هر عنصر شیمیایی سیستم تناوبی و مواد ساده و پیچیده تشکیل شده توسط آن منحصر به فرد است. آنها ویژگی های منحصر به فردی دارند و بسیاری از آنها به طور غیرقابل انکاری سهم قابل توجهی در زندگی و وجود انسان دارند. عنصر شیمیایی قلع نیز از این قاعده مستثنی نیست.
آشنایی مردم با این فلز به دوران باستان برمی گردد. این عنصر شیمیایی نقش تعیین کننده ای در توسعه تمدن بشری داشته و تا به امروز از خواص قلع استفاده زیادی می شود.
قلع در تاریخ
نخستین اشاره به این فلز، که همانطور که قبلاً مردم معتقد بودند، حتی دارای برخی خواص جادویی است، در متون کتاب مقدس یافت می شود. قلع نقش تعیین کننده ای در بهبود زندگی در عصر برنز داشت. در آن زمان بادوام ترین آلیاژ فلزی که یک فرد در اختیار داشت برنز بود که با افزودن عنصر شیمیایی قلع به مس می توان آن را به دست آورد. برای چندین قرن، همه چیز از این ماده ساخته شده است، از ابزار گرفته تا جواهرات.
بعد از کشف خواص آهن، آلیاژ قلع دیگر مورد استفاده قرار نگرفت، البته در همان مقیاس استفاده نمی شود، اما برنز و همچنین بسیاری از آلیاژهای دیگر آن به طور فعال استفاده می شود. گرفتارامروزه فردی در صنعت، فناوری و پزشکی همراه با املاح این فلز مانند کلرید قلع که از برهمکنش قلع با کلر به دست می آید، این مایع در دمای 112 درجه سانتیگراد می جوشد، به خوبی در آب حل می شود، هیدرات های کریستالی تشکیل می دهد و در هوا سیگار می کشد.
موقعیت عنصر در جدول تناوبی
عنصر شیمیایی قلع (نام لاتین stannum - "stannum"، نوشته شده با نماد Sn) دیمیتری ایوانوویچ مندلیف به درستی در رتبه پنجاه، در دوره پنجم قرار گرفت. دارای تعدادی ایزوتوپ است که رایج ترین ایزوتوپ 120 می باشد.این فلز نیز در زیرگروه اصلی گروه ششم به همراه کربن، سیلیکون، ژرمانیوم و فلروویوم قرار دارد. مکان آن خواص آمفوتریک را پیش‌بینی می‌کند، قلع دارای ویژگی‌های اسیدی و بازی یکسان است که در ادامه با جزئیات بیشتر توضیح داده خواهد شد.
جدول تناوبی همچنین جرم اتمی قلع را نشان می دهد که 118.69 است. پیکربندی الکترونیکی 5s25p2 است. مواد پیچیده به فلز اجازه می‌دهد تا حالت‌های اکسیداسیون +2 و +4 را نشان دهد و دو الکترون را فقط از زیرسطح p یا چهار الکترون از s- و p- رها کند و کل سطح بیرونی را کاملاً خالی کند.
ویژگی الکترونیکی عنصر
مطابق با عدد اتمی، فضای دور هسته ای اتم قلع حاوی پنجاه الکترون است، آنها در پنج سطح قرار دارند که به نوبه خود به تعدادی زیرسطح تقسیم می شوند. دو مورد اول فقط دارای زیرسطح های s و p هستند و از سومین مرحله شروع، تقسیم سه گانه وجود دارد.به s-، p-، d-.
بیایید سطح الکترونیکی خارجی را در نظر بگیریم، زیرا ساختار آن و پر شدن با الکترون است که فعالیت شیمیایی اتم را تعیین می کند. در حالت تحریک نشده، عنصر ظرفیتی برابر با دو نشان می‌دهد؛ در هنگام تحریک، یک الکترون از زیرسطح s به جای خالی در زیرسطح p می‌رود (حداکثر می‌تواند شامل سه الکترون جفت نشده باشد). در این مورد، قلع دارای ظرفیت و حالت اکسیداسیون - 4 است، زیرا هیچ الکترون جفتی وجود ندارد، به این معنی که هیچ چیز آنها را در سطوح فرعی در فرآیند برهمکنش شیمیایی نگه نمی‌دارد.
ماده ساده فلز و خواص آن
قلع ماده ساده فلزی نقره‌ای رنگ است که از گروه ذوب‌پذیرها است. این فلز نرم است و تغییر شکل نسبتاً آسانی دارد. تعدادی ویژگی ذاتی در فلزی مانند قلع است. دمای زیر 13.2 درجه سانتیگراد مرز انتقال تغییر فلز قلع به پودر است که با تغییر رنگ از سفید نقره ای به خاکستری و کاهش چگالی ماده همراه است. قلع در 231.9 درجه ذوب می شود و در 2270 درجه سانتیگراد می جوشد. ساختار چهار ضلعی کریستالی قلع سفید، خرد شدن مشخصه فلز را در هنگام خم شدن و حرارت دادن آن در نقطه عطف با مالیدن کریستال‌های ماده به یکدیگر توضیح می‌دهد. قلع خاکستری یک همگامی مکعبی دارد.
خواص شیمیایی قلع دارای جوهره دوگانه است، در هر دو واکنش اسیدی و بازی وارد می شود و آمفوتریسم را نشان می دهد. این فلز با قلیاها و همچنین اسیدهایی مانند سولفوریک ونیتریک، هنگام واکنش با هالوژن فعال است.
آلیاژهای قلع
چرا آلیاژهای آنها با درصد مشخصی از اجزای تشکیل دهنده بیشتر به جای فلزات خالص استفاده می شود؟ واقعیت این است که آلیاژ دارای خواصی است که یک فلز منفرد ندارد، یا این خواص بسیار قوی تر است (به عنوان مثال، هدایت الکتریکی، مقاومت در برابر خوردگی، غیرفعال شدن یا فعال شدن ویژگی های فیزیکی و شیمیایی فلزات، در صورت لزوم و غیره).. قلع (عکس نمونه ای از فلز خالص را نشان می دهد) بخشی از بسیاری از آلیاژها است. می توان از آن به عنوان یک ماده افزودنی یا پایه استفاده کرد.
امروزه تعداد زیادی از آلیاژهای فلزی مانند قلع شناخته شده است (قیمت آنها بسیار متفاوت است)، بیایید محبوب ترین و پرکاربردترین آنها را در نظر بگیریم (استفاده از آلیاژهای خاص در بخش مربوطه مورد بحث قرار خواهد گرفت.). به طور کلی، آلیاژهای فولاد دارای ویژگی های زیر هستند: شکل پذیری بالا، نقطه ذوب پایین، سختی و استحکام پایین.
چند نمونه از آلیاژها
- آلیاژی از قلع و سرب با برخی مواد افزودنی آلیاژی (آنتیموان، مس، کادمیوم، روی، نقره، ایندیم) به اصطلاح قلع برای لحیم کاری است، درصد فولاد موجود در آن باید 51-49 یا 59 باشد. -61 درصد استحکام باند تضمین می‌کند که قلع با سطوح فلزی به هم چسبیده یک محلول جامد تشکیل می‌دهد.
- گارت آلیاژی از قلع، سرب وآنتیموان اساس جوهر چاپ است (به همین دلیل است که برای جلوگیری از غلظت نامطلوب این فلزات، بسته بندی مواد غذایی در روزنامه توصیه نمی شود).
- Babbit - آلیاژی از قلع، سرب، مس و آنتیموان - با اصطکاک کم و مقاومت در برابر سایش بالا مشخص می شود.
- آلیاژ ایندیم-قلع ماده ای با ذوب کم است که با خاصیت نسوز، مقاومت در برابر خوردگی و استحکام قابل توجه مشخص می شود.
مهمترین ترکیبات طبیعی
قلع تعدادی ترکیب طبیعی - سنگ معدن را تشکیل می دهد. این فلز 24 ترکیب معدنی را تشکیل می دهد که مهمترین آنها برای صنعت اکسید قلع - کاسیتریت و همچنین قاب - Cu2FeSnS4 است. قلع در پوسته زمین پراکنده است و ترکیبات تشکیل شده توسط آن منشاء مغناطیسی دارند. این صنعت همچنین از نمک های پلیول و سیلیکات های قلع استفاده می کند.
قلع و بدن انسان
عنصر شیمیایی قلع از نظر محتوای کمی در بدن انسان یک عنصر ریز است. تجمع اصلی آن در بافت استخوانی است، جایی که محتوای طبیعی فلز به رشد به موقع آن و عملکرد کلی سیستم اسکلتی عضلانی کمک می کند. علاوه بر استخوان‌ها، قلع در دستگاه گوارش، ریه‌ها، کلیه‌ها و قلب متمرکز است.
توجه به این نکته ضروری است که تجمع بیش از حد این فلز می تواند منجر به مسمومیت عمومی بدن شود و قرار گرفتن در معرض طولانی مدت حتی می تواند منجر به جهش های نامطلوب ژنی شود. اخیراً این مشکل کاملاً مرتبط است ، زیرا وضعیت اکولوژیکی محیط زیست استمحیط چیزهای زیادی برای دلخواه باقی می گذارد. احتمال مسمومیت با قلع در بین ساکنان کلان شهرها و مناطق نزدیک به مناطق صنعتی وجود دارد. اغلب، مسمومیت از طریق تجمع نمک های قلع در ریه ها، به عنوان مثال، مانند کلرید قلع و غیره رخ می دهد. در عین حال، کمبود ریزمغذی ها می تواند باعث کندی رشد، ریزش شنوایی و ریزش مو شود.
برنامه
فلز به صورت تجاری در بسیاری از کارخانه ها و شرکت های ذوب در دسترس است. این ماده به شکل شمش، میله، سیم، سیلندر، آند ساخته شده از یک ماده ساده و خالص مانند قلع تولید می شود. قیمت از 900 تا 3000 روبل در هر کیلوگرم متغیر است.
قلع خالص به ندرت استفاده می شود. از آلیاژها و ترکیبات آن عمدتاً استفاده می شود - نمک. قلع لحیم کاری در مورد قطعات بست که در معرض دماهای بالا و بارهای مکانیکی قوی قرار نمی گیرند، از آلیاژهای مس، فولاد، مس استفاده می شود، اما برای قطعات ساخته شده از آلومینیوم یا آلیاژهای آن توصیه نمی شود. خواص و خصوصیات آلیاژهای قلع در بخش مربوطه توضیح داده شده است.
لحیم کاری برای لحیم کاری میکرو مدارها استفاده می شود، در این شرایط آلیاژهای مبتنی بر فلزی مانند قلع نیز ایده آل هستند. عکس روند اعمال یک آلیاژ قلع سرب را نشان می دهد. با آن می توانید کارهای بسیار ظریفی را انجام دهید.
به دلیل مقاومت بالای قلع در برابر خوردگی، از آن برای ساخت آهن قلع (قلع) - قوطی برای محصولات غذایی استفاده می شود. در پزشکی، به ویژه در دندانپزشکی، از قلع استفاده می شودانجام پرکردن دندان خطوط لوله خانه با قلع پوشیده شده است، بلبرینگ ها از آلیاژهای آن ساخته شده اند. سهم این ماده در مهندسی برق نیز بسیار ارزشمند است.
محلول های آبی نمک های قلع مانند فلوروبورات ها، سولفات ها و کلریدها به عنوان الکترولیت استفاده می شوند. اکسید قلع لعاب سرامیک است. به نظر می رسد با وارد کردن مشتقات مختلف قلع به مواد پلاستیکی و مصنوعی، اشتعال پذیری آنها و انتشار بخارهای مضر کاهش یابد.
