علوم الأرض والجيولوجيا

نبذة تعريفية عن عنصر الخارصين واستعمالاته المختلفة

1998 موسوعة الكويت العلمية للأطفال الجزء التاسع

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

عنصر الخارصين استعمالات الخارصين علوم الأرض والجيولوجيا

الخارصين عنصـر فلزي، أبيض مشوب بزرقة، رمزه الكيميائي باللغة العربية "خ" ويعرف أيضا باسم الزنك لذلك يرمز له بالرمز Zn باللغات الأجنبية.

وهو نشيط كيميائيا ولا يوجد في الطبيعة على الصورة المنفردة بل يوجد على هيئة خامات أهمها "السفاليريت"، وهو كبريتيد الخارصين. 

ومنه يستخلص أكثر من 90% من إنتاج العالم من الخارصين، وخام "الكالامين"، وهو كربونات الخارصين، الذي كان يعد مصدره الوحيد تقريبا حتى عام 1880.

 

ولقد استخدم المصـريون القدماء سبائك الخارصين وبخاصة سبيكته مع النحاس، المعروفة باسم النحاس الأصفر، إلا أن الهنود والصينيين استطاعوا فصله في الحالة الفلزية المنفردة في القرن الثالث عشر.

ولإنتاج الفلز من خاماته يحمص الخام في تيار من الهواء، حيث يتحول الخارصين إلى أكسيد الخارصين.

يسخن الأكسيد مع الفحم أو الكوك في بواتق كبيرة حيث يعمل الفحم على اختزال الأكسيد إلى فلز الخارصين الذي يتطاير بخاره ليلتقطه مكثف محكم يعمل على اصطياده وتكثيفه

 

وقد حلت محل هذه الطريقة القديمة طرق حديثة تعتمد على معالجة أكسيد الخارصين بحمض الكبريتيك المخفف ثم إجراء تحليل كهربائي لكبريتات الخارصين حيث يكون الخارصين الناتج على درجة عالية من النقاوة.

وينصهر الخارصين عند 420° س (م) ويغلي عند 907° س (م)، وينقصف عند درجات الحرارة العادية، لكنه يصبح طروقا، أي يمكن طرقه وسحبه إلى صفائح. 

إذا سخن إلى درجة 100 – 150° س (م). أم إذا سخن إلى درجة اعلى من ذلك تغيرت خواصه بسـرعة حتى إنه قد يتحول إلى مسحوق إذا سخن عند 200° س (م).

 

ويكون الفلز بعد صبه مباشرة أبيض نقيا، ويظل كذلك لفترات طويلة في الأجواء الجافة، إلا أنه ما يلبث أن يكبو لونه ويصبح رماديا مشـربا بزرقة.

ومن خواصه أنه يحترق إذا سخن لدرجة التبخر مكونا لهبا قويا له لون أبيض مشوب بزرقة، ويتحول إلى مادة بيضاء هي أكسيد الخارصين.

ويعد الخارصين رابع الفلزات من حيث حجم الإنتاج العالمي إذ لا يسبقه في ذلك إلا الحديد والألومنيوم والنحاس.

 

وتتعدد استعمالات الخارصين وتتنوع ما بين استعماله في الحالة الفلزية المنفردة أو مع غيره من الفلزات على هيئة سبائك أو على هيئة مركباته الكيميائية.

وتقوم جميع استعمالاته على أساس فعاليته الكيميائية من جانب وسهولة انصهاره ومتانته المعقولة من جانب آخر.

لذلك نجد أن حوالي 25% من الإنتاج العالمي منه يستعمل في حماية المشغولات الحديدية والفولاذية من التآكل، وذلك إما بغمرها في مصهور الخارصين فيما يعرف بعملية الجلفنة، أو برش المشغولات ذات الأحجام الضخمة بعد تنظيف أسطحها بمسحوق الخارصين ثم تسخينه حتى يتم انصهاره عليها، أو برشها بالمصهور مباشرة باستعمال رشاشات خاصة.

 

وترجع قدرة الخارصين على حماية الحديد من التآكل إلى قابلية الخارصين للتفاعل مع أكسيجين الهواء الجوي في الأجواء الرطبة ووجود ثاني أكسيد الكربون مكونا طبقة رقيقة على سطحه من كربونات الخارصين القاعدية التي تحمي الخارصين نفسه من التآكل.

وبذلك يمنع الأكسجين والرطوبة من الوصول إلى الأجزاء الحديدية. وحتى إذا تحطمت طبقة الكربونات أو تفتتت فإن الخارصين يظل قادرا على حماية الحديد.

ولكن من خلال ما يعرف بالحماية الكهربائية، أو الحماية الكاثودية، والتي تجد استعمالا واسعا في منع تآكل المنشآت الحديدة والفولاذية الموجودة تحت سطح الأرض وتحت المياه كالخزانات وأنابيب البترول وأجسام السفن والأجزاء المعدنية من الأرصفة البحرية.

 

وتقوم فكرة الحماية الكاثودية أو المهبطية على أساس أن الخارصين يسبق الحديد في السلسلة الكهربائية الكيميائية، ولذلك فإنه يسبقه في النشاط الكيميائي والتفاعل مع الوسط الذي يوجدان فيه معا.

ومن أجل ذلك تثبت في هذه المنشآت أقطاب من الخارصين تعمل كأقطاب موجبة في الدائرة الكهربائية التي تنشأ عن عملية التآكل حيث يتآكل الخارصين مضحيا بنفسه من أجل حماية المنشأة الحديدية التي تشكل عندئذ القطب السالب (او الكاثود) في هذه الدائرة.

ويستخدم الخارصين على نطاق واسع في صناعة السبائك التي يرجع بعضها إلى الأزمان الموغلة في القدم، مثل سبيكته مع النحاس التي تعرف تجاريا بالنحاس الأصفر، وتعرف عربيا بالصفر أو الشبه، وتستهلك وحدها حوالي 20% من إنتاج الخارصين.

 

وتحتوي هذه السبيكة على 30% من وزنها من الخارصين. وهي أكثر متانة من النحاس، وأقل منه قابلية للتآكل.

أما السبائك الحديثة للخارصين فتستهلك حوالي 40% من الإنتاج العالمي، وتعرف باسم سبائك التشكيل القولبي. وهي تحتوي على حوالي 96% خارصين وحوالي 4% ألومينيوم، وكميات ضئيلة من المغنيسيوم، وأحيانا النحاس.

 

ويتم التشكيل بدفع مصهور السبيكة تحت ضغط عال للغاية من خلال محقن إلى قوالب فولاذية ذات أشكال محددة فيحاكي المسبوك الناتج أبعاد القالب الفولاذي بدرجة غاية في الدقة عند التبريد السـريع للقالب. وتتميز مسبوكات الحقن هذه بخصائص ميكانيكية قوية، وأبعاد دقيقة مقارنة بمثيلاتها التي تصب في قوالـب من الرمل.

ونظرا لإمكانية طلائها كهربائيا لذلك شاع استعمال هذه المسبوكات في صناعة أجزاء كثيرة من السيارة، مثل خلاطات الوقود ومضخاته، ومقابض الأبواب وأجزاء عدادات التاكسـي، كما تصنع منها لعب الأطفال معقدة التركيب.

 

أما مركبات الخارصين فأوسعها استخداما هو أكسيد الخارصين الذي يستعمل مالئا في صناعة إطارات السيارات وفي إنتاج المطاط الأبيض، كما يستعمل في صناعة الطلاءات والسيراميك لقدرته على الاحتفاظ بلونه الأبيض الناصع حتى في الأجواء التي تحتوي على غازات كبريتية.

ويرجع استعماله في المراهم الجلدية ومستحضـرات التجميل لخصائصه القابضة وعدم سميته.

أما كبريتيد الخارصين فيستخدم مخلوطا مع كبريتات الباريوم في صناعة الخضاب الأبيض للبويات، والمعروف تجاريا باسم "الليثوبون"، ويتميز بكبر معامل انكساره ومقاومته اصفرار اللون في الأجواء التي تحتوي على كبريتيد الهدروجين.

كذلك يستخدم مادة فوسفورية في صناعة شاشات التليفزيون، وفي صناعة البويات الإرشادية التي ينطلق منها إشعاع مرئي عندما تنار بالأشعة الضوئية.

 

وفي الوقت الذي يجد فيه كلوريد الخارصين استعمالا واسعا كمساعد صهر في عملية اللحام الكهربائي لقدرته الفائقة على إذابة أكاسيد المعادن، مما يخفض كثيرا من درجة انصهارها، فإنه معروف باستعماله في صناعة أسمنت الأسنان ومادة لحشوها.

كما يستعمل مالئا في صناعة الأحبار البيضاء، وعامل تلميع في صناعة السيراميك. أما قدرته على قتل الحشـرات والكائنات الدقيقة فتقف وراء استعماله في حفظ الأخشاب وزيادة مقاومتها للحريق.

 

وتستخدم كميات كبيرة من كبريتات الخارصين في صناعة الحرير الصناعي كما تضاف إلى الأسمدة والمخصبات الزراعية لتعويض التربة عن نقص محتواها من الخارصين.

بقي أن نعرف أنه قد ثبتت أهمية الخارصين كأحد العناصر الضئيلة أو الشحيحة اللازمة لنمو النبات أو الإنسان، إذ يدخل الخارصين في التركيب الكيميائي لكثير من الإنزيمات داخل جسم الإنسان بحيث يؤدي نقصه إلى إعاقة النمو وتأخر البلوغ والإصابة بالأنيميا (فقر الدم)، ويبلغ ما يحتويه الجسم من هذا العنصر حوالي 2 جم.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]
اظهر المزيد

مقالات ذات صلة

إغلاق