قلع و آلیاژ های آن
قلع یکی از عناصر پر کاربرد شیمیایی می باشد که با نماد شیمیایی Sn و عدد اتمی ۵۰ شناخته می شود. در فارسی میانه این عنصر را با نام اریز می شناسند. این عنصر کاربردی در گروه ۱۴ و دوره پنجم از جدول تناوبی عناصر قرار گرفته و عضوی از خانواده عناصر بلوک p می باشد. این عنصر از نظر ظاهری شباهت نسبتا قابل توجهی به عنصر نقره دارد. خواص فیزیکی و شیمیایی منحصر به فرد عنصر قلع سبب شده است که امروزه آثار حضور این عنصر را در بسیاری از صنایع مختلف مشاهد فرمایید. در ادامه شما را مهم ترین صنایع مصرف کننده این عنصر فلزی پرکاربرد آشنا می کنیم. ما در این مقاله خواص، آلیاژ ها، نحوه تولید و سایر نکات مهم و مرتبط با این عنصر را به طور کامل بررسی خواهیم کرد.
آنچه در ادامه مطلب خواهید خواند
بررسی خواص قلع
خواص فیزیکی
عنصر قلع در لیست عناصر فلزی چکش خوار قرار می گیرد و از انعطاف پذیری مناسبی نیز برخوردار می باشد. این عنصر رنگی بین سفید و نقره ای داشته و شباهت اندکی به فلز نقره دارد. نقطه ذوب و جوش عنصر قلع به ترتیب برابر با ۵۰۵ و ۲۸۷۵ درجه کلوین می باشد. این عنصر در بین عناصر فلزی که نقطه جوش پایینی دارند قرار می گیرد و دارای دو دگرشکل مجزا می باشد. آلوتروپ β که با نام قلع سفید و آلوتروپ α با نام قلع خاکستری شناخته می شوند. هر یک از دگر شکل های فوق دارای ویژگی های خاص و منحصر به فردی می باشند. برای مثال آلوتروپ α دارای ساختاری کریستالی و مشابه با الماس می باشد. در حالی که نمونه دیگر از این خاصیت بی بهره است.
خواص شیمیایی
عنصر قلع مقاومت نسبتا قابل توجهی در برابر خوردگی از خود نشان می دهد. به همین دلیل این عنصر را در لیست عناصر متوسط در این عرصه قرار می دهند. مقاومت این فلز در برابر خوردگی های ناشی از اکسیژن موجود در آب بسیار مناسب می باشد. اما همین عنصر در برابر خوردگی حاصل از اسید ها و باز ها بسیار ضعیف عمل می کند. عنصر قلع دارای ۱۰ ایزوتوپ پایدار می باشد و چگالی آن نیز برابر با ۷.۳۶ گرم بر سانتی متر مکعب می باشد. حرارت همجوشی و آنتالپی تبخیر عنصر فوق به ترتیب برابر با ۷.۰۳ و ۲۹۶ کیلوژول بر مول می باشد. شما می توانید از این عنصر به عنوان کاتالیزور برای محلول های حاوی اکسیژن استفاده نمایید.
بررسی نحوه تولید قلع
همانطور که برای تولید عنصر آهن به سراغ سنگ آهن می روید، برای تولید قلع نیز در ابتدا باید سنگ های معدنی حاوی این عنصر را استخراج نمایید. بعد از استخراج کانیسنگ های حاوی این عنصر باید به سراغ روش تغلیظ بروید. روش تغلیظ در واقع روشی است که برای جداسازی کانی های اضافی از کانی حاوی محصول مورد نظر مورد استفاده قرار می گیرد در ادامه شما باید کانی های به دست آمده از روش تغلیظ را وارد کوره های مخصوص مثل کوره القایی و … کرده و به آن ها حرارت دهید. در این مرحله سرباره کوره حاوی عنصر مورد نیاز به دست می آید. بعد از مراحل فوق نوبت به مرحله خالص سازی ماده مذاب می رسد. در این مرحله با کمک فرآیند الکترولیز، عنصر قلع با درصد خلوص حدود ۹۹ درصد به دست می آید.
کاربرد ها
همانطور که در بخش های ابتدایی مقاله گفته شد، عنصر قلع دارای کاربرد های متنوع و مختلفی می باشد و در صنایع متعددی نیز مورد استفاده قرار می گیرد. امروزه شما می توانید از این عنصر برای لحیم کاری، ساخت شیشه، تولید تجهیزات برقی مختلف، تولید پلیمر های صنعتی، ساخت آهنربا های خاص صنعتی و … استفاده نمایید. لازم به ذکر است که صنایع تولید آلیاژ های فلزی مثل برنز، مفرغ و … و صنعت نساجی نیز جز بزرگترین مصرف کنندگان این عنصر می باشند. توجه داشته باشید که اصلی ترین کاربرد عنصر قلع، تولید پلاستیک می باشد. در حال حاضر از این عنصر برای تثبیت پلاستیک های PVC استفاده می شود.
آلیاژ های قلع
برنز
آلیاژ برنز که با نام مفرغ نیز شناخته می شود، یکی از مهم ترین آلیاژ های ساخته شده با کمک عنصر قلع می باشد. بخش عمده ای از آلیاژ برنز با کمک عنصر مس تشکیل شده است. اما بسیاری از خواص فیزیکی و شیمیایی این عنصر تحت تاثیر قلع قرار می گیرند. به طور میانگین حدود ۱۲ الی ۱۲.۵ درصد وزنی از برنز را عنصر قلع تشکیل می دهد. این آلیاژ در مواردی علاوه بر عناصر فوق حاوی آرسنیک، سیلیسیم، فسفر و … نیز می باشد. استفاده از عنصر برنز ریشه در تاریخ بشریت دارد. به طوری که امروزه آثار باستانی بسیار کهنی از این آلیاژ در نقاط مختلف دنیا یافت می شود. توجه داشتیم که در حال حاضر این آلیاژ در دو سبک مختلف تولید می شود. برنز کلاسیک حاوی ۱۰ درصد وزنی قلع و برنز ملایم که حاوی ۶ درصد وزنی از این عنصر می باشد.
بابیت
آلیاژ بابیت یا یاتاقان یکی دیگر از مشهور ترین آلیاژ های قلع می باشد. کاربرد این آلیاژ از رویی نام ان قابل پیش بینی می باشد. در حال حاضر از آلیاژ یاتاقان برای پوشش سطحی یاتاقان های ساده استفاده می کنند. این آلیاژ برای اولین بار در سال ۱۸۳۹ میلادی و توسط آیزاک بابیت در کشور آمریکا تولید شد. آلیاژ بابیت مقاومت بسیار مناسبی در برابر ساییدگی از خود به نمایش می گذارد در حالی که در لیست آلیاژ های نرم قرار می گیرد. این آلیاژ دارای یک ساختار کریستالی منظم می باشد و که با کمک کریستال های بسیار ریز تشکیل شده است. از مهم ترین ویژگی های این آلیاژ می تواند به جذب موارد ریز خارجی، تغییر شکل دادن و … اشاره کرد.
پیوتر
آلیاژ پیوتر که در ایران با نام مسوار شناخته می شود، با کمک دو فلز مس و قلع ساخته می شود. از مهم ترین ویژگی های آلیاژ مسوار می توان به استحکام بالا، دوام بسیار قابل توجه و زیبایی ظاهری چشمگیر اشاره کرد. امروزه از این آلیاژ برای تولید ظروف آشپزخانه استفاده می شود. لازم به ذکر است که معمولا بیش از ۸۵ درصد از این آلیاژ با کمک فلز قلع ساخته می شود. آلیاژ پیوتر جزو معدود آلیاژ های فعلی موجود در بازار است که با کمک بیش از ۵۰ درصد وزنی از عنصر قلع ساخته شده است. دقت داشته باشید که ظروف ساخته شده با کمک آلیاژ پیوتر از نظر ظاهری شباهت بسیار زیادی به فلزات مسی دارند.
اثرات عنصر قلع بر سلامت
از مهم ترین اثرات این عنصر بر روی سلامت انسان می توان به مواردی همچون سوزش چشم، تعریق شدید بدن، تنگی نفس، آسیب های کبدی ضعف سیستم ایمنی، افسزدگی مضمن، مشکلات ادراری، کاهش گلبول های قرمز و … اشاره کرد.
در انتها لازم به ذکر است که علاوه بر آلیاژ های فوق امروزه مواد اولیه صنعتی متنوعی دیگری نیز با کمک عنصر قلع ساخته می شوند. برخی آمیژان های صنعتی که به بخش مهمی از صنعت ذوب و ریخته گری تبدیل شده اند، حاوی این فلز می باشند. همچنین شما می توانید ردپای این فلز را به عنوان یک ناخالصی در بسیاری از مواد اولیه ریخته گری، کانی فلزات و … مشاهده فرمایید. در انتها امیدواریم که اطلاعات جامع و مناسبی را در زمینه این عنصر و آلیاژ های آن به دست آورید.
