اقرأ في هذا المقال
- أكسيد القصدير الرباعي
- خصائص أكسيد القصدير الرباعي
- تحضير أكسيد القصدير الرباعي
- استخدامات أكسيد القصدير الرباعي
في الكيمياء إن مركب أكسيد القصدير الرباعي عبارة عن مركب كيميائي غير عضوي، يمتلك الصيغة الكيميائية التالية: (SnO2)، ويظهر على شكل صلب أو مسحوق بلوري أبيض، غير قابل للذوبان في الماء، ولكنه قابل للذوبان في حامض الكبريتيك المركز، حمض الهيدروكلوريك، يحدث في الطبيعة مثل معدن القصدير، ويستخدم كعامل مساعد في المعجون، كمسحوق تلميع للصلب والزجاج، في التزجيج والألوان الخزفي، وتشير “زهور القصدير” إلى المادة التي تم جمعها نتيجة للتكثف بعد التسامي.
أكسيد القصدير الرباعي
- أكسيد القصدير الرباعي والمعروف بثاني أكسيد القصدير أو أكسيد الستانيك (Stannic oxide) هو عبارة عن مركب غير عضوي يتكون من القصدير مرتبط تساهميًا بذرتين من الأكسجين، والذي يستخدم على نطاق واسع في مختلف المجالات، وهو مسحوق أبيض أو أبيض مصفر، يمتلك الصيغة الكيميائية التالية: (SnO2)، ويحدث أكسيد القصدير الرباعي بشكل طبيعي مثل معدن القصدير.
- يسمى الشكل المعدني لـ (SnO2) حجر القصدير، وهذا هو خام القصدير الرئيسي، مع العديد من الأسماء الأخرى، فإن أكسيد القصدير هذا هو أهم مادة خام في كيمياء القصدير، وهذه المادة الصلبة المغناطيسية عديمة اللون مذبذبة، وثاني أكسيد القصدير هو أحد أكثر المواد التي تمت دراستها من أكسيد المعدن الرقيق؛ وذلك بفضل خصائصه البصرية والإلكترونية الرائعة.
- لقد اجتذب اهتمامًا كبيرًا لأجهزة الاستشعار والتطبيقات الإلكترونية الضوئية، تم استخدام العديد من التقنيات بما في ذلك الرش وطلاء (sol-gel) وترسيب الليزر النبضي والرشاش المغنطروني التفاعلي للترددات الراديوية (RF) للحصول على أغشية (SnO2) الرقيقة، تعتمد خصائص أكسيد القصدير الرباعي بشدة على البنية النانوية البلورية وتعديلاتها أثناء التلدين.
خصائص أكسيد القصدير الرباعي
- يرمز اسم (SnO2) إلى ثاني أكسيد القصدير، يُعرف أيضًا باسم أكسيد الستانيك، وهو مركب غير عضوي يتكون من قصدير واحد وعنصري أكسجين، الاسم الكيميائي (SnO2) هو أكسيد صلب أو أكسيد القصدير (IV)، حالة أكسدة القصدير في هذا المركب هي +4، لذلك يتم تمثيله على أنه أكسيد القصدير (IV).
- يحدث أكسيد القصدير (IV) أيضًا في الشكل المعدني في قشرة الأرض، الشكل المعدني لأكسيد القصدير (IV) هو حجر القصدير، هذا المعدن هو أحد الخامات الهامة والرئيسية للقصدير، يمثل اسم مركب (SnO2) مركبات أكسيد القصدير (IV) الموجودة في شكل أيوني أو تساهمي، وهو مسحوق أبيض أو رمادي بلورات رباعي الزوايا.
- يمتلك أكسيد القصدير الرباعي الكثافة 6.85 جم لكل سم مكعب، معامل الانكسار 2.006، صلابة موس 6.5، يذوب عند 1630 درجة مئوية، غير قابل للذوبان في الماء، لكنه قابل للذوبان في القلويات الساخنة المركزة، يتواجد في صورة صلبة، وهو عديم اللون، ودرجة انصهار أكسيد القصدير (IV) هي 2966 فهرنهايت، وغير قابل للذوبان في الماء.
- هيكل أكسيد القصدير الرباعي: يتبلور هيكل الروتيل باستخدام أكسيد القصدير (IV)، نتيجة لذلك فإنه تحتوي ذرات القصدير على ستة إحداثيات بينما تحتوي ذرات الأكسجين على ثلاثة إحداثيات، يُعتقد عمومًا أن (SnO2) هو أحد أشباه الموصلات من النوع (n) الذي يفتقر إلى الأكسجين، وحمض الستانيك هو الاسم الذي يطلق على الأشكال المائية لـ (SnO2).
- إن أكسيد القصدير (IV) أكثر استقرارًا حرارياً من أكسيد القصدير الثنائي (SnO)، وأكسيد القصدير (IV) مذبذب بطبيعته، يتفاعل مع الحمض وكذلك مع القاعدة، يتفاعل مع الأحماض القوية ويشكل أملاح القصدير (IV) كمنتج، يعمل أكسيد القصدير (IV) كعامل مختزل كما هو الحال في هذا المركب القصدير في أعلى حالة أكسدة.
- تتشكل الكبريتات عندما يذوب أكسيد القصدير الرباعي في حامض الكبريتيك، المعادلة الكيميائية معطاة أدناه:
SnO2 + 2 H2SO4 → Sn (SO4) 2 + 2 H2O
- عندما يتفاعل أكسيد القصدير (IV) مع هيدروكسيد الصوديوم فإنه يتشكل الصوديوم (IV) والماء، يحدث هذا التفاعل عند درجة حرارة 350-400 درجة مئوية، المعادلة الكيميائية معطاة أدناه.
SnO2 + 2NaOH → Na2SnO3 + H2O
تحضير أكسيد القصدير الرباعي
- أكسيد القصدير الرباعي مادة صلبة قابلة للذوبان في الماء، يتم تحضير أكسيد القصدير (II) من خلال تسخين هيدروكسيد القصدير (II)، حيث أنه يتم الحصول على الأخير على شكل راسب أبيض عن طريق تفاعل أيونات (+Sn2) مع أيونات الهيدروكسيد، ويتكون أكسيد القصدير الرباعي كمنتج عندما يتفاعل أكسيد القصدير الثنائي مع الأكسجين.
- هذا التفاعل هو تفاعل أكسدة، في هذا التفاعل تتغير حالة أكسدة القصدير من +2 إلى +4، وذلك تبعا للتفاعل التالي:
2SnO + O2 → 2SnO2
- يعطي أكسيد القصدير (II) تفاعلًا غير متناسب عند تسخينه في جو خامل.
4SnO → Sn3O4 + Sn
- في التفاعل أعلاه، يتفاعل (Sn3O4) المتشكل بشكل إضافي مع معدن (SnO) و (Sn) من أجل إنتاج أكسيد القصدير الرباعي و (Sn)، كمنتج نهائي.
Sn3O4 → SnO2 + Sn
- يتم حرق معدن القصدير في الهواء لإنتاج أكسيد القصدير الصناعي (IV)، الإنتاج السنوي بمقياس كيلوطن، في فرن عاكس عند 1200-1300 درجة مئوية، يتم اختزال (SnO2) إلى معدن به كربون.
استخدامات أكسيد القصدير الرباعي
- يمكن استخدام أكسيد القصدير الرباعي، لجعل أجسام السيراميك غير شفافة وكمادة كاشطة خفيفة وكعامل وزن نسيج، كما حددت مراجعة مكونات مستحضرات التجميل أن أكسيد القصدير مكون صحي، بناءً على حقيقة أنه لا يتم امتصاصه بسهولة عبر الجلد، يستخدم أكسيد القصدير في طب الأسنان ولجعل معجون تلميع المعادن الثمينة من أجل تلميع عالي للملغم والمعادن الثمينة عند دمجه مع الماء.
- إن الاستخدام السائد لأكسيد الستانيك هو أن يكون بمثابة مقدمة في إنتاج مركبات أو أملاح القصدير الأخرى خاصة ثلاثية التكافؤ، كما أنه يستخدم بشكل شائع كمعتم في الزجاج، وتعمل إضافة كميات أكبر من أكسيد الستانيك على تعزيز مقاومة الزجاجات وتحويلها من شفاف إلى أبيض معتم، يستخدم أكسيد الستانيك أيضًا في إنتاج الزجاج المخصص من خلال إعطاء الزجاج الشفاف مظهرًا معتمًا يشبه الخزف.
- وقد ثبت أنها مادة تلميع عالية الفعالية للزجاج والصخور المحاجر مثل الرخام والجرانيت والكوارتز، إلى جانب ذلك فإنه يمكن استخدام أكسيد القصدير الرباعي في الإنارة بضوء الأشعة فوق البنفسجية بالاشتراك مع أكسيد السيريوم في شكل سيراميك، كما أن لديها مجموعة واسعة من التطبيقات في مجالات أخرى مثل أشباه الموصلات والمواد الكهروضوئية والخلايا الشمسية وبطاريات الليثيوم أيون والمحفزات الضوئية.
- وكعوامل استشعار الغاز في أجهزة الكشف عن الحالة الصلبة، كما يتم استخدامه للكشف عن أول أكسيد الكربون، يستخدم في زجاج وألوان السيراميك والمعجون ومستحضرات العطور والمنسوجات وبودرة تلميع الفولاذ وصناعة الزجاج الخاص، ويستخدم أكسيد الستانيك أيضًا في صنع الزنجار الأبيض، وفي تلميع الزجاج والمعادن وتصنيع الزجاج الملون، الياقوت، المرمر، المينا، الفخار، المعجون، وهو لاذع في طباعة وصباغة الأقمشة، في ملمعات الأظافر.
