مجموعة الكربون
| ↓ فترة | |||
|---|---|---|---|
| 2 |  | ||
| 3 |  | ||
| 4 |  | ||
| 5 |  | ||
| 6 |  | ||
| 7 | فليروفيوم (Fl) 114 معدن آخر | ||
أسطورة
| |||
مجموعة الكربون هي مجموعة في الجدول الدوري تتكون من الكربون (C) والسيليكون (Si) والجرمانيوم (Ge) والقصدير (Sn) والرصاص (Pb) والفلوروفيوم (Fl). تقع ضمن المجموعة p .
في نظام الترميز الحديث للاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC )، تُسمى هذه المجموعة بالمجموعة 14. أما في مجال فيزياء أشباه الموصلات ، فلا تزال تُعرف عالميًا بالمجموعة الرابعة (IV ). تُعرف هذه المجموعة أيضًا باسم التتريلات (من الكلمة اليونانية tetra ، والتي تعني أربعة)، نسبةً إلى الرقم الروماني IV في اسم المجموعة، أو (ليس من قبيل المصادفة) لأن هذه العناصر تحتوي على أربعة إلكترونات تكافؤ (انظر أدناه). تُعرف أيضًا باسم البلورات [ 1 ] أو الأدامانتوجينات [ 2 ] .
صفات
المواد الكيميائية
مثل المجموعات الأخرى، تُظهر أفراد هذه العائلة أنماطًا في التوزيع الإلكتروني ، وخاصة في الأغلفة الخارجية، مما يؤدي إلى اتجاهات في السلوك الكيميائي:
| Z | عنصر | الإلكترونات لكل غلاف |
|---|---|---|
| 6 | الكربون | 2، 4 |
| 14 | السيليكون | 2، 8، 4 |
| 32 | الجرمانيوم | 2، 8، 18، 4 |
| 50 | القصدير | 2، 8، 18، 18، 4 |
| 82 | يقود | 2، 8، 18، 32، 18، 4 |
| 114 | فليروفيوم | 2، 8، 18، 32، 32، 18، 4 (متوقع) |
يحتوي كل عنصر من عناصر هذه المجموعة على 4 إلكترونات في غلافه الخارجي . تمتلك ذرة المجموعة 14 المعزولة والمتعادلة التوزيع الإلكتروني ns² np² في الحالة الأرضية. تتميز هذه العناصر، وخاصة الكربون والسيليكون ، بميل قوي لتكوين روابط تساهمية ، مما يؤدي عادةً إلى زيادة عدد الإلكترونات في الغلاف الخارجي إلى ثمانية . غالبًا ما تؤدي الروابط في هذه العناصر إلى التهجين، حيث تُحذف خصائص المدارات s و p المميزة. بالنسبة للروابط الأحادية ، يحتوي التوزيع النموذجي على أربعة أزواج من إلكترونات sp³ ، على الرغم من وجود حالات أخرى أيضًا، مثل ثلاثة أزواج sp² في الجرافين والجرافيت . تُعد الروابط الثنائية سمة مميزة للكربون ( الألكينات ، ثاني أكسيد الكربون ، إلخ)؛ وينطبق الأمر نفسه على أنظمة π بشكل عام. يزداد ميل الذرة لفقد الإلكترونات مع ازدياد حجمها ، كما هو الحال مع ازدياد عددها الذري.
يشكل الكربون وحده أنيونات أحادية الذرة ، على شكل كربيد (C⁴⁻ ، ويُسمى أيضًا ميثانيد)؛ بينما تشكل عناصر مجموعة الكربون الأخرى أيونات زينتل مع المعادن الكهروإيجابية مثل المغنيسيوم . السيليكون والجرمانيوم ، وكلاهما من أشباه الفلزات ، يمكن لكل منهما تكوين أيونات +4. القصدير والرصاص كلاهما فلزات ، بينما الفليروفيوم عنصر اصطناعي مشع (عمر النصف له قصير جدًا، 1.9 ثانية فقط) قد يمتلك بعض الخصائص الشبيهة بالغازات النبيلة ، على الرغم من أنه لا يزال على الأرجح فلزًا انتقاليًا. القصدير والرصاص كلاهما قادر على تكوين أيونات +2. على الرغم من أن القصدير يُعتبر عادةً فلزًا، إلا أن شكله التآصلي ألفا (α) يشبه الجرمانيوم أكثر من الفلز، وهو موصل رديء للكهرباء.
من بين مشتقات الألكيل الرئيسية (المجموعات 1، 2، 13-17) QR n ، حيث n هو عدد الروابط القياسي لذرة الكربون Q ( انظر اصطلاح لامدا )، تتميز مشتقات المجموعة 14 QR 4 بدقة إلكترونية ملحوظة: فهي ليست فقيرة بالإلكترونات (أي تحتوي على عدد إلكترونات أقل من ثمانية وتميل إلى أن تكون حمضية لويس عند Q وتوجد عادةً على شكل تجمعات قليلة الوحدات أو نواتج إضافة مع قواعد لويس) ولا غنية بالإلكترونات (أي تحتوي على زوج إلكتروني حر أو أكثر عند Q وتميل إلى أن تكون قاعدية لويس عند Q). ونتيجة لذلك، تتميز ألكيل المجموعة 14 بانخفاض تفاعليتها الكيميائية مقارنةً بمشتقات الألكيل للمجموعات الأخرى. في حالة الكربون، فإن طاقة تفكك الرابطة العالية لرابطة C–C وانعدام فرق الكهرسلبية بين الذرة المركزية وروابط الألكيل يجعلان مشتقات الألكيل المشبعة، أي الألكانات ، خاملة بشكل خاص. [ 3 ]
يشكل الكربون رباعي الهاليدات مع جميع الهالوجينات . كما يشكل الكربون العديد من الأكاسيد مثل أول أكسيد الكربون ، وثاني أكسيد الكربون ، وثاني أكسيد الكربون . ويشكل الكربون ثنائي الكبريتيد وثنائي السيلينيد . [ 4 ]
يشكل السيليكون العديد من الهيدريدات، منها SiH₄ و Si₂H₆ . كما يشكل السيليكون رباعي الهاليدات مع الفلور ( SiF₄ ) ، والكلور ( SiCl₄ )، والبروم ( SiBr₄ ) ، واليود ( SiI₄ ) . ويشكل السيليكون أيضًا ثاني أكسيد السيليكون وثنائي كبريتيد السيليكون . [ 5 ] وصيغة نتريد السيليكون هي Si₃N₄ . [ 6 ]
يشكل الجرمانيوم خمسة هيدريدات. أول هيدريدين للجرمانيوم هما GeH₄ و Ge₂H₆ . يشكل الجرمانيوم رباعي هاليدات مع جميع الهالوجينات باستثناء الأستاتين ، وثنائي هاليدات مع جميع الهالوجينات باستثناء البروم والأستاتين. يرتبط الجرمانيوم بجميع عناصر الكالكوجين الأحادية الطبيعية باستثناء البولونيوم، ويشكل أكاسيد وثنائي كبريتيد وثنائي سيلينيد . صيغة نتريد الجرمانيوم هي Ge₃N₄ . [ 7 ]
يشكل القصدير نوعين من الهيدريدات: SnH₄ و Sn₂H₆ . يشكل القصدير ثنائي الهاليدات ورباعي الهاليدات مع جميع الهالوجينات باستثناء الأستاتين. يشكل القصدير أحادي الكالكوجينيدات مع الكالكوجينات الموجودة في الطبيعة باستثناء البولونيوم، ويشكل ثنائي الكالكوجينيدات مع الكالكوجينات الموجودة في الطبيعة باستثناء البولونيوم والتيلوريوم . [ 8 ]
يشكل الرصاص هيدريدًا واحدًا، صيغته الكيميائية PbH₄ . كما يشكل ثنائي هاليدات ورباعي هاليدات مع الفلور والكلور، ويشكل ثنائي بروميد وثنائي يوديد ، مع العلم أن رباعي بروميد ورباعي يوديد الرصاص غير مستقرين. ويشكل الرصاص أربعة أكاسيد ، وكبريتيد ، وسيلينيد ، وتيلوريد . [ 9 ]
لا توجد مركبات معروفة للفليروفيوم. [ 10 ]
بدني
تميل درجات غليان عناصر مجموعة الكربون إلى الانخفاض مع زيادة وزنها. عند الضغط القياسي ، يتسامى الكربون، وهو أخف عناصر مجموعة الكربون، عند 3825 درجة مئوية. تبلغ درجة غليان السيليكون 3265 درجة مئوية، والجرمانيوم 2833 درجة مئوية، والقصدير 2602 درجة مئوية، والرصاص 1749 درجة مئوية. من المتوقع أن يغلي الفليروفيوم عند -60 درجة مئوية. [ 11 ] [ 12 ] وتتشابه درجات انصهار عناصر مجموعة الكربون تقريبًا مع درجات غليانها. ينصهر السيليكون عند 1414 درجة مئوية، والجرمانيوم عند 939 درجة مئوية، والقصدير عند 232 درجة مئوية، والرصاص عند 328 درجة مئوية. [ 13 ]
يتميز الكربون ببنية بلورية سداسية ؛ وعند الضغوط ودرجات الحرارة العالية، يتشكل الماس (انظر أدناه). أما السيليكون والجرمانيوم، فلهما بنية بلورية مكعبة تشبه الماس ، وكذلك القصدير عند درجات الحرارة المنخفضة (أقل من 13.2 درجة مئوية). ويكون للقصدير في درجة حرارة الغرفة بنية بلورية رباعية . أما الرصاص، فله بنية بلورية مكعبة مركزية الوجوه . [ 13 ]
تزداد كثافة عناصر مجموعة الكربون مع ازدياد العدد الذري. تبلغ كثافة الكربون 2.26 غ/سم³ ، والسيليكون 2.33 غ/سم³ ، والجرمانيوم 5.32 غ/سم³ ، والقصدير 7.26 غ/سم³، والرصاص 11.3 غ / سم³ . [ 13 ]
يزداد نصف قطر ذرات عناصر مجموعة الكربون مع ازدياد العدد الذري. يبلغ نصف قطر ذرة الكربون 77 بيكومترًا ، والسيليكون 118 بيكومترًا، والجرمانيوم 123 بيكومترًا، والقصدير 141 بيكومترًا، والرصاص 175 بيكومترًا. [ 13 ]
المتآصلات
للكربون أشكالٌ متعددة . أكثرها شيوعًا هو الجرافيت ، وهو الكربون على شكل صفائح متراصة. ومن أشكال الكربون الأخرى الماس ، ولكنه نادر نسبيًا. الكربون غير المتبلور هو شكل ثالث من أشكال الكربون، وهو أحد مكونات السخام . ومن أشكال الكربون الأخرى الفوليرين ، الذي يتخذ شكل صفائح من ذرات الكربون مطوية على شكل كرة. أما الشكل الخامس للكربون، والذي اكتُشف عام ٢٠٠٣، فيُسمى الجرافين ، ويتخذ شكل طبقة من ذرات الكربون مرتبة على شكل خلية نحل. [ ٦ ] [ ١٤ ] [ ١٥ ]
للسيليكون شكلان متآصلان معروفان يوجدان في درجة حرارة الغرفة. يُعرف هذان الشكلان بالمتآصل غير المتبلور والمتآصل المتبلور. المتآصل غير المتبلور عبارة عن مسحوق بني اللون، بينما المتآصل المتبلور رمادي اللون وله بريق معدني . [ 16 ]
للقصدير شكلان متآصلان: القصدير ألفا، المعروف أيضًا بالقصدير الرمادي، والقصدير بيتا. يوجد القصدير عادةً في صورة بيتا، وهو معدن فضي اللون. مع ذلك، عند الضغط الجوي القياسي، يتحول بيتا إلى ألفا، وهو مسحوق رمادي، عند درجات حرارة أقل من 13.2 درجة مئوية (55.8 درجة فهرنهايت) . قد يؤدي هذا إلى تفتت الأجسام المصنوعة من القصدير في درجات الحرارة المنخفضة إلى مسحوق رمادي في عملية تُعرف باسم تآكل القصدير . [ 6 ] [ 17 ]
كول
يحتوي عنصران على الأقل من عناصر مجموعة الكربون (القصدير والرصاص) على نواة سحرية ، مما يعني أن هذه العناصر أكثر شيوعًا وأكثر استقرارًا من العناصر التي لا تحتوي على نواة سحرية. [ 17 ]
النظائر
يوجد 15 نظيراً معروفاً للكربون ، ثلاثة منها موجودة في الطبيعة. أكثرها شيوعاً هو الكربون-12 المستقر ، يليه الكربون-13 المستقر . [ 13 ] أما الكربون-14 فهو نظير مشع طبيعي يبلغ عمر النصف له 5730 سنة. [ 18 ]
تم اكتشاف 23 نظيراً للسيليكون ، خمسة منها موجودة في الطبيعة. أكثرها شيوعاً هو السيليكون-28 المستقر، يليه السيليكون-29 المستقر ثم السيليكون-30 المستقر. أما السيليكون-32 فهو نظير مشع يوجد في الطبيعة نتيجة التحلل الإشعاعي للأكتينيدات ، وعن طريق التفتت النووي في طبقات الجو العليا. كما يوجد السيليكون-34 في الطبيعة أيضاً نتيجة التحلل الإشعاعي للأكتينيدات. [ 18 ]
تم اكتشاف 32 نظيراً للجرمانيوم ، خمسة منها موجودة في الطبيعة. وأكثرها شيوعاً هو الجرمانيوم-74 المستقر، يليه الجرمانيوم-72 المستقر، ثم الجرمانيوم-70 المستقر، وأخيراً الجرمانيوم-73 المستقر. أما الجرمانيوم-76 فهو نظير مشع بدائي . [ 18 ]
تم اكتشاف 40 نظيراً للقصدير ، 14 منها موجودة في الطبيعة. أكثرها شيوعاً هو القصدير-120، يليه القصدير-118، ثم القصدير-116، ثم القصدير-119، ثم القصدير-117، ثم القصدير-124، ثم القصدير-122، ثم القصدير-112، وأخيراً القصدير-114؛ وجميعها نظائر مستقرة. كما يمتلك القصدير أربعة نظائر مشعة تنتج عن التحلل الإشعاعي لليورانيوم، وهي القصدير-121، ثم القصدير-123، ثم القصدير-125، وأخيراً القصدير-126. [ 18 ]
تم اكتشاف 38 نظيراً للرصاص ، 9 منها موجودة في الطبيعة. النظير الأكثر شيوعاً هو الرصاص-208، يليه الرصاص-206، ثم الرصاص-207، وأخيراً الرصاص-204، وجميعها مستقرة. تنتج 5 نظائر أخرى من الرصاص عن التحلل الإشعاعي لليورانيوم والثوريوم، وهي: الرصاص-209، والرصاص-210، والرصاص-211، والرصاص-212، والرصاص-214. [ 18 ]
تم اكتشاف ستة نظائر من الفليروفيوم (فليروفيوم-284، فليروفيوم-285، فليروفيوم-286، فليروفيوم-287، فليروفيوم-288، وفليروفيوم-289)، جميعها تم تصنيعها من قبل الإنسان. يُعدّ فليروفيوم-289 أكثر نظائر الفليروفيوم استقرارًا، ويبلغ عمر النصف له 2.6 ثانية. [ 18 ]
حدوث
يتراكم الكربون نتيجةً للاندماج النووي في معظم النجوم، حتى الصغيرة منها. [ 17 ] يوجد الكربون في قشرة الأرض بتركيز 480 جزءًا في المليون، وفي مياه البحر بتركيز 28 جزءًا في المليون. يتواجد الكربون في الغلاف الجوي على شكل أول أكسيد الكربون ، وثاني أكسيد الكربون ، والميثان . يُعد الكربون مكونًا أساسيًا للمعادن الكربوناتية ، ويوجد في بيكربونات الهيدروجين ، وهي شائعة في مياه البحر. يشكل الكربون 22.8% من جسم الإنسان العادي. [ 18 ]
يوجد السيليكون في قشرة الأرض بتركيز 28%، مما يجعله ثاني أكثر العناصر وفرةً فيها. ويتراوح تركيزه في مياه البحر بين 30 جزءًا في المليار على سطح المحيط و2000 جزء في المليار في الأعماق. ويوجد غبار السيليكون بكميات ضئيلة في الغلاف الجوي للأرض. وتُعد المعادن السيليكاتية أكثر أنواع المعادن شيوعًا على سطح الأرض. ويُشكل السيليكون 14.3 جزءًا في المليون من جسم الإنسان في المتوسط. [ 18 ] وتنتج النجوم الأكبر حجمًا فقط السيليكون عبر الاندماج النجمي. [ 17 ]
يشكل الجرمانيوم جزأين لكل مليون جزء من قشرة الأرض، مما يجعله العنصر الثاني والخمسين من حيث الوفرة فيها. ويبلغ متوسط تركيزه في التربة جزءًا واحدًا لكل مليون جزء . كما يوجد في مياه البحر بنسبة 0.5 جزء لكل تريليون جزء. وتوجد أيضًا مركبات الجرمانيوم العضوية في مياه البحر. ويوجد الجرمانيوم في جسم الإنسان بتركيز 71.4 جزءًا لكل مليار جزء. وقد وُجد أيضًا في بعض النجوم البعيدة جدًا. [ 18 ]
يشكل القصدير جزأين لكل مليون من قشرة الأرض، مما يجعله العنصر التاسع والأربعين من حيث الوفرة فيها. ويبلغ متوسط تركيزه في التربة جزءًا واحدًا لكل مليون. يوجد القصدير في مياه البحر بتركيزات تصل إلى 4 أجزاء لكل تريليون. كما يشكل 428 جزءًا لكل مليار من جسم الإنسان. يوجد أكسيد القصدير (IV) بتركيزات تتراوح بين 0.1 و300 جزء لكل مليون في التربة. [ 18 ] ويوجد القصدير أيضًا بتركيزات تصل إلى جزء واحد لكل ألف في الصخور النارية . [ 19 ]
يشكل الرصاص 14 جزءًا في المليون من قشرة الأرض، مما يجعله العنصر السادس والثلاثين من حيث الوفرة فيها. في المتوسط، يشكل الرصاص 23 جزءًا في المليون من التربة، لكن تركيزه قد يصل إلى 20000 جزء في المليون (2%) بالقرب من مناجم الرصاص القديمة. يوجد الرصاص في مياه البحر بتركيزات تصل إلى جزأين في التريليون. يشكل الرصاص 1.7 جزء في المليون من وزن جسم الإنسان. تُطلق الأنشطة البشرية كميات من الرصاص في البيئة تفوق أي معدن آخر. [ 18 ]
لا يوجد عنصر الفليروفيوم في الطبيعة على الإطلاق، لذا فهو موجود فقط في مسرعات الجسيمات مع بضع ذرات في كل مرة. [ 18 ]
تاريخ
الاكتشافات والاستخدامات في العصور القديمة
يُعد الكربون والقصدير والرصاص من بين العناصر المعروفة جيدًا في العالم القديم ، إلى جانب الكبريت والحديد والنحاس والزئبق والفضة والذهب . [ 20 ]
كان السيليكون، على شكل سيليكا في صورة بلورات صخرية، معروفًا لدى المصريين القدماء في عصر ما قبل الأسرات، الذين استخدموه في صناعة الخرز والمزهريات الصغيرة؛ ولدى الصينيين الأوائل؛ وربما لدى العديد من الشعوب القديمة الأخرى. وقد مارس كل من المصريين صناعة الزجاج المحتوي على السيليكا - على الأقل منذ عام 1500 قبل الميلاد - والفينيقيين . كما استُخدمت العديد من المركبات الطبيعية أو معادن السيليكات في أنواع مختلفة من الملاط لبناء المساكن من قِبل الشعوب القديمة.
يبدو أن أصول القصدير قد ضاعت في غياهب التاريخ. وتشير الدلائل إلى أن البرونز، وهو سبيكة من النحاس والقصدير، كان يُستخدم من قبل الإنسان في عصور ما قبل التاريخ قبل استخلاص المعدن النقي. وقد شاع استخدام البرونز في بلاد ما بين النهرين القديمة، ووادي السند، ومصر، وكريت، وإسرائيل، وبيرو. ويبدو أن معظم القصدير الذي استخدمته شعوب البحر الأبيض المتوسط القديمة كان يأتي من جزر سيلي وكورنوال في الجزر البريطانية، [ 21 ] حيث يعود تاريخ استخراج هذا المعدن إلى ما بين 300 و200 قبل الميلاد. وكانت مناجم القصدير تعمل في منطقتي الإنكا والأزتك في أمريكا الجنوبية والوسطى قبل الغزو الإسباني.
ذُكر الرصاص مرارًا في الروايات التوراتية القديمة. استخدم البابليون هذا المعدن كصفائح لكتابة النقوش. واستخدمه الرومان في صناعة الألواح، وأنابيب المياه، والعملات المعدنية، وحتى أواني الطبخ؛ بل إن التسمم بالرصاص كان معروفًا في عهد الإمبراطور أغسطس قيصر نتيجةً لاستخدامه الأخير . ويبدو أن المركب المعروف باسم الرصاص الأبيض كان يُحضّر كصبغة زخرفية منذ عام 200 قبل الميلاد على الأقل.
الاكتشافات الحديثة
تم الحصول على السيليكون العنصري غير المتبلور لأول مرة بشكل نقي في عام 1824 على يد الكيميائي السويدي يونس جاكوب بيرزيليوس ؛ وكان السيليكون غير النقي قد تم الحصول عليه بالفعل في عام 1811. ولم يتم تحضير السيليكون العنصري المتبلور حتى عام 1854، عندما تم الحصول عليه كمنتج للتحليل الكهربائي.
الجرمانيوم هو أحد ثلاثة عناصر تنبأ بوجودها الكيميائي الروسي ديمتري مندليف عام 1869 عندما وضع جدوله الدوري. مع ذلك، لم يُكتشف هذا العنصر فعليًا إلا بعد فترة. في سبتمبر 1885، عثر عامل منجم على عينة معدنية في منجم فضة، وقدّمها لمدير المنجم الذي اعتبرها معدنًا جديدًا، فأرسلها إلى كليمنس أ. وينكلر . أدرك وينكلر أن العينة تتكون من 75% فضة، و18% كبريت، و7% عنصر غير مكتشف. بعد عدة أشهر، عزل وينكلر العنصر، وحدد أنه العنصر 32. [ 18 ]
كانت المحاولة الأولى لاكتشاف الفليروفيوم (الذي كان يُشار إليه آنذاك باسم "العنصر 114") في عام 1969، في المعهد المشترك للأبحاث النووية ، لكنها باءت بالفشل. وفي عام 1977، قام باحثون في المعهد نفسه بقصف ذرات البلوتونيوم-244 بالكالسيوم-48 ، لكنهم فشلوا مرة أخرى. أُعيد هذا التفاعل النووي في عام 1998، ونجح هذه المرة. [ 18 ]
أصول الكلمات
- كلمة Carbon مشتقة من الكلمة اللاتينية carbo ، والتي تعني "الفحم".
- كلمة السيليكون مشتقة من الكلمة اللاتينية silex (أو silicis )، والتي تعني "الصوان".
- الجرمانيوم مشتق من الكلمة اللاتينية Germania ، وهو الاسم اللاتيني لألمانيا، وهي الدولة التي تم فيها اكتشاف الجرمانيوم.
- يأتي Stannum من الكلمة اللاتينية stannum ، والتي تعني "القصدير"، من سلتيك ستاين أو المرتبطة بها .
- الاسم الشائع للقصدير في اللغة الإنجليزية هو القصدير ، وهو اسم مشتق مباشرة من الإنجليزية القديمة . وربما يكون له أصل مشترك مع كلمتي القصدير والقصدير .
- كلمة Plumbum مشتقة من الكلمة اللاتينية plumbum التي تعني الرصاص.
- - الاسم الشائع لكلمة plumbum في اللغة الإنجليزية هو lead ، وهو اسم موروث مباشرة من اللغة الإنجليزية القديمة. [ 18 ]
- تم تسمية فليروفيوم نسبة إلى جورجي فليوروف ومعهده.
التطبيقات
يُستخدم الكربون في الغالب في صورته غير المتبلورة . في هذه الصورة، يُستخدم الكربون في صناعة الصلب ، وعلى شكل أسود الكربون ، وكحشوة في الإطارات ، وفي أجهزة التنفس ، وكفحم نشط . كما يُستخدم الكربون أيضًا على شكل جرافيت ، على سبيل المثال كرصاص في أقلام الرصاص . أما الماس ، وهو شكل آخر من أشكال الكربون، فيُستخدم عادةً في صناعة المجوهرات. [ 18 ] تُستخدم ألياف الكربون في تطبيقات عديدة، مثل دعامات الأقمار الصناعية ، نظرًا لقوتها العالية ومرونتها في الوقت نفسه. [ 22 ]
يُستخدم ثاني أكسيد السيليكون في تطبيقات متنوعة، منها معجون الأسنان ، ومواد حشو البناء، كما يُعد السيليكا مكونًا رئيسيًا في الزجاج . ويُخصص 50% من السيليكون النقي لتصنيع السبائك المعدنية ، بينما يُخصص 45% منه لتصنيع السيليكونات . ويُستخدم السيليكون أيضًا على نطاق واسع في أشباه الموصلات منذ خمسينيات القرن الماضي. [ 17 ] [ 22 ]
استُخدم الجرمانيوم في أشباه الموصلات حتى خمسينيات القرن العشرين، حين استُبدل بالسيليكون. [ 17 ] تحتوي كواشف الإشعاع على الجرمانيوم. يُستخدم ثاني أكسيد الجرمانيوم في الألياف البصرية وعدسات الكاميرات ذات الزاوية الواسعة. يمكن لخلط كمية صغيرة من الجرمانيوم مع الفضة أن يجعل الفضة مقاومة للتشوه . تُعرف السبيكة الناتجة باسم الفضة الإسترلينية الأرجنتيومية . [ 18 ]
يُعدّ اللحام الاستخدامَ الأهمّ للقصدير؛ إذ يُستَخدَم 50% من إجمالي إنتاج القصدير في هذا التطبيق. ويُستخدم 20% من إجمالي إنتاج القصدير في صناعة الصفائح المعدنية . كما يُستخدم 20% من القصدير في الصناعات الكيميائية . ويُعدّ القصدير مُكوِّنًا للعديد من السبائك، بما في ذلك البيوتر . ويُستخدم أكسيد القصدير (IV) على نطاق واسع في صناعة السيراميك منذ آلاف السنين. أما ستانات الكوبالت، فهو مُركّب من القصدير يُستخدم كصبغة زرقاء سماوية . [ 18 ]
يُستخدم 80% من إجمالي إنتاج الرصاص في بطاريات الرصاص الحمضية . وتشمل استخدامات الرصاص الأخرى صناعة الأوزان والأصباغ والحماية من المواد المشعة. وقد استُخدم الرصاص تاريخيًا في البنزين على شكل رباعي إيثيل الرصاص ، ولكن تم إيقاف هذا الاستخدام بسبب مخاوف تتعلق بسميته. [ 23 ]
إنتاج
يُنتج الماس، وهو أحد أشكال الكربون، بشكل رئيسي في روسيا وبوتسوانا والكونغو وكندا وجنوب إفريقيا والهند . وتُنتج روسيا 80 % من إجمالي الماس الصناعي . وتُنتج الصين 70% من الجرافيت في العالم. ومن الدول الأخرى المنتجة للجرافيت البرازيل وكندا والمكسيك . [ 18 ]
يمكن إنتاج السيليكون عن طريق تسخين السيليكا مع الكربون. [ 22 ]
توجد بعض خامات الجرمانيوم، مثل الجرمانيت ، لكنها لا تُستخرج لندرتها. وبدلاً من ذلك، يُستخلص الجرمانيوم من خامات معادن أخرى كالزنك . وفي روسيا والصين ، يُفصل الجرمانيوم أيضاً من رواسب الفحم. تُعالج الخامات الحاوية على الجرمانيوم أولاً بالكلور لتكوين رابع كلوريد الجرمانيوم ، الذي يُخلط بغاز الهيدروجين. ثم يُكرر الجرمانيوم لاحقاً بتقنية التكرير النطاقي . ويُنتج ما يقارب 140 طناً مترياً من الجرمانيوم سنوياً. [ 18 ]
تُنتج المناجم 300 ألف طن متري من القصدير سنويًا. وتُعدّ الصين وإندونيسيا وبيرو وبوليفيا والبرازيل من أهم الدول المنتجة للقصدير. وتتمثل طريقة إنتاج القصدير في تسخين معدن القصدير الكاسيتريت (SnO₂ ) مع فحم الكوك . [ 18 ]
يُعدّ الجالينا (كبريتيد الرصاص) أكثر خامات الرصاص شيوعًا في المناجم . ويُستخرج سنويًا 4 ملايين طن متري من الرصاص، معظمها في الصين وأستراليا والولايات المتحدة وبيرو. تُخلط الخامات مع فحم الكوك والحجر الجيري وتُحمّص لإنتاج الرصاص النقي. ويُعاد تدوير معظم الرصاص من بطاريات الرصاص . ويبلغ إجمالي كمية الرصاص التي استخرجها الإنسان على مرّ التاريخ 350 مليون طن متري. [ 18 ]
الدور البيولوجي
يُعدّ الكربون عنصرًا أساسيًا لجميع أشكال الحياة المعروفة. فهو يدخل في تركيب جميع المركبات العضوية، مثل الحمض النووي (DNA ) والستيرويدات والبروتينات . [ 6 ] وتكمن أهمية الكربون للحياة في قدرته على تكوين روابط عديدة مع عناصر أخرى. [ 17 ] ويحتوي جسم الإنسان البالغ وزنه 70 كيلوغرامًا على 16 كيلوغرامًا من الكربون. [ 18 ]
تُناقش جدوى الحياة القائمة على السيليكون بشكل شائع. ومع ذلك، فإن قدرة السيليكون على تكوين حلقات وسلاسل معقدة أقل من قدرة الكربون. [ 6 ] يستخدم الدياتومات والإسفنج البحري السيليكون، على شكل ثاني أكسيد السيليكون، لتكوين جدران خلاياها وهياكلها العظمية . يُعد السيليكون ضروريًا لنمو العظام في الدجاج والفئران، وقد يكون ضروريًا أيضًا للإنسان. يستهلك الإنسان في المتوسط ما بين 20 و1200 ملليغرام من السيليكون يوميًا، معظمها من الحبوب . يحتوي جسم الإنسان البالغ الذي يزن 70 كيلوغرامًا على غرام واحد من السيليكون. [ 18 ]
لا يُعرف الدور البيولوجي للجرمانيوم، مع أنه يُحفز عملية الأيض . في عام ١٩٨٠، أشار كازوهيكو أساي إلى فوائد الجرمانيوم الصحية، لكن هذا الادعاء لم يُثبت. تمتص بعض النباتات الجرمانيوم من التربة على شكل أكسيد الجرمانيوم . تحتوي هذه النباتات، التي تشمل الحبوب والخضراوات ، على ما يقارب ٠.٠٥ جزء في المليون من الجرمانيوم. يُقدّر متوسط استهلاك الإنسان من الجرمانيوم بـ ١ ملليغرام يوميًا. ويحتوي جسم الإنسان البالغ الذي يزن ٧٠ كيلوغرامًا على ٥ ملليغرامات من الجرمانيوم. [ ١٨ ]
ثبت أن القصدير ضروري لنمو الفئران بشكل سليم، ولكن حتى عام ٢٠١٣، لم تتوفر أدلة تشير إلى حاجة الإنسان إليه في نظامه الغذائي. لا تحتاج النباتات إلى القصدير، إلا أنها تمتصّه في جذورها . يحتوي القمح والذرة على ٧ و٣ أجزاء في المليون من القصدير على التوالي. مع ذلك، قد يصل مستوى القصدير في النباتات إلى ٢٠٠٠ جزء في المليون إذا كانت قريبة من مصهر للقصدير. يستهلك الإنسان في المتوسط ٠٫٣ ملليغرام من القصدير يوميًا. ويحتوي جسم الإنسان البالغ الذي يزن ٧٠ كيلوغرامًا على ٣٠ ملليغرامًا من القصدير. [ ١٨ ]
لا يُعرف للرصاص أي دور بيولوجي، وهو في الواقع شديد السمية ، لكن بعض الميكروبات قادرة على البقاء في بيئات ملوثة بالرصاص. تحتوي بعض النباتات، مثل الخيار، على ما يصل إلى عشرات الأجزاء في المليون من الرصاص. ويبلغ متوسط كمية الرصاص في جسم الإنسان البالغ وزنه 70 كيلوغراماً 120 ملليغراماً. [ 18 ]
لا يلعب الفليروفيوم أي دور بيولوجي، وإنما يتم العثور عليه وتصنيعه فقط في مسرعات الجسيمات.
سمية
الكربون العنصري ليس ساماً بشكل عام، لكن العديد من مركباته سامة، مثل أول أكسيد الكربون وسيانيد الهيدروجين . ومع ذلك، يمكن أن يكون غبار الكربون خطيراً لأنه يستقر في الرئتين بطريقة مشابهة للأسبستوس . [ 18 ]
لا تُعتبر معادن السيليكون سامة في العادة. ومع ذلك، فإن غبار ثاني أكسيد السيليكون، مثل ذلك المنبعث من البراكين، يمكن أن يُسبب آثارًا صحية ضارة إذا دخل إلى الرئتين. [ 17 ]
يمكن أن يتداخل الجرمانيوم مع إنزيمات مثل نازعة هيدروجين اللاكتات ونازعة هيدروجين الكحول . مركبات الجرمانيوم العضوية أكثر سمية من مركبات الجرمانيوم غير العضوية. يتميز الجرمانيوم بانخفاض سميته عند تناوله عن طريق الفم لدى الحيوانات. قد يؤدي التسمم الحاد بالجرمانيوم إلى الوفاة نتيجة شلل الجهاز التنفسي . [ 24 ]
بعض مركبات القصدير سامة عند تناولها، لكن معظم مركبات القصدير غير العضوية تُعتبر غير سامة. أما مركبات القصدير العضوية، مثل ثلاثي ميثيل القصدير وثلاثي إيثيل القصدير، فهي شديدة السمية، ويمكنها أن تُعطّل العمليات الأيضية داخل الخلايا. [ 18 ]
الرصاص ومركباته، مثل أسيتات الرصاص، مواد شديدة السمية. يمكن أن يسبب التسمم بالرصاص الصداع وآلام المعدة والإمساك والنقرس . [ 18 ]
مادة الفليروفيوم شديدة الإشعاع لدرجة أنه لا يمكن اختبار ما إذا كانت سامة أم لا، على الرغم من أن نشاطها الإشعاعي العالي وحده سيكون سامًا.
مراجع
- ↑ ليو، نينغ؛ لو، نا؛ سو، يان؛ وانغ، بو؛ كوان، شي (2019). " تصنيع مركب gC3N4 / Ti3C2 وقدرته التحفيزية الضوئية للضوء المرئي لتحلل السيبروفلوكساسين" . مجلة تقنيات الفصل والتنقية . 211 : 782-789 . doi : 10.1016/j.seppur.2018.10.027 . تاريخ الاسترجاع: 17 أغسطس 2019 .
- ↑ دبليو بي جنسن، القانون الدوري والجدول الدوري، مؤرشف بتاريخ 10-11-2020 في آلة Wayback Machine .
- ↑ كرابتري، روبرت هـ. (2005). الكيمياء العضوية الفلزية للمعادن الانتقالية ( الطبعة الرابعة). هوبوكين، نيوجيرسي: وايلي. ص 418. ISBN 978-0-471-66256-3.
- ↑ مركبات الكربون ، تم الاطلاع عليها في 24 يناير 2013
- ↑ مركبات السيليكون ، تم الاطلاع عليها في 24 يناير 2013
- 1 2 3 4 5 غراي، ثيودور (2011)، العناصر
- ↑ مركبات الجرمانيوم ، تم الاطلاع عليها في 24 يناير 2013
- ↑ مركبات القصدير ، تم الاطلاع عليها بتاريخ 24 يناير 2013
- ↑ مركبات الرصاص ، تم الاطلاع عليها بتاريخ 24 يناير 2013
- ↑ مركبات الفليروفيوم ، تم الاطلاع عليها في 24 يناير 2013
- ↑ مؤرشف في Ghostarchiveوآلة Waybackأوغانيسيان ، يو. تس. (27 يناير 2017). "اكتشاف العناصر فائقة الثقل" . مختبر أوك ريدج الوطني . تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 أبريل 2017 .
- ↑ سيبورغ، جي تي "عنصر ما وراء اليورانيوم" . الموسوعة البريطانية . تم الاسترجاع في 16-03-2010 .
- 1 2 3 4 5 جاكسون، مارك (2001)، الجدول الدوري المتقدم
- ↑ الجرافين ، تم الاطلاع عليه بتاريخ 20 يناير 2013
- ↑ الكربون: الأشكال المتآصلة ، مؤرشف من الأصل بتاريخ 17 يناير 2013 ، تم استرجاعه في 20 يناير 2013
- ↑ غانيون، ستيف، عنصر السيليكون ، تم الاطلاع عليه في 20 يناير 2013
- 1 2 3 4 5 6 7 8 كين، سام (2011)، الملعقة المختفية
- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 إمسلي ، جون (2011)، لبنات بناء الطبيعة
- ↑ القصدير (Sn) ، الموسوعة البريطانية ، 2013 ، تم الاطلاع عليه في 24 فبراير 2013
- ↑ العناصر الكيميائية ، تم الاطلاع عليها بتاريخ 20 يناير 2013
- ↑ موسوعة بريتانيكا الإلكترونية، تين
- 1 2 3 جالان، مارك (1992)، بنية المادة ، تايم-لايف، ISBN 0-809-49663-1
- ↑ بلوم، ديبورا (2010)، دليل المُسمِّم
- ↑ تقييم المخاطر (ملف PDF) ، 2003، مؤرشف من الأصل في 12 يناير 2012 ، تم استرجاعه في 19 يناير 2013
- المجموعات (الجدول الدوري)