إثمد (Sb) — العنصر 51: الخصائص والحقائق

Q: ما التوزيع الإلكتروني لـ إثمد؟

التوزيع الإلكتروني للحالة الأرضية لـإثمد هو [Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p³، ويشغل 5 مستويات من مستويات الطاقة بتوزيع 2, 8, 18, 18, 5. يحتوي غلافه الخارجي على 5 إلكتروناتٍ، وهذا ما يحدد سلوكه في الترابط.

البنية

ذرة إثمد

ليس مخططًا لنقاط على حلقات — بل عينة مونتِ كارلو من كثافة الاحتمال الفعلية |ψ|² لكل غلاف فرعي مشغول. اسحب للتدوير. يشير الأزرق والبنفسجي إلى الإشارتين المتعاكستين لدالة الموجة، وهذا ما يجعل الترابط ممكنًا.

سحابة المدار

الأغلفة الفرعية — اختر واحدًا لعرضه

الإلكترونات في كل غلاف

n=1 2
n=2 8
n=3 18
n=4 18
n=5 5

يحتوي إثمد على 5 أغلفة مشغولة تضم 51 إلكترونًا في المجموع. ويضم الغلاف الخارجي 5، وهي الإلكترونات التي تُجري التفاعلات الكيميائية.

البروتونات: 51
الإلكترونات: 51
النيوترونات (النظير الأكثر شيوعًا): 71
حالات الأكسدة: -3, +3, +5

القيم المقاسة

ورقة الخصائص

يوضح كل شريط موضع إثمد بين جميع العناصر الـ118 بالنسبة إلى تلك الخاصية.

الفيزيائية

الكثافة 6.697 g/cm³ 38%

نقطة الانصهار 903.8 K 37%

نقطة الغليان 1860 K 42%

الحرارة النوعية 0.207 J/g·K

الموصلية الحرارية 24.3 W/m·K 52%

الذرية

نصف القطر الذري 139 pm 30%

نصف القطر التساهمي 139 pm

نصف قطر فان دير فالس 206 pm

الإلكترونية

الكهروسلبية 2.05 73%

طاقة التأين 833.6 kJ/mol 73%

الألفة الإلكترونية 101.3 kJ/mol 68%

الوجود

الوفرة في القشرة 0.2 mg/kg 44%

الهوية

الرمزSb

العدد الذري51

الكتلة الذرية121.76 u

الفئةشبه فلز

المستوى الفرعيp

البنية البلوريةمعيني الوجوه

حالات الأكسدة-3, +3, +5

سنة الاكتشافancient

اكتشفهمعروف منذ العصور القديمة

المصادر: الأوزان الذرية القياسية لـ IUPAC لعام 2021 · دليل CRC للكيمياء والفيزياء · NIST. القيم المعلّمة بـ ~ متوقعة وليست مقاسة.

الحجم، وفق المقياس

ما حجم ذرة إثمد؟

نصف القطر 139 pm — أي 0.139 nm، ولذلك فإن نحو 3.6 مليون ذرة منها متجاورة ستغطي ملليمترًا واحدًا.

المدى الحراري

صلب، سائل، غاز — ومتى

يكون إثمد سائلًا ضمن مجال 956 K، من 904 K إلى 1860 K.

موضعه

موضعه في الجدول

تقع إثمد في الدورة 5، والمجموعة 15. تشترك جميع العناصر في المجموعة 15 في العدد نفسه من الإلكترونات الخارجية، ولذلك تتصرف بطريقة متشابهة جدًا.

عناصر أشباه الفلزات الأخرى

5B 14Si 32Ge 33As 52Te 85At

جميع عناصر أشباه الفلزات

القصة

ماهيّة إثمد وكيف اكتشفناه

شبه فلز هش استُخدم منذ العصور القديمة كمستحضر تجميلي للعين، ويُستخدم الآن مثبطًا للهب.

اكتشاف إثمد

من سر جمال قديم إلى عنصر حديث

الأصول المصرية القديمة (3000 BCE)

تبدأ قصة الإثمد بطقوس الجمال القديمة. فقد استخدمت الملكات المصريات، ومن بينهن كليوباترا، الأنتيمونيت المطحون (كبريتيد الإثمد) بوصفه "كحلاً" - زينة سوداء لافتة للعين كانت تحمي أيضاً من التهابات العين والوهج المنعكس من شمس الصحراء.

"كانت عيناها محددتين بالكحل المصنوع من الأنتيمونيت، مما منحها نظرة قادرة على إخضاع إمبراطوريات." - وصف قديم لجمال المرأة المصرية

الخيمياء في العصور الوسطى

سمّى الخيميائيون في العصور الوسطى الإثمد "ذئب الفلزات" لأنه بدا وكأنه "يلتهم" الفلزات الأخرى عند تسخينها معاً. وكان الرمز ♁ يمثل الإثمد في النصوص الخيميائية، وكان الممارسون يعتقدون أنه يمتلك قوى التحويل.

اكتشاف الراهب الغامض

نحو عام 1450، كتب راهب بندكتي ألماني يُدعى Basil Valentine (وربما كان اسماً مستعاراً) بإسهاب عن الإثمد في مخطوطته "The Triumphal Chariot of Antimony." وقد وصف طرق استخراج الإثمد المعدني وتطبيقاته الطبية، مع أن علاجاته كانت سامة في كثير من الأحيان.

الالتباس مع الفلزات النبيلة

لعدة قرون، اختلط الإثمد بالرصاص والقصدير. ويأتي الاسم من اليونانية "anti-monos" التي تعني "ليس منفرداً" لأنه نادراً ما وُجد في صورة نقية. وقد سمّاه الخيميائيون العرب "الإثمد"، ثم حُرّف الاسم لاحقاً إلى "antimony".

الاعتراف العلمي

Nicolas Lémery (1707) كان أول من ميّز بوضوح الإثمد بوصفه عنصراً مستقلاً في مؤلفه الكيميائي. وأثبت أن الإثمد يمكن عزله في صورة فلز هش فضي اللون ذي خصائص فريدة تختلف عن الرصاص أو القصدير.

تطبيقات الثورة الصناعية

كشفت الثورة الصناعية عن الإمكانات الحقيقية للإثمد:

1780s: أحدثت سبائك معدن الطباعة للمطابع ثورة في النشر
1840s: استخدام الإثمد في أعواد الثقاب الاحتكاكية وكبسولات القدح
1860s: استخدام معدن بريتانيا (سبيكة الإثمد والقصدير) في القطع الزخرفية
1890s: تطوير شبكات بطاريات الرصاص والإثمد للسيارات الأولى

ثورة مثبطات اللهب في القرن 20

اكتشاف خمسينيات القرن 20: اكتشف العلماء أن ثالث أكسيد الإثمد يعزز بدرجة كبيرة خصائص مقاومة اللهب للمركبات المهلجنة. وأدى هذا الاختراق إلى أهم تطبيق حديث للإثمد، وهو إنقاذ أرواح لا تُحصى من خلال الوقاية من الحرائق.

الفهم الحديث

نفهم الإثمد اليوم بوصفه شبه فلز ذا خصائص فريدة:

التوزيع الإلكتروني: [Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p³
التآصل: يوجد في أشكال بلورية متعددة
خصائص أشباه الموصلات: يُستخدم في الإلكترونيات الحديثة وكاشفات الأشعة تحت الحمراء

رحلة مذهلة: من زينة عيني كليوباترا إلى السلامة الحديثة من الحرائق، تُظهر رحلة الإثمد الممتدة 5,000 عام كيف يمكن للمواد القديمة أن تجد أغراضاً جديدة ثورية من خلال الفهم العلمي!

الاستخدامات

استخدامات إثمد

السلامة من الحرائق ومثبطات اللهب

ثالث أكسيد الإثمد (Sb₂O₃) هو أهم عامل تآزري لمثبطات اللهب في العالم، ويُستخدم في أكثر من 60% من استهلاك الإثمد العالمي. يعمل من خلال إطلاق هاليدات الإثمد التي تتداخل مع كيمياء الاحتراق، فتحمي كل شيء، من ملابس نوم الأطفال إلى الأجزاء الداخلية للطائرات.

صناعة السيارات

بطانات المكابح: يوفر كبريتيد الإثمد مادة احتكاك ذات أداء ثابت عند درجات الحرارة المرتفعة
شبكات البطاريات: توفر سبائك الرصاص والإثمد (2-6% Sb) في بطاريات السيارات متانة ميكانيكية ومقاومة للتآكل
سبائك المحامل: معادن بابيت من الإثمد والقصدير والنحاس لمحامل المحركات الشاقة
اللحام: يُستخدم الإثمد في اللحامات الخالية من الرصاص للإلكترونيات automotive

الزجاج والسيراميك

تنقية الزجاج: يزيل ثالث أكسيد الإثمد الفقاعات ويحسن الصفاء في إنتاج الزجاج عالي الجودة
عامل إزالة اللون: يعادل الصبغات الصفراء والخضراء الناتجة عن شوائب الحديد في الزجاج
عامل التعتيم: يُنتج زجاجاً أبيض معتماً وطلاءات زجاجية للسيراميك
شاشات التلفاز: تُستخدم مركبات الإثمد في زجاج أنابيب الأشعة المهبطية للحماية من الإشعاع

المنسوجات والبلاستيك

إنتاج البوليستر: تمكّن محفزات الإثمد (ثالث أكسيد الإثمد) من بلمرة بولي إيثيلين تيرفثالات (PET)
الأقمشة المقاومة للهب: تُستخدم مركبات الإثمد في السجاد ومواد التنجيد والملابس الواقية
إضافات البلاستيك: يُجمع ثالث أكسيد الإثمد مع المركبات المهلجنة في PVC الصلب والبلاستيك المتصلد حرارياً

الأصباغ والدهانات

الأصفر النابولي: يُنتج أنتمونات الرصاص هذا الصباغ الفني التاريخي المستخدم منذ العصور القديمة
دهانات التمويه: تقلل مركبات الإثمد الانعكاس بالأشعة تحت الحمراء للاستخدامات العسكرية
طلاءات السيراميك: يُنتج الإثمد ألواناً صفراء وبيضاء في الفخار والبلاط

الإلكترونيات وأشباه الموصلات

تشويب أشباه الموصلات: يُستخدم الإثمد فائق النقاء كمشوب من النوع n في السيليكون والجرمانيوم
الأجهزة الكهروحرارية: تُستخدم سبائك البزموت والإثمد في أنظمة تبريد بيلتييه
كاشفات الأشعة تحت الحمراء: يُستخدم أنتمونيد الإنديوم (InSb) في التطبيقات العسكرية والعلمية
الثنائيات: تُستخدم مركبات الإثمد في الثنائيات النفقية وأجهزة الموجات الدقيقة

الجيش والدفاع

الذخيرة التتبعية: تُنتج مركبات الإثمد مسارات مرئية للرصاص
تركيبات القدح: يُستخدم ثالث كبريتيد الإثمد في كبسولات الإشعال وقداحات الأسلحة الصغيرة
اختراق الدروع: يقسي الإثمد نوى الرصاص في المقذوفات الخارقة للدروع

التطبيقات الصيدلانية

الأدوية المضادة للطفيليات: تعالج مركبات الإثمد داء الليشمانيات وداء البلهارسيا
الطب البيطري: يُستخدم طرطرات بوتاسيوم الإثمد لعلاج بعض طفيليات الحيوانات

الإثمد في الحياة اليومية

السلامة من الحرائق في منزلك

المراتب: مثبطات لهب قائمة على الإثمد في الرغوة وأغطية الأقمشة
السجاد والبسط: يمنع ثالث أكسيد الإثمد الانتشار السريع للحرائق في أثاث المنزل
ملابس الأطفال: تستخدم ملابس النوم المقاومة للهب مركبات الإثمد من أجل السلامة
مواد التنجيد: تُعالج الأرائك والكراسي والستائر بمثبطات حرائق قائمة على الإثمد
أغلفة الأجهزة الإلكترونية: تحتوي هياكل أجهزة التلفاز والحواسيب والأجهزة المنزلية على الإثمد للسلامة من الحرائق

مركبتك

بطارية السيارة: توفر شبكات الرصاص والإثمد البنية والعمر الطويل
بطانات المكابح: توقف مادة الاحتكاك المصنوعة من كبريتيد الإثمد سيارتك بأمان
المكونات الداخلية: تحتوي مواد لوحة القيادة وأقمشة المقاعد على مثبطات اللهب
الأنظمة الإلكترونية: يُستخدم الإثمد في وصلات اللحام ومكونات أشباه الموصلات

حاويات الطعام والشراب

الزجاجات البلاستيكية: تُستخدم محفزات الإثمد في إنتاج زجاجات PET (زجاجات المياه والمشروبات الغازية)
تغليف الطعام: تُصنع الأغشية والحاويات المصنوعة من البوليستر باستخدام محفزات الإثمد
حاويات الميكروويف: غالباً ما تحتوي أنواع البلاستيك المقاومة للحرارة على مركبات الإثمد

الملابس والمنسوجات

ملابس البوليستر: يُصنع تقريباً كل نسيج البوليستر باستخدام محفزات الإثمد
الطبقة الخلفية للسجاد: يُستخدم الإثمد في ألياف السجاد الاصطناعية ومواد الطبقة الخلفية
المعدات الرياضية: يُستخدم الإثمد في الملابس والمعدات الرياضية المقاومة للهب

مواد البناء

العزل: عزل رغوي معالج بالإثمد للامتثال لمتطلبات السلامة من الحرائق
الأسلاك الكهربائية: يُستخدم الإثمد في طلاءات أسلاك PVC لمقاومة اللهب
مواد الأسقف: تُستخدم مركبات الإثمد في أغشية الأسقف الاصطناعية

الإلكترونيات الاستهلاكية

لوحات الدارات: يُستخدم الإثمد في ركائز PCB المقاومة للهب
أغلفة الكابلات: أغطية بلاستيكية معالجة بالإثمد على الكابلات الكهربائية
هياكل الأجهزة: مثبطات حرائق من الإثمد في أغطية الهواتف والحواسيب

الإثمد الخفي: تتعامل مع الإثمد عشرات المرات يومياً دون أن تعرف ذلك، من قميص البوليستر الذي ترتديه إلى بطانات مكابح سيارتك وزجاجة المياه الخاصة بك. إنه أحد أكثر عناصر الكيمياء خفاءً، لكنه عنصر أساسي!

مصدره

الوجود الطبيعي

0.2 mg/kg من القشرة الأرضية · أوفر من 44% من العناصر

التوزيع العالمي للإثمد

المعدن الأساسي: الأنتيمونيت

الأنتيمونيت (Sb₂S₃) يحتوي على 71.4% من الإثمد، ويكوّن بلورات رمادية معدنية مميزة ذات انفصام كامل. عرفت الحضارات القديمة الأنتيمونيت باسم "الكحل" لاستخدامه في زينة العين، من دون أن تدرك أنها كانت تستخدم كبريتيد الإثمد.

أبرز الرواسب العالمية

الصين: تهيمن على 60% من الإنتاج العالمي، ولا سيما من مكمن شيكوانغشان في مقاطعة هونان، وهو أكبر منجم للإثمد في العالم
روسيا: رواسب مهمة في سيبيريا، ولا سيما مكمن ساريلخاخسكوي
طاجيكستان: يحتوي حزام زرافشان للذهب والإثمد على رواسب كبيرة من الأنتيمونيت
ميانمار: منطقة تاريخية لتعدين الإثمد ذات عروق غنية بالأنتيمونيت
بوليفيا: رواسب مرتفعة الارتفاع في جبال الأنديز، غالباً ما ترتبط بالقصدير والفضة
تركيا: مصدر أوروبي مهم يضم عدة مناجم نشطة للإثمد

التكوّن الجيولوجي

تتكوّن رواسب الإثمد من خلال العمليات الحرارية المائية عند درجات حرارة منخفضة نسبياً (150-300°C). يتركز العنصر في:

العروق الحرارية السطحية: رواسب قريبة من السطح تكوّنت بفعل الينابيع الحارة والنشاط الحراري الأرضي
رواسب الإحلال: معادن الإثمد التي تحل محل الحجر الجيري وغيره من الصخور الكربوناتية
الرواسب متعددة الفلزات: توجد غالباً مع الذهب والفضة والزئبق والزرنيخ
رواسب الينابيع الحارة: ترسب حديث للإثمد في المناطق الحرارية الأرضية النشطة

المعادن المصاحبة

ستبيكونيت (Sb₂O₄): أكسيد إثمد أصفر ناتج عن تجوية الأنتيمونيت
فالنتينيت (Sb₂O₃): أكسيد إثمد أبيض في المناطق المؤكسدة
سرفانتيت (Sb₂O₄): ناتج أكسدة يتراوح لونه من الأصفر إلى البني
الإثمد الأصلي: إثمد معدني نادر في بعض الرواسب
تتراهيدريت: كبريتيد النحاس والإثمد، أو "خام النحاس الرمادي"

الوفرة والندرة

يحتل الإثمد المرتبة 63 بين أكثر العناصر وفرة في القشرة الأرضية، بتركيز يبلغ تقريباً 0.2 ppm، مما يجعله أندر من القصدير وأكثر وفرة من الفضة. ويتطلب تركّزه ظروفاً جيولوجية محددة، ولذلك فإن الرواسب الاقتصادية غير شائعة.

المصادر الثانوية

إعادة تدوير بطاريات الرصاص: استرداد كبير للإثمد من بطاريات السيارات القديمة
إعادة تدوير مثبطات اللهب: استرداد الإثمد من النفايات الإلكترونية
إعادة تدوير معادن المحامل: استرداد الإثمد من الآلات الصناعية

رؤية جيولوجية: تعني قابلية الإثمد للتكوّن قرب الأنظمة الحرارية الأرضية النشطة أن كثيراً من رواسبه توجد في المناطق البركانية، مما يربط هذا العنصر القديم بالعمليات الجيولوجية المستمرة على الأرض!

التعامل

السلامة

ملف سلامة الإثمد

فلز سام - تعامل معه بحذر

الإثمد ومركباته سامة وتتطلب تعاملاً حذراً. وعلى خلاف القصدير، يسبب الإثمد مخاطر صحية كبيرة عن طريق الاستنشاق والابتلاع وملامسة الجلد. وتختلف السمية بدرجة كبيرة بين مركبات الإثمد المختلفة.

مخاطر الجهاز التنفسي

التعرض الحاد: يسبب غبار الإثمد وأبخرته تغبر الرئة ("رئة الإثمد")
الآثار المزمنة: يؤدي الاستنشاق الطويل الأمد إلى تهيج الجهاز التنفسي وتندب الرئتين
الحد المهني: حد OSHA البالغ 0.5 mg/m³ لهواء مكان العمل
معدات الحماية: تُلزم أجهزة التنفس في البيئات الصناعية

الآثار الصحية الجهازية

القلب والأوعية الدموية: تؤثر الجرعات العالية في نظم القلب وضغط الدم
الجهاز الهضمي: الغثيان والقيء والإسهال الناتجة عن التعرض الحاد
آثار الجلد: "بقع الإثمد" - آفات جلدية بثرية ناتجة عن التلامس
التكاثر: تؤثر بعض مركبات الإثمد في الخصوبة والنمو

السلامة في مكان العمل

ضوابط هندسية: تهوية موضعية للعادم عند معالجة الإثمد
الحماية الشخصية: قفازات ونظارات واقية وأجهزة تنفس مناسبة
ممارسات النظافة: غسل اليدين جيداً وارتداء ملابس عمل منفصلة
المراقبة الطبية: مراقبة صحية منتظمة للعمال المعرّضين

السلامة البيئية وسلامة المستهلك

مياه الشرب: الحد الأقصى الذي تحدده EPA هو 6 ppb من الإثمد في مياه الشرب
زجاجات PET: انتقال كميات ضئيلة من الإثمد من الزجاجات البلاستيكية آمن عموماً
ملامسة الطعام: تكون مستويات الإثمد في الطعام منخفضة جداً عادةً
النفايات الإلكترونية: يمنع التخلص السليم منها تلوث الإثمد

مخاطر الحرائق والمواد الكيميائية

غاز الستيبين (SbH₃): غاز هيدريد الإثمد شديد السمية
نواتج الاحتراق: يطلق احتراق مركبات الإثمد أبخرة سامة
التفاعلية الكيميائية: بعض مركبات الإثمد عوامل مؤكسدة

الاستجابة للطوارئ

الاستنشاق: انقل المصاب إلى هواء نقي واطلب عناية طبية فورية
ملامسة الجلد: اغسل جيداً بالماء والصابون
ملامسة العين: اغسل بالماء لمدة 15 دقيقة واطلب الرعاية الطبية
الابتلاع: لا تحفّز القيء واتصل بمركز مكافحة السموم

مهم: بينما يشكل الإثمد الموجود في المنتجات الاستهلاكية (مثبطات اللهب وزجاجات PET) خطراً ضئيلاً، يتطلب الإثمد الصناعي بروتوكولات سلامة صارمة. اتبع دائماً إرشادات MSDS عند العمل مع مركبات الإثمد.

إجابات سريعة

أسئلة شائعة عن إثمد

ما هو إثمد؟

إثمد (رمزه Sb) هو العنصر 51 في الجدول الدوري، وينتمي إلى شبه فلز في الدورة 5 والمجموعة 15. شبه فلز هش استُخدم منذ العصور القديمة كمستحضر تجميلي للعين، ويُستخدم الآن مثبطًا للهب. في درجة حرارة الغرفة، يكون صلباً.

ما التوزيع الإلكتروني لـ إثمد؟

التوزيع الإلكتروني للحالة الأرضية لـإثمد هو [Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p³، ويشغل 5 مستويات من مستويات الطاقة بتوزيع 2, 8, 18, 18, 5. يحتوي غلافه الخارجي على 5 إلكتروناتٍ، وهذا ما يحدد سلوكه في الترابط.

ما نقطتا انصهار وغليان إثمد؟

ينصهر إثمد عند 903.8 K (630.6 °C) ويغلي عند 1860 K (1586.9 °C).

ما الكتلة الذرية لـ إثمد؟

تبلغ الكتلة الذرية القياسية لـ إثمد ‏121.76 u. وهذا متوسط موزون لنظائره الموجودة طبيعياً، ولذلك نادراً ما يكون عدداً صحيحاً.

ما كثافة إثمد؟

تبلغ كثافة إثمد مقدار 6.697 g/cm³. تبلغ كثافة الماء 1.0 g/cm³، لذا تكون كتلة من إثمد أثقل بنحو 6.7×.

ما الكهروسلبية لـ إثمد؟

تبلغ كهروسلبية إثمد وفق مقياس باولنغ 2.05. ويتراوح المقياس من 0.70 (الفرانسيوم، الأقل ميلاً إلى جذب الإلكترونات) إلى 3.98 (الفلور، الأكثر ميلاً). تميل القيم ضمن هذا النطاق المتوسط إلى تكوين روابط تساهمية بدلًا من الروابط الأيونية القوية.

من اكتشف إثمد ومتى؟

عُرف إثمد منذ العصور القديمة — فهو يوجد في صورة يمكن استخدامها دون صهر، لذلك لا يمكن نسب اكتشافه إلى شخص واحد. يأتي الاسم من anti + monos باليونانية؛ الرمز من stibium.

ما مدى وفرة إثمد على الأرض؟

يشكّل إثمد حوالي 0.2 mg/kg من قشرة الأرض — وهو نادر فعلًا، ولذلك فهو باهظ الثمن.

→ السابق Sn قصدير العنصر 50 · فلز بعد انتقالي التالي ← Te تيلوريوم العنصر 52 · شبه فلز