قصدير (Sn) — العنصر 50: الخصائص والحقائق

Q: ما التوزيع الإلكتروني لـ قصدير؟

التوزيع الإلكتروني للحالة الأرضية لـقصدير هو [Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p²، ويشغل 5 مستويات من مستويات الطاقة بتوزيع 2, 8, 18, 18, 4. يحتوي غلافه الخارجي على 4 إلكتروناتٍ، وهذا ما يحدد سلوكه في الترابط.

البنية

ذرة قصدير

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 4

يحتوي قصدير على 5 أغلفة مشغولة تضم 50 إلكترونًا في المجموع. ويضم الغلاف الخارجي 4، وهي الإلكترونات التي تُجري التفاعلات الكيميائية.

البروتونات: 50
الإلكترونات: 50
النيوترونات (النظير الأكثر شيوعًا): 69
حالات الأكسدة: -4, -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4

القيم المقاسة

ورقة الخصائص

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

الفيزيائية

الكثافة 7.265 g/cm³ 47%

نقطة الانصهار 505.1 K 25%

نقطة الغليان 2875 K 57%

الحرارة النوعية 0.228 J/g·K

الموصلية الحرارية 66.8 W/m·K 72%

الذرية

نصف القطر الذري 140 pm 34%

نصف القطر التساهمي 139 pm

نصف قطر فان دير فالس 217 pm

الإلكترونية

الكهروسلبية 1.96 67%

طاقة التأين 708.2 kJ/mol 51%

الألفة الإلكترونية 107.1 kJ/mol 72%

الوجود

الوفرة في القشرة 2.3 mg/kg 58%

الهوية

الرمزSn

العدد الذري50

الكتلة الذرية118.71 u

الفئةفلز بعد انتقالي

المستوى الفرعيp

البنية البلوريةرباعي الزوايا

حالات الأكسدة-4, -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4

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 قصدير؟

نصف القطر 140 pm — أي 0.14 nm، ولذلك فإن نحو 3.57 مليون ذرة منها متجاورة ستغطي ملليمترًا واحدًا.

المدى الحراري

صلب، سائل، غاز — ومتى

يكون قصدير سائلًا ضمن مجال 2370 K، من 505 K إلى 2875 K.

موضعه

موضعه في الجدول

تقع قصدير في الدورة 5، والمجموعة 14. تشترك جميع العناصر في المجموعة 14 في العدد نفسه من الإلكترونات الخارجية، ولذلك تتصرف بطريقة متشابهة جدًا.

عناصر الفلزات بعد الانتقالية الأخرى

13Al 31Ga 49In 81Tl 82Pb 83Bi 84Po 113Nh 114Fl 115Mc 116Lv

جميع عناصر الفلزات بعد الانتقالية

القصة

ماهيّة قصدير وكيف اكتشفناه

النصف الآخر من البرونز: حوّل القصدير العصر الحجري إلى العصر البرونزي.

اكتشاف قصدير

الاكتشاف القديم - فجر علم التعدين

البدايات ما قبل التاريخ (3200 BCE)

يسبق اكتشاف القصدير التاريخ المدون، إذ ظهر خلال أولى تجارب البشرية في علم التعدين. وتُظهر الأدلة الأثرية من تركيا وإيران والبلقان قطعاً برونزية من القصدير يعود تاريخها إلى 3200 BCE، مما يشير إلى انتقال البشرية من العصر الحجري إلى العصر البرونزي.

ثورة العصر البرونزي

اكتشف علماء التعدين القدماء أن إضافة 10-12% قصدير إلى النحاس تنتج البرونز، الذي كان أصلب وأكثر متانة وأسهل في الصب من النحاس النقي. وكان هذا الاكتشاف تحويلياً إلى درجة أنه حدد حقبة كاملة من حضارة الإنسان استمرت أكثر من 2,000 عام.

"كان أول من مزج القصدير بالنحاس، فابتكر البرونز الذي فاق كلا الفلزين في المنفعة." - كتابات يونانية قديمة عن علم التعدين المبكر

تجارة القصدير لدى الفينيقيين

أصبح الفينيقيون تجاراً بارعين للقصدير نحو 1200 BCE، فأقاموا طرقاً تجارية من كورنوال في إنجلترا ("الكاسيتيريدس" أو "جزر القصدير") إلى البحر المتوسط. وكانت سفنهم المصبوغة بالأرجوان تحمل قصديـراً ثميناً يساوي وزنه من الفضة.

الإمبراطورية الرومانية والقصدير

سمّى الرومان القصدير "plumbum album" (الرصاص الأبيض) واستغلوا مناجم القصدير البريطانية بكثافة. وأصبحت كورنوال المصدر الأساسي للقصدير في الإمبراطورية الرومانية، مع عمليات تعدين معقدة شملت التعدين الهيدروليكي وتقنيات صهر متقدمة.

الفهم العلمي

حدّد أنطوان لافوازييه (1789) القصدير لأول مرة على نحو صحيح بوصفه عنصراً كيميائياً في عمله الرائد "عناصر الكيمياء". وقد ميّزه عن الفلزات الأخرى وأثبت مكانه في الفهم الناشئ للعناصر الكيميائية.

أثر الثورة الصناعية

حوّلت الثورة الصناعية القصدير من مادة فاخرة إلى ضرورة صناعية:

1810: اخترع بيتر دوران علبة القصدير لحفظ الطعام
1820s: طُوّرت عملية القصدرة بالغمس الساخن لطلاء القصدير على نطاق واسع
1876: أحدثت أول آلة لتصنيع علب القصدير ثورة في تغليف الطعام

الاكتشاف الحديث للرواسب

شكّلت اكتشافات القصدير الكبرى الاقتصاد العالمي:

1850s: اكتُشفت رواسب قصدير ضخمة في ماليزيا وإندونيسيا
1870s: اكتُشفت مناجم القصدير البوليفية على ارتفاعات عالية
1980s: حُددت احتياطيات القصدير الصينية بوصفها الأكبر في العالم

الأثر التاريخي: أتاح اكتشاف القصدير وإتقان استخدامه مباشرةً صعود الحضارات القديمة، من الأدوات البرونزية المصرية إلى المعدات العسكرية الرومانية. ولم يكن لاكتشاف أي فلز آخر أثر بالغ مماثل في التطور التقني للبشرية!

الاستخدامات

استخدامات قصدير

التطبيقات الصناعية

ثورة طلاء القصدير: أشهر استخدامات القصدير هي في الفولاذ المطلي بالقصدير لعلب الطعام، إذ يحمي أكثر من 300 مليار علبة حول العالم سنوياً. ويمنع طلاء القصدير الرقيق التآكل ويحافظ على سلامة الطعام لسنوات، مما أحدث ثورة في حفظ الأغذية والتجارة العالمية.

الإلكترونيات واللحام

تعتمد الإلكترونيات الحديثة على سبائك اللحام القائمة على القصدير، ولا سيما سبائك SAC (القصدير-الفضة-النحاس) المستخدمة في اللحام الخالي من الرصاص. ويحتوي كل هاتف ذكي وحاسوب وجهاز إلكتروني على مئات وصلات اللحام بالقصدير التي تربط المكونات بلوحات الدارات.

تصنيع السبائك

إنتاج البرونز: يحول القصدير النحاس إلى برونز (8-12% قصدير)، منتجاً السبيكة التي حددت حقبة كاملة من حضارة الإنسان
صناعة البيوتر: بيوتر عالي المحتوى من القصدير (85-99% قصدير) للعناصر الزخرفية والتحف التاريخية
سبائك المحامل: معدن بابيت المحتوي على 80-90% قصدير لمحامل المحركات منخفضة الاحتكاك
معدن الطباعة: سبائك القصدير والرصاص لقوالب الطباعة وآلات اللينوتيب

التطبيقات الكيميائية

مركبات القصدير العضوية: تُستخدم محفزاتٍ في إنتاج رغوة البولي يوريثان، ومثبتاتٍ لـ PVC، وكانت تُستخدم سابقاً كعوامل مانعة للتراكم الحيوي البحري (وهي الآن مقيدة بسبب المخاوف البيئية).

صناعة الزجاج

عملية الزجاج العائم: يطفو الزجاج المنصهر فوق أحواض من القصدير المنصهر لإنشاء صفائح مستوية تماماً للنوافذ والمرايا، منتجاً أكثر من 95% من الزجاج المسطح في العالم.

الطلاءات الواقية

توفر طلاءات القصدير مقاومة للتآكل للفولاذ في البيئات القاسية، بدءاً من معدات تجهيز الأغذية وصولاً إلى التطبيقات البحرية. ويُعدّ القصدرة بالغمس الساخن والطلاء الكهربائي طريقتي التطبيق الأساسيتين.

التطبيقات اليومية

الطعام والمطبخ

علب القصدير: حماية مليارات المنتجات الغذائية حول العالم، من الحساء إلى طعام الحيوانات الأليفة
قوالب الخَبز: قوالب نحاسية مبطنة بالقصدير للخبز الاحترافي وصناعة الحلويات
الطلاءات الآمنة غذائياً: بطانات العلب الداخلية التي تمنع الطعم المعدني والتلوث
أدوات مائدة البيوتر: أطباق وأكواب وقطع تقديم للمناسبات الخاصة

الإلكترونيات

وصلات اللحام: ربط المكونات الإلكترونية في الهواتف والحواسيب والأجهزة
لوحات الدارات: طلاء مسارات النحاس بالقصدير للحماية من الأكسدة
أطراف المكونات: طلاء دبابيس المكونات الإلكترونية بالقصدير لتسهيل اللحام

البناء والأدوات

مواد التسقيف: فولاذ مطلي بسبيكة تِرني للتسقيف المتين المقاوم للعوامل الجوية
لحام السباكة: سبائك لحام قائمة على القصدير وخالية من الرصاص لوصلات أنابيب المياه
العناصر الزخرفية: لافتات من القصدير وإعلانات عتيقة وقطع من الفن الشعبي

السيارات

محامل المحركات: معدن بابيت قائم على القصدير لتشغيل سلس منخفض الاحتكاك
طلاءات خزانات الوقود: الحماية من التآكل لتخزين البنزين والديزل
الأنظمة الإلكترونية: وصلات اللحام في إلكترونيات السيارات وأجهزة الاستشعار

الفنون والحِرف

صناعة البيوتر: مجوهرات مصنوعة يدوياً وأشياء زخرفية ومقتنيات
الزجاج المعشق: شرائط من القصدير والرصاص لوصل قطع الزجاج في النوافذ الفنية
صناعة النماذج: جنود من القصدير ومجسمات وصبّ للهواة

هل تعلم؟ لا تشير عبارة "أذن من القصدير" إلى القصدير الفعلي، بل تأتي من الصوت المعدني المسطح للأوعية الرخيصة المصنوعة من القصدير مقارنةً بالسيراميك أو الفضة عالية الجودة!

مصدره

الوجود الطبيعي

2.3 mg/kg من القشرة الأرضية · أوفر من 58% من العناصر

التوزيع العالمي

المعدن الأساسي: الكاسيتريت

الكاسيتريت (SnO₂) هو تقريباً المصدر التجاري الوحيد للقصدير، إذ يحتوي على ما يصل إلى 78.8% قصدير من حيث الوزن. ويكوّن هذا المعدن الثقيل اللامع بلورات مميزة بنية إلى سوداء، وغالباً ما يوجد في بيئات مرتبطة بالغرانيت.

أهم الرواسب حول العالم

الصين: تنتج 40% من قصدير العالم، ولا سيما من منطقة جيجو في مقاطعة يونان، المعروفة باسم "عاصمة القصدير في العالم"
إندونيسيا: تحتوي جزيرتا بانغكا وبليتونغ على رواسب قصدير غرينية واسعة
ميانمار (بورما): مصدر تاريخي ذو رواسب غنية من الكاسيتريت في التكوينات الغرانيتية
بوليفيا: مناجم عالية الارتفاع في جبال الأنديز، ولا سيما حول أورورو
بيرو: إنتاج مهم للقصدير من منطقة الأنديز
البرازيل: تنتج ولاية روندونيا القصدير من رواسب الصخور الصلبة والرواسب الغرينية

التكوين الجيولوجي

تتكون رواسب القصدير من خلال العمليات الحرارية المائية عندما ترسب السوائل الحاملة للقصدير، القادمة من تداخلات الغرانيت المتبردة، الكاسيتريت في الصخور المحيطة. وغالباً ما توجد هذه الرواسب في:

الغريزن: غرانيت متغير يحتوي على الكوارتز والميكا والكاسيتريت
رواسب السكارن: مناطق تحول تماسي حول تداخلات الغرانيت
الرواسب الغرينية: كاسيتريت متجوى ومتركز في حصى الأنهار
أنظمة العروق: كاسيتريت في عروق الكوارتز التي تخترق الغرانيت

التعدين الغريني

يأتي جزء كبير من قصدير العالم من الرواسب الغرينية حيث ركز التجوية الكاسيتريت في حصى الأنهار والرواسب الساحلية. وقد قامت صناعة تعدين القصدير التاريخية في ماليزيا على مثل هذه الرواسب.

الوفرة والندرة

يحتل القصدير المرتبة 47 من حيث أكثر العناصر وفرة في القشرة الأرضية، بتركيز يقارب 2.3 ppm، مما يجعله أندر من الرصاص وأكثر شيوعاً من الفضة. ويتطلب تركّزه في الرواسب الاقتصادية ظروفاً جيولوجية محددة، مما يجعل مناجم القصدير نادرة نسبياً على مستوى العالم.

منظور كوني: يتكون القصدير من خلال التخليق النووي النجمي في النجوم الضخمة، ويتناثر في الفضاء أثناء انفجارات المستعرات العظمى، ثم يندمج في نهاية المطاف في أنظمة كوكبية جديدة.

التعامل

السلامة

ملف سلامة القصدير

فلز آمن عموماً

يُعدّ القصدير الفلزي غير سام وآمناً لتطبيقات ملامسة الطعام. وتوافق إدارة الغذاء والدواء FDA على الحاويات المطلية بالقصدير لتخزين الطعام، كما استُخدم القصدير بأمان في أواني الطهي لقرون.

سلامة الغذاء

التعرض الآمن: المدخول اليومي من القصدير عبر علب الطعام (0.1-1.0 mg) أقل بكثير من المستويات السامة
الوجود الطبيعي: يوجد القصدير طبيعياً في كثير من الأطعمة بمستويات ضئيلة
لا تراكم حيوي: يتخلص الجسم بكفاءة من القصدير الزائد عبر الاستقلاب الطبيعي

مركبات القصدير العضوية - تحذير

مركبات القصدير العضوية أكثر سمية بكثير من القصدير الفلزي وتتطلب تعاملاً حذراً:

ثلاثي بيوتيل القصدير (TBT): كان يُستخدم سابقاً في الطلاءات البحرية، وهو محظور الآن بسبب سميته البيئية
الاستخدام الصناعي: تتطلب مثبتات PVC والمحفزات معدات واقية
الأثر البيئي: تستمر بعض مركبات القصدير العضوية في الرواسب وتتراكم حيوياً

السلامة في مكان العمل

غبار القصدير: قد يسبب استنشاقه لفترة طويلة "داء القصدير" - ترسبات حميدة في الرئتين
معدات الوقاية: استخدم أقنعة الغبار عند طحن سبائك القصدير أو تشغيلها آلياً
سلامة اللحام: تأكد من وجود تهوية كافية لتجنب استنشاق أبخرة مادة التدفق
ملامسة الجلد: لا يسبب القصدير الفلزي تهيج الجلد أو تحسسه

المخاطر الفيزيائية

صرخة القصدير: يُصدر القصدير النقي "صرخة" مميزة عند ثنيه - وهي غير ضارة لكنها تشير إلى إجهاد
نقطة الانصهار: تجعل نقطة الانصهار المنخفضة (232°C) القصدير سهل التشغيل، لكنها تتطلب الحذر من الأسطح الساخنة

الاعتبارات البيئية

قابل لإعادة التدوير: القصدير قابل لإعادة التدوير بنسبة 100% من دون فقدان الجودة
أثر بيئي منخفض: يشكل القصدير الفلزي تهديداً بيئياً ضئيلاً
الاستخدام المستدام: طلاءات علب القصدير رقيقة للغاية، مما يقلل استهلاك الموارد

نصيحة للسلامة: رغم أن القصدير الفلزي آمن جداً، استخدم دائماً تهوية مناسبة عند اللحام وتجنب التعرض للمواد الكيميائية الصناعية العضوية للقصدير.

إجابات سريعة

أسئلة شائعة عن قصدير

ما هو قصدير؟

قصدير (رمزه Sn) هو العنصر 50 في الجدول الدوري، وينتمي إلى فلز بعد انتقالي في الدورة 5 والمجموعة 14. النصف الآخر من البرونز: حوّل القصدير العصر الحجري إلى العصر البرونزي. في درجة حرارة الغرفة، يكون صلباً.

ما التوزيع الإلكتروني لـ قصدير؟

التوزيع الإلكتروني للحالة الأرضية لـقصدير هو [Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p²، ويشغل 5 مستويات من مستويات الطاقة بتوزيع 2, 8, 18, 18, 4. يحتوي غلافه الخارجي على 4 إلكتروناتٍ، وهذا ما يحدد سلوكه في الترابط.

ما نقطتا انصهار وغليان قصدير؟

ينصهر قصدير عند 505.1 K (231.9 °C) ويغلي عند 2875 K (2601.9 °C).

ما الكتلة الذرية لـ قصدير؟

تبلغ الكتلة الذرية القياسية لـ قصدير ‏118.71 u. وهذا متوسط موزون لنظائره الموجودة طبيعياً، ولذلك نادراً ما يكون عدداً صحيحاً.

ما كثافة قصدير؟

تبلغ كثافة قصدير مقدار 7.265 g/cm³. تبلغ كثافة الماء 1.0 g/cm³، لذا تكون كتلة من قصدير أثقل بنحو 7.3×.

ما الكهروسلبية لـ قصدير؟

تبلغ كهروسلبية قصدير وفق مقياس باولنغ 1.96. 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 قصدير ومتى؟

عُرف قصدير منذ العصور القديمة — فهو يوجد في صورة يمكن استخدامها دون صهر، لذلك لا يمكن نسب اكتشافه إلى شخص واحد. يأتي الاسم من tin في اللغة الأنغلوسكسونية؛ الرمز من اللاتينية stannum.

ما مدى وفرة قصدير على الأرض؟

يشكّل قصدير حوالي 2.3 mg/kg من قشرة الأرض — وهو غير شائع، لكنه ليس نادرًا.

→ السابق In إنديوم العنصر 49 · فلز بعد انتقالي التالي ← Sb إثمد العنصر 51 · شبه فلز