استخدامات الفلزات القلوية الترابية

الفلزات القلوية الترابية

إن معادن المجموعة الثانية المتكونة من عنصر البريليوم وعنصر المغنيسيوم وعنصر الكالسيوم وعنصر السترونشيوم وعنصر الباريوم وعنصر الراديوم. يطلق على هذه المجموعة اسم المعادن الأرضية القلوية.

العلاقات بين الفلزات القلوية الترابية تشبه إلى حد بعيد تلك العلاقات الموجودة بين المعادن القلوية، ومع ذلك فإن عنصر البريليوم Be يختلف ويعد نوعا ما بعيدا عن المعادن الأخرى من المجموعة الثانية إلى مدى أكبر من اختلاف الليثيوم عن مجموعته. على سبيل المثال فإن أملاح أيون الليثيوم الموجب وأيون الصوديوم الموجب عادة ما تتبلور (مع أيون مضاد مشترك) بنفس نوع الهيكل، هذا ليس صحيحًا بالنسبة لمركبات لبريليوم Be (II)، ومركبات المغنيسيوم Mg (II)، حيث تميل مركبات البريليوم إما إلى أن تكون تساهمية أو تحتوي على هايدريتد 2+[Be(OH2)4] أيون.

القيم العالية من المحتوى الحراري لطاقات تأين الانحلال لذرة البريليوم Be، وصغر حجمها وما يترتب على ذلك من كثافة شحنة عالية، حيث يشار إلى أن البريليوم Be هو المعدن الوحيد من المجموعة الثانية الذي لا يكون مركب مستقر مع ^-4[EDTA].

كما أن عنصر الراديوم هو عبارة عن عنصر مشع ونادر، يتم استخدم الراديوم -226 في علاج السرطان بشكل عام بواسطة النظائر المشعة الأخرى.

أين تظهر العناصر القلوية الترابية؟

يتواجد البريليوم بشكل أساسي في صورة البريل المعدني السيليكاتي Be3Al2[Si6O18]،ويتواجد أيضا في العديد من المعادن الطبيعية بما في ذلك البرترانديت Be4Si2O7(OH)2)،وتشمل أيضا المعادن الثمينة مثل الزمرد والزبرجد.

أما بالنسبة للمغنيسيوم Mg فيعد ثامن العناصر الأكثر وفرة على سطح الأرض، وهو ثالث أكثر العناصر وفرة في البحر، والكالسيوم يعد خامس العناصر الأكثر وفرة على سطح الأرض. كما ويتم توزيع كل من العناصر الآتية: كالمغنيسيوم Mg والكالسيوم  Ca والسترونشيوم Sr والبريليوم Ba على نطاق واسع في المعادن والأملاح الذائبة في مياه البحر.

بعض المعادن الهامة

• الدولوميت (CaCO3.MgCO3).
• المغنسيت (MgCO3).
• الزبرجد الزيتوني ((Mg,Fe)2SiO4)).
• كارناليت (KCl.MgCl2.6H2O).
• الجبس (CaSO4.2H2O).
• سيليستيت (SrSO4).
• سترونتيانيت (SrCO3).
• الباريت (BaSO4).
• الطباشير والحجر الجيري والرخام (CaCO3).

استخدامات بعض الفلزات القلوية الترابية

معادن الأرض القلوية هي معادن لامعة وناعمة أو شبه ناعمة، وهي غير قابلة للذوبان في الماء، وهي عمومًا أكثر صلابة وأقل تفاعلًا من المعادن الموجودة في المجموعة الأولى، وهي أكثر نعومة وتفاعلية من المعادن الموجودة في المجموعة الثالثة. عندما تتحد مع الأكاسيد فإنها تشكل بعض المعادن الأكثر شيوعًا على الأرض.

تمتلك الفلزات القلوية الترابية مجموعة متنوعة ومختلفة من الاستخدامات في الصناعة والطب والسلع الاستهلاكية، كما وتعطي بعض المركبات قدرًا كبيرًا من الضوء عند تسخينها، مما يجعلها أحد المكونات الأساسية اللازمة في الألعاب النارية، كما تلعب هذه المجموعة دورا مهما في العمليات الجيولوجية والبيولوجية.

تستخدم الفلزات القلوية الترابية في صناعة بضعة من الآلات التي يتم استخدامها في المجالات المختلفة، من مجالات صناعية وزراعية وطبية وحتى تجارية، مثل صناعة الأجهزة والأدوات الكهربائية، كاللابتوبات ومقاعد السيارات وتدخل في صناعة الطائرات وتحسينها، كما وتدخل في صناعة الطباشير ونافذة أنبوب الأشعة السينية والدهانات ويلعب دورا في المطاط والبلاستيك وغيرها العديد من المجالات.

كما يعتبر البريليوم من أخف المعادن المعروفة، فهو غير مغناطيسي، وله موصلية حرارية عالية جدا ودرجة انصهار عالية تصل إلى (1560 كلفن). هذه الخصائص جميعها بالإضافة إلى خموله تجاه الأكسدة الهوائية، جعل له أهمية صناعية، يتم استخدامه في تصنيع أجزاء الجسم في طائرات وصواريخ عالية السرعة، كما ويدخل في الاتصالات والأقمار الصناعية، وبسبب كثافته الإلكترونية المنخفضة، يكون البريليوم Be قليل الامتصاص للإشعاع الكهرومغناطيسي، ونتيجة لذلك، يتم استخدمه في نوافذ أنبوب الأشعة السينية، وبسبب نقطة الانصهار العالية وانخفاض المقطع العرضي لالتقاط النيوترون أصبح مفيدًا في صناعة الطاقة النووية.

الباريت (Barite, barytes) هو الشكل المعدني لـ BaSO4، حيث بلغ الإنتاج العاملي في عام 2008م، 8000 طن متري تقريبا، قامت الصين بتوريد أكثر من نصف هذا المجموع. حوالي 85٪ من استهلاك الباريت العالمي كان كمادة ترجيح في سوائل حفر آبار النفط والغاز، وعلى نطاق أصغر بكثير، قدرة BaSO4 على وقف مرور الأشعة السينية أدت إلى استخدامه كـ “وجبة الباريوم” في الأشعة لتصوير القناة الهضمية.

السبائك بشكل عام تضفي ميكانيكية أكبر كالقوة ومقاومة التآكل، ويقوم بتحسين الخصائص التصنيعية، وعند دمج البريليوم المصهور مع النحاس يعمل على تشكيل نوع من السبائك التي تستخدم في الصناعات الدفاعية والفضائية. وعند خلطه بالنحاس أو النيكل يدخل في صناعة أجهزة ميكروسكوب، وله دور في الكهرباء، ويدخل في أقطاب اللحام النقطي.

يدخل المغنيسيوم في صناعة المركبات والألعاب النارية والمصابيح الفوتوغرافية، وهنالك عدة استخدامات للمغنيسيوم في المجال الطبي، حيث إنه يعمل على منع الإصابة بنقص المغنيسيوم ،ويمكنه علاج هذا المرض إذا أصيب أحد به يقوم بعلاج عسر الهضم الحمضي عبر استخدامه كمضاد للحموضة.

هنالك استخدامات هامة للجير في صناعة الستيل وتصنيع اللب والورق ومعالجة واستخراج المغنيسيوم، كما أن هناك طلب كبير على كربونات الكالسيوم في الفولاذ والزجاج وتصنيع الأسمنت والخرسانة، وهنالك بضعة مركبات للكالسيوم التي تدخل في تطبيقات على عملية (Solvay) لـ CaCO3 و Ca(OH)2 ذات الأهمية البيئية في عمليات إزالة الكبريت. وكميات كبيرة من Ca(OH)2 تستخدم في تصنيع مسحوق التبييض،(Ca(OCl)2.Ca(OH)2. CaCl2. 2H2O)، كما ويدخل في معالجة المياه.

يتواجد فلوريد الكالسيوم بشكل طبيعي كالفلورسبار المعدني، وهو مهم تجاريًا باعتباره المادة الخام لـتصنيع HF و F2، كما يتم استخدام كميات صغيرة من CaF2 كتدفق (flux) في صناعة الفولاذ، وأيضا لطلاء إلكترود اللحام، ويدخل في صناعة الزجاج، حيث يتم استخدام المنشورات ونوافذ الخلايا المصنوعة من CaF2 في مقياس الطيف الضوئي.

استخدامات السترونشيوم: المصدران المعدنيان للسترونشيوم هما الكبريتات (سيليستيت) وكربونات (سترونتيانيت)، حيث تغيرت الاتجاهات التجارية لسوق السترونتيوم بشكل كبير خلال العقد الماضي، كما كان الاستخدام الرئيسي بنسبة تقريبية تساوي (8٪ SrO) في زجاج واجهة التلفزيون الملون، حيث كانت وظيفته منع انبعاثات الأشعة السينية من أنبوب أشعة الكاثود (CRT).

ومع ذلك قد اختفى إلى حدّ ما استخدام معدن السترونشيوم تمامًا، بعد الإقبال العالمي على أجهزة التلفزيون ذات الشاشات المسطحة فقد تم دمج كميات صغيرة فقط من SrCO3. المطالب التجارية الحالية للسترونشيوم تدخل في الألعاب النارية (Sr(NO3)2)، كما تدخل في السيراميك ومغناطيس الفريت (SrCO3) و يدخل السترونشيوم في صناعة السبائك والأصباغ.

اختبار اللهب للعناصر القلوية الترابية

كما في المعادن القلوية، فإن أطياف الانبعاث للمجموعة الثانية تمكننا من ملاحظة المعادن بسهولة، ويمكن أن نقوم باستخدام اختبارات اللهب للتمييز بين الكالسيوم Ca والسترونشيوم Sr والبريليوم Ba.

كما أن المركبات المحتوية على الكالسيوم Ca يكون لون الطيف المنبعث برتقالي إلى أحمر، ولكن قد يصبح أخضر خفيف أو شاحب عند النظر إليه من خلال الزجاج الأزرق، والسترونشيوم Sr يكون لون الطيف المنبعث قرمزي، ولكن يصبح بنفسجي من خلال الزجاج الأزرق، أما البريليوم Ba لون الطيف المبعث كلون التفاح الأخضر.