيكة من القصدير (+95%) والنحاس (0.5%) والفضة (3.0%).[27]

القصدرة[عدل]

يرتبط القصدير بشكل سريع ووثيق على سطوح العديد من الفلزات، فهو يستخدم في قصدرة الحديد والرصاص والزنك للحد من التآكل. يعرف المعدن الناتج بالاسم الشائع الصفيح أو التنك، وينتشر استخدام العبوات المصتوعة منه في مجال حفظ الأغذية، ويشكل هذا التطبيق شريحة واسعة من الطلب على القصدير الفلزي في السوق. يستخدم الصفيح المقصدر في صناعة العديد من الأغراض والأجهزة، ومنها صفارة القصدير، التي سميت بهذا الاسم لأنها صنعت أول مرة من صفائح فولاذ مقصدر.[28][29]

صنع السبائك[عدل]

صحن مصنوع من سبيكة البيوتر.
عبوة الصفيح من الداخل

يشكل القصدير طيفاً واسعاً من السبائك ذات التطبيقات المهمة، وذلك مع عدد من الفلزات أكثرها شيوعاً النحاس. من بين تلك السبائك الحاوية على نسبة مرتفعة من القصدير سبيكة البيوتر وهي حوالي 85–99% قصدير،[30] وكذلك النوع الخاص منها المعروف باسم معدن بريطانيا؛ بالإضافة إلى سبيكة بابت.[31][32]

يشكل القصدير حوالي 12% من سبيكة البرونز، التي أغلبها من النحاس، كما تستخدم السبائك من النحاس والقصدير (22%) في صناعة الأجراس. ومن السبائك الحاوية على القصدير والمسماة حسب مكتشفيها كل من سبيكة فيلد (إثمد: 32.5%، إنديوم: 51%، قصدير: 16.5%)، وسبيكة وود (إثمد: 50%، رصاص: 26.7%، قصدير: 13.3%، كادميوم: 10%)، وسبيكة روز (إثمد: 50%، رصاص: 25–28%، قصدير: 22–25%)؛ بالإضافة إلى سبيكة غالينستان التجارية المسماة حسب العناصر المكونة لها (غاليوم: 68%، إنديوم: 22%، قصدير: 10%). لسبيكة القصدير مع الجرمانيوم أهمية تطبيقية في مجال هندسة الإلكترونيات الدقيقة لصناعة ترانزستورات موسفت؛[33][34] وفي مجال الكهرضوئيات لتوليد الليزر،[35][36][37] وصمامات LED.[38][39] ومن العناصر التي يستطيع القصدير تشكيل وسبائك ومركبات بين فلزية ذات تطبيقات مهمة أيضاً كل من السيليكون في مجال أشباه الموصلات،[40] والنيوبيوم في مجال الموصلية الفائقة.[41]

استخدم القصدير سابقاً في تركيب سبائك النقود، فعلى سبيل المثال استعمل فيما مضى في سبك البنسات الأمريكية،[42] والكندية.[43] تدخل نسبة صغيرة من القصدير في تركيب سبائك الزركونيوم المستخدمة في الوقود النووي.[44] يستخدم القصدير والرصاص بنسبة تصل إلى 50/50 في تصنيع الأنانبيب المعدنية في الأرغن ذو الأنابيب، ومن ضمن الميزات التي يحصل نتيجة ذلك المظهر والتأثير على الأداء ومقاومة التآكل.[45][46]

تطبيقات أخرى[عدل]

تعد الأشغال اليدوية على صفائح الفولاذ المقصدر من التقنيات واسعة الانتشار في الأعمال الفنية، ويحصل في النهاية على نماذج مدقوقة أو مخروزة لأغراض الديكور، ومن أمثلة ذلك صنع الفوانيس التقليدية وغيرها من المشغولات اليدوية.[47] كما يستعمل القصدير في تحضير الزجاج الطافي في عملية تسمى عملية بيلكينغتون.[48]

يدخل القصدير في تصنيع أقطاب بعض أنواع بطاريات ليثيوم-أيون، مع العلم أن توجه السطح البلوري له دور في كفاءة عمل البطارية.[49]

لمركبات القصدير، العضوية واللاعضوية منها، العديد من التطبيقات. فيضاف فلوريد القصدير الثنائي مثلاً إلى مستحضرات العناية بالأسنان، ووجد أن له فعالية أكبر من فلوريد الصوديوم في ضبط حالة التهاب اللثة.[50] لمركبات القصدير العضوية استعمالات واسعة الانتشار، حيث يقدر أن يتجاوز الإنتاج العالمي منها 50 ألف طن.[51] تستخدم مركبات القصدير العضوية في تحضير مثبتات بوليمير PVC (بولي فاينيل كلوريد)، حيث يعمل القصدير على التقاط وتجميع أيونات الكلوريد، مما يمنع من فقدان HCl من البنية البوليميرية.[52] كما تستخدم تلك المركبات عموماً في تحضير المبيدات على اختلاف أنواعها؛[52] ويستخدم أكسيد ثلاثي بوتيل القصدير في حفظ الخشب؛[53] وكانت تستخدم في صيانة السفن، قبل أن تمنع لكونها من الملوثات العضوية الثابتة ولتأثيرها السلبي على الأحياء المائية.[52][54]

احتياطات الأمان[عدل]

لا يعد القصدير بحد ذاته فلز ساماً، حيث لا توجد حالات مسجلة للتسمم بالقصدير أو أكاسيده أو أحد أملاحه اللاعضوية؛ بالمقابل فإن لبعض مركبات القصدير العضوية المحددة سمّية مقاربة لسمية السيانيد.[17]

حددت إدارة السلامة والصحة المهنية الأمريكية (OSHA) الحد المسموح للتعرّض للقصدير الفلزي في مكان العمل بمقدار 2 مغ/م3 خلال ثمان ساعات عمل؛ وهو نفس المقدار الذي حدده المعهد الوطني للسلامة والصحة المهنية الأمريكي كحدٍّ موص ً به؛ أما عند مستويات تفوق 100 مغ/م3 فيكون القصدير الفلزي ذا خطورة فورية للحياة أو الصحة.[55]

الملاحظات[عدل]


المراجع[عدل]

  1. ^ Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition, CRC press.
  2. ^ Walker، Phil (1994). "Doubly Magic Discovery of Tin-100". Physics World. 7 (June). 
  3. ^ Audi، Georges؛ Bersillon، O.؛ Blachot، J.؛ Wapstra، A. H. (2003). "The NUBASE Evaluation of Nuclear and Decay Properties". Nuclear Physics A. Atomic Mass Data Center. 729: 3–128. Bibcode:2003NuPhA.729....3A. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. 
  4. ^ Cameron، A. G. W. (1973). "Abundance of the Elements in the Solar System" (PDF). Space Science Reviews. 15: 121–146. Bibcode:1973SSRv...15..121C. doi:10.1007/BF00172440. 
  5. ^ "Interactive NMR Frequency Map". تمت أرشفته من الأصل في 2011-06-04. اطلع عليه بتاريخ 2009-05-05. 
  6. ^ أ ب ت Holleman، Arnold F.؛ Wiberg، Egon؛ Wiberg، Nils (1985). "Tin". Lehrbuch der Anorganischen Chemie (باللغة German) (الطبعة 91–100). Walter de Gruyter. صفحات 793–800. ISBN 3-11-007511-3. 
  7. ^ Ink with tin nanoparticles could print future circuit boards, Physorg, April 12, 2011; Jo، Yun Hwan؛ Jung، Inyu؛ Choi، Chung Seok؛ Kim، Inyoung؛ Lee، Hyuck Mo (2011). "Synthesis and characterization of low temperature Sn nanoparticles for the fabrication of highly conductive ink". Nanotechnology. 22 (22): 225701. Bibcode:2011Nanot..22v5701J. PMID 21454937. doi:10.1088/0957-4484/22/22/225701. 
  8. ^ Molodets، A. M.؛ Nabatov, S. S. (2000). "Thermodynamic Potentials, Diagram of State, and Phase Transitions of Tin on Shock Compression". High Temperature. 38 (5): 715–721. doi:10.1007/BF02755923. 
  9. ^ Le Coureur، Penny؛ Burreson, Jay (2004). Napoleon's Buttons: 17 Molecules that Changed History. New York: Penguin Group USA. , a persistent legend that probably has no background in real events. Öhrström، Lars (2013). The Last Alchemist in Paris. Oxford: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-966109-1.  Cotton، Simon (2014). "Book review: The last alchemist in Paris". Chemistry World. http://rsc.li/CW_140501
  10. ^ Schwartz، Mel (2002). "Tin and Alloys, Properties". Encyclopedia of Materials, Parts and Finishes (الطبعة 2nd). CRC Press. ISBN 1-56676-661-3. 
  11. ^ Craig، Bruce D.؛ Anderson، David S.؛ International، A. S. M. (January 1995). Handbook of corrosion data. صفحة 126. ISBN 978-0-87170-518-1. 
  12. ^ J. M. Leger؛ J. Haines؛ A. Atouf (1996). "The high pressure behaviour of the cotunnite and post-cotunnite phases of PbCl2 and SnCl2". J. Phys. Chem. Solids. 57 (1): 7–16. Bibcode:1996JPCS...57....7L. doi:10.1016/0022-3697(95)00060-7. 
  13. ^ أ ب Holleman، Arnold Frederik؛ Wiberg، Egon (2001)، المحرر: Wiberg، Nils، Inorganic Chemistry، تمت الترجمة بواسطة Eagleson، Mary؛ Brewer، William، San Diego/Berlin: Academic Press/De Gruyter، ISBN 0-12-352651-5 
  14. ^ Greenwood، Norman N.؛ Earnshaw، Alan (1997). Chemistry of the Elements (الطبعة الثانية). Butterworth-Heinemann. ISBN 0-08-037941-9. 
  15. ^ Inorganic & Theoretical chemistry, F. Sherwood Taylor, Heineman, 6th Edition (1942)
  16. ^ Elschenbroich, C. "Organometallics" (2006) Wiley-VCH: Weinheim. (ردمك 978-3-527-29390-2 )
  17. ^ أ ب ت Graf, G. G. (2000) "Tin, Tin Alloys, and Tin Compounds" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2005 Wiley-VCH, Weinheim doi:10.1002/14356007.a27_049
  18. ^ Sander H.L. Thoonen؛ Berth-Jan Deelman؛ Gerard van Koten (2004). "Synthetic aspects of tetraorganotins and organotin(IV) halides" (PDF). Journal of Organometallic Chemistry (689): 2145–2157. 
  19. ^ Gaur، D. P.؛ Srivastava، G.؛ Mehrotra، R. C. (1973). "Organic Derivatives of Tin. III. Reactions of Trialkyltin Ethoxide with Alkanolamines". Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. 398: 72. doi:10.1002/zaac.19733980109. 
  20. ^ Peng، Yang؛ Ellis، Bobby D.؛ Wang، Xinping؛ Fettinger، James C.؛ Power، P. P. (2009). "Reversible Reactions of Ethylene with Distannynes Under Ambient Conditions". Science. 325 (5948): 1668–1670. Bibcode:2009Sci...325.1668P. PMID 19779193. doi:10.1126/science.1176443. 
  21. ^ Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
  22. ^ Gerhart Jander, Ewald Blasius: Lehrbuch der analytischen und präparativen anorganischen Chemie. 2006, ISBN 3-7776-1388-6, S. 499.
  23. ^ J. Heyrovský, J. Kůta: Grundlagen der Polarographie. Akademie-Verlag, Berlin 1965, S. 516.
  24. ^ K. Cammann (Hrsg.): Instrumentelle Analytische Chemie. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg/ Berlin 2001, S. 4–47.(بالألمانية)
  25. ^ "Tin Use Survey 2007". ITRI. تمت أرشفته من الأصل في 2008-12-07. اطلع عليه بتاريخ 2008-11-21. 
  26. ^ Black, Harvey (2005). "Getting the Lead Out of Electronics". Environmental Health Perspectives. 113 (10): A682–5. PMC 1281311Freely accessible. PMID 16203230. doi:10.1289/ehp.113-a682. 
  27. ^ Sawamura، Tadashi؛ Igarashi، Takeo (2005-06-29). "Difference Between Various Sn/Ag/Cu Solder Compositions" (PDF). Almit Ltd. اطلع عليه بتاريخ 2016-08-24. 
  28. ^ Control، Tin Under (1945). Tin Under Control. صفحات 10–15. ISBN 978-0-8047-2136-3. 
  29. ^ Panel On Tin, National Research Council (U.S.). Committee on Technical Aspects of Critical and Strategic Materials (1970). Trends in the use of tin. صفحات 10–22. 
  30. ^ Hull، Charles (1992). Pewter. Osprey Publishing. صفحات 1–5. ISBN 978-0-7478-0152-8. 
  31. ^ Brakes, James (2009). "Introduction". Analysis of Babbit. BiblioBazaar, LLC. صفحات 1–2. ISBN 978-1-110-11092-6. 
  32. ^ Williams, Robert S. (2007). Principles of Metallography. Read books. صفحات 46–47. ISBN 978-1-4067-4671-6. 
  33. ^ Loo R, Vincent B, Gencarelli F, Merckling C, Kumar A, Eneman G, Witters L, Vandervorst W, Caymax M, Heyns M and Thean A 2013 Ge1-xSnx Materials: Challenges and Applications ECS J. Solid State Sci. Technol. 2 N35–40
  34. ^ Vincent B, Shimura Y, Takeuchi S, Nishimura T, Eneman G, Firrincieli a., Demeulemeester J, Vantomme a., Clarysse T, Nakatsuka O, Zaima S, Dekoster J, Caymax M and Loo R 2011 Characterization of GeSn materials for future Ge pMOSFETs source/drain stressors Microelectron. Eng. 88 342–6
  35. ^ Gallagher J D, Senaratne C L, Kouvetakis J and Menéndez J 2014 Compositional dependence of the bowing parameter for the direct and indirect band gaps in Ge1−ySny alloys Appl. Phys. Lett. 105 142102
  36. ^ Scientists construct the first germanium-tin semiconductor laser for silicon chips: http://phys.org/news/2015-01-scientists-germanium-tin-semiconductor-laser-silicon.html
  37. ^ The Germanium-Tin Laser: Answer to the On-Chip Data Bottleneck?: http://spectrum.ieee.org/tech-talk/semiconductors/optoelectronics/germaniumtin-laser-for-optical-interconnects
  38. ^ Gallagher J D, Senaratne C L, Sims P, Aoki T, Menéndez J and Kouvetakis J 2015 Electroluminescence from GeSn heterostructure pin diodes at the indirect to direct transition Appl. Phys. Lett. 106 091103
  39. ^ Senaratne C L, Wallace P M, Gallagher J D, Sims P E, Kouvetakis J and Menéndez J 2016 Direct gap Ge1-ySny alloys: Fabrication and design of mid-IR photodiodes J. Appl. Phys. 120 025701
  40. ^ Jensen، Rasmus V S؛ Pedersen, Thomas G؛ Larsen, Arne N (31 August 2011). "Quasiparticle electronic and optical properties of the Si–Sn system". Journal of Physics: Condensed Matter. 23 (34): 345501. doi:10.1088/0953-8984/23/34/345501. 
  41. ^ Matthias، B. T.؛ Geballe, T. H.؛ Geller, S.؛ Corenzwit, E. (1954). "Superconductivity of Nb3Sn". Physical Review. 95 (6): 1435–1435. doi:10.1103/PhysRev.95.1435. 
  42. ^ "The Composition of the Cent". US Mint. اطلع عليه بتاريخ 2011-10-28. 
  43. ^ "Composition of canadian coins" (PDF). Canadian Mint. اطلع عليه بتاريخ 2011-10-28. 
  44. ^ Campbell، Flake C. (2008). "Zirconium". Elements of Metallurgy and Engineering Alloys. صفحة 597. ISBN 978-0-87170-867-0. 
  45. ^ Robert Palmieri, المحرر (2006). "Pipe Metal". Encyclopedia of keyboard instruments. New York: Garland. صفحة 411. ISBN 978-0-415-94174-7. 
  46. ^ George Ashdown Audsley (1988). "Metal Pipes: And the Materials used in their Construction". The Art of Organ Building Audsley, George Ashdown. Courier Dover Publications. صفحة 501. ISBN 978-0-486-21315-6. 
  47. ^ Bridge، Janet (September 1996). Making & decorating picture frames. ISBN 978-0-89134-739-2. 
  48. ^ Pilkington، L. A. B. (1969). "Review Lecture. The Float Glass Process.". Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences. 314 (1516): 1–25. Bibcode:1969RSPSA.314....1P. JSTOR 2416528. doi:10.1098/rspa.1969.0212. 
  49. ^ Lucas، Ivan T.؛ Syzdek، Jarosław؛ Kostecki، Robert (2011). "Interfacial processes at single-crystal β-Sn electrodes in organic carbonate electrolytes". Electrochemistry Communications. 13 (11): 1271–1275. doi:10.1016/j.elecom.2011.08.026. 
  50. ^ Perlich، M. A.؛ Bacca، L. A.؛ Bollmer، B. W.؛ Lanzalaco، A. C.؛ McClanahan، S. F.؛ Sewak، L. K.؛ Beiswanger، B. B.؛ Eichold، W. A.؛ Hull، J. R.؛ وآخرون. (1995). "The clinical effect of a stabilized stannous fluoride dentifrice on plaque formation, gingivitis and gingival bleeding: a six-month study". The Journal of Clinical Dentistry. 6 (Special Issue): 54–58. PMID 8593194. 
  51. ^ Ebdon، L.؛ Britain)، Royal Society of Chemistry (Great (2001). "Organotin in Industrial and Domestic Products". Trace element speciation for environment, food and health. صفحة 144. ISBN 978-0-85404-459-7. 
  52. ^ أ ب ت Atkins, Peter؛ Shriver, Duward F.؛ Overton, Tina & Rourke, Jonathan (2006). Inorganic chemistry (الطبعة 4th). W.H. Freeman. صفحات 343, 345. ISBN 0-7167-4878-9. 
  53. ^ David N.-S. Hon؛ Nobuo Shiraishi, المحررون (2001). "Preservation of Wood". Wood and cellulosic chemistry. New York, NY: Dekker. صفحة 799. ISBN 978-0-8247-0024-9. 
  54. ^ Eisler، Ronald. "Tin Hazards To Fish, Wildlife, and Invertebrates: A Synoptic Review" (PDF). U.S. Fish and Wildlife Service Patuxent Wildlife Research Center. 
  55. ^ "CDC - NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards - Tin". www.cdc.gov. اطلع عليه بتاريخ 2015-11-24.