القصدير

مصادر القصدير

القصدير نادر نسبياً ، حيث يمثل نسبة جزءين في المليون من قشرة الأرض ، وفقًا للمسح الجيولوجي الأمريكي. يتم استخراج القصدير من الخامات المختلفة ، وخاصة عن Cassiterite (SnO2). طريق تقليل خام الأكسيد بالفحم في الفرن.

تم العثور على القليل جدا من القصدير في الولايات المتحدة ، والكثير منها في ألاسكا وكاليفورنيا. وفقًا لمختبر لوس ألاموس الوطني ، يتم إنتاج المعدن بشكل رئيسي في الملايو وبوليفيا وإندونيسيا وزائير وتايلاند ونيجيريا.

استخدامات القصدير

ربما كان أهم استخدام للقصدير ، تاريخيا ، هو صناعة البرونز - سبيكة من النحاس والقصدير أو معادن أخرى - غيرت الحضارة من خلال الدخول في العصر البرونزي. بدأ الناس يصنعون الأدوات البرونزية أو يتاجرون بها في أوقات مختلفة ، اعتمادًا على الجغرافيا ، ولكن من المسلم به عمومًا أن العصر البرونزي بدأ في حوالي عام 3300 قبل الميلاد. في الشرق الأدنى.

بعض الحقائق

العدد الذري (عدد البروتونات في النواة): 50
الرمز الذري (في الجدول الدوري للعناصر): Sn
الوزن الذري (متوسط ​​كتلة الذرة): 118.710
الكثافة: 7.287 جرام لكل سنتيمتر مكعب
المرحلة في درجة حرارة الغرفة: الصلبة
درجة انصهار: 449.47 درجة فهرنهايت (231.93 درجة مئوية)
درجة الغليان: 4،715 فهرنهايت (2،602 درجة مئوية)
عدد النظائر (ذرات من نفس العنصر مع عدد مختلف من النيوترونات): 51 ، 8 مستقرة
النظائر الأكثر شيوعًا: Sn-112 (الوفرة الطبيعية 0.97 بالمائة) ، Sn-114 (0.66 بالمائة) ، Sn-115 (0.34 بالمائة) ، Sn-116 (14.54 بالمائة) ، Sn-117 (7.68 بالمائة) ، Sn-118 ( 24.22 بالمائة ، Sn-119 (8.59 بالمائة) ، Sn-120 (32.58 بالمائة) ، Sn-122 (4.63 بالمائة) و ​​Sn-124 (5.79 بالمائة)

تاريخيا

يعود استخدام القصدير في البرونز إلى حوالي 5000 عام. كما ظهر أحيانًا في السجل الأثري بمفرده. وراء البرونز ، كان أكبر مساهمة من القصدير للبشرية ربما العلبة المتواضعة. يمكن أن يكون للجذور أصولها في المشكلة الدائمة المتمثلة في كيفية إطعام جيش أثناء الحركة. وفقًا لمعهد تصنيع العلب (نعم ، حتى العلب تمتلك منظمة تجارية) ، قدم نابليون بونابرت مكافأة في عام 1795 لأي شخص يمكنه التوصل إلى وسيلة للحفاظ على الطعام للاستخدام العسكري. في عام 1810 ، فاز الطاهي الفرنسي نيكولاس أبيرت بالجائزة البالغة 12000 فرنك من خلال اختراع التعليب - عملية ختم الطعام أو الشراب في وعاء أو زجاجة باستخدام الماء المغلي.

هذا الاكتشاف مهد الطريق لاختراع القصدير و بعد عام واحد فقط. في عام 1810 ، حصل التاجر البريطاني بيتر دوراند على براءة اختراع لاستخدامه الصلب المغطى بالقصدير. القصدير يقاوم التآكل ، مما يجعله غطاءًا مثاليًا للصلب الرخيص نسبيًا.

انتهى ذروة القصدير في منتصف القرن العشرين ، عندما قدمت شركة Coors Brewery أول علبة ألمنيوم. أرخص وأخف وزنا وقابلة لإعادة التدوير ، الألومنيوم تجاوز بسرعة القصدير والصلب.

لكن القصدير لا يزال يستخدم. القصدير بالإضافة إلى عنصر النيوبيوم يجعل المعدن فائقة التوصيل المستخدمة في الأسلاك. يتم استخدام سبيكة القصدير / الرصاص لصنع اللحام. يتم خلط النحاس والمعادن الأخرى مع القصدير لجعل البيوتر ، الذي كان في السابق معدنًا شائعًا لأدوات المائدة. ويحصل زجاج النوافذ على سطحه الأملس الناعم من قالب من القصدير المنصهر ، وهي طريقة تسمى عملية بيلكينغتون.

هل تعلم

• تلك التماثيل الذهبية لأوسكار ليست من الذهب الخالص. انها تتكون من حوالي 92٪ من الصفيح (الباقي من النحاس والأنتيمون).
• عندما ينحني القصدير في درجة حرارة الغرفة ، فإنه يصدر صوتًا عالي النغمة يعرف باسم "صفيح القصدير" ، والذي يسببه تشوه بلورات القصدير.
• أقل من 13 درجة مئوية ، يتحول القصدير إلى شكل يسمى "alpha-tin". هذا القصدير الرمادي الداكن هو allotrope ، شكل مختلف من العنصر. ألفا تين هو أشباه الموصلات ، ولكن من الصعب صنعه.

البحث العلمي

في الآونة الأخيرة ، أصبح الباحثون في مجال التكنولوجيا متحمسين للجرافين ، وهي طبقة من ذرة واحدة من الكربون أصعب من الماس ومطاط مثل المطاط. من الممكن تمامًا أن يأتي التقدم التكنولوجي التالي مثل الجرافين من قصدير متواضع.

الباحثون هم من جامعة ستانفورد ، وقد اخترع مختبر تسريع SLAC التابع لوزارة الطاقة طبقة واحدة من ذرة واحدة من القصدير يسمونها ستانين.

ستانين خاص لأنه أول مادة قادرة على توصيل الكهرباء بكفاءة 100٪ في درجة حرارة الغرفة. تحافظ إضافة عدد قليل من ذرات الفلور على هذه الكفاءة حتى درجات الحرارة التي تعمل عندها شرائح الكمبيوتر - ما يصل إلى حوالي 212 فهرنهايت (100 درجة مئوية).

وقال يونج شو الباحث في الفيزياء بجامعة تسينغهوا في بكين لصحيفة لايف ساينس "وفقًا لقانون مور ، تضاعف عدد الترانزستورات في دائرة متكاملة كثيفة كل عامين تقريبًا". "ونتيجة لذلك ، تزداد كثافة طاقة الدوائر المتكاملة بشكل كبير ، مما يؤدي إلى مشاكل خطيرة في استهلاك الطاقة وتبديد الحرارة."

عرف شو وفريقه ، بمن فيهم الفيزيائي شوشينغ تشانغ في ستانفورد ، أنهم بحاجة إلى عنصر ثقيل بخصائص ما يسمى بـ "عازل طوبولوجي". عازل الطوبولوجي هو مادة تقوم بتوصيل الكهرباء على سطحها ، ولكنها لا تقوم بتوصيل الكهرباء من الداخل.

وقال شو "إن العديد من العوازل الطوبولوجية ملفقة بعناصر ثقيلة من بينها الزئبق والبزموت والأنتيمون والتيلوريوم والسيلينيوم". "لم يكن أي منهم موصلًا مثاليًا للكهرباء في درجة حرارة الغرفة."

لم تتم دراسة القصدير لهذا الغرض من قبل. ولكن وجد شو وزملاؤه أنه عندما يتم ترتيب ذرات القصدير في طبقة واحدة من قرص العسل ، تتغير خصائص العناصر. لقد أصبح موصلًا مثاليًا للكهرباء في درجة حرارة الغرفة ، مع عدم فقد إلكترون طائش واحد ، وفقًا لما ذكره الباحثون في نوفمبر 2014.

وبالتالي ، يجب أن تنتج الإلكترونيات المصنوعة من مادة الستان حرارة أقل وتُسحب طاقة أقل من نظيراتها السيليكونية.

صنع شو وزملاؤه القصدير أحادي الطبقة بعملية تسمى الحزمة الشعاعية الجزيئية ، والتي تتكثف من النسخ الغازية للعنصر في طبقة رقيقة داخل الفراغ. وقال شو إنها عملية صعبة تتطلب درجات حرارة دقيقة وسرعة نمو الطبقة لضمان تركيبها الذري. يأمل الفريق في تطوير طرق أرخص وأسهل لصنع مادة الاستانين في المستقبل.

وقال شو "إن الخطوة التالية هي استنباط عينات ستانينية عالية الجودة على نطاق واسع ، ثم استخدام المواد لإجراء البحوث الأساسية والتطبيقات العملية".

المصدر: livescience.com