ดีบุก(Tin:Sn) แหล่งดีบุก และประโยชน์ดีบุก

1872

ดีบุก (Tin:Sn) เป็นโลหะในหมู่ IV4 ในตารางธาตุ และอยู่ระหว่างธาตุเจอมาเนียม และตะกั่ว ดีบุกในรูปบริสุทธิ์จะมีลักษณะเป็นของแข็ง สีขาวเงิน มีความอ่อนตัวสูง มีจุดหลอมเหลวต่ำ สามารถผสม และเกาะติดกับโลหะอื่นได้ดี จึงนิยมนำดีบุกมาเคลือบผิวหรือผสมกับโลหะอื่นเพื่อเพิ่มความแข็งแรง ทนต่อการกัดกร่อน และป้องกันการเกิดสนิม เป็นต้น ทั้งนี้ Tin มีต้นศัพท์มาจากคำในภาษาลาติน คือ stannum

advertisement

คุณสมบัติทางกายภาพ เคมี และฟิสิกส์
– ธาตุทรานสิชันตัวแรกของหมู่ IV4 ในตารางธาตุ
– สถานะ : ของแข็ง
– โครงสร้างผลึก : สีขาว แบบ tetragonal, สีเทา แบบ cubic
– เลขอะตอม : 50
– มวลอะตอม : 118.69
– การจัดเรียงอิเลคตรอน : 5s2 5p2
– มีจุดเดือด : 2,270 ºC
– จุดหลอมเหลว : 231.9 ºC
– Atomic radius : 162 pm
– Ionic radius : 122 pma
– Electronegativity : 1.8
– First and second ionization energies : 709;1,413 KJ/mol
– ความหนาแน่น: 5.77 g/cm3 (α:13 ºC), 7.29 g/cm3 (β:18 ºC)

ดีบุกมีรูปแบบผลึกอยู่ 2 แบบ
1. แบบ β ฟอร์ม หรือ ดีบุกขาว (White tin) เสถียรที่อุณหภูมิสูงกว่า 18 ºC แต่ละอะตอมจะมี 4 อะตอมที่อยู่ใกล้ระยะ 3.016 อังสตรอม ดังนั้น แทนที่จะเป็นเตตระฮีดรัลโคออร์ดิเนตแบบในดีบุกเทา ดีบุกขาวจึงมีแต่ละอะตอมในทรงออกตะฮีดรัลที่ผิดรูป
2. แบบ αฟอร์มหรือดีบุกเทา (Gray tin) เสถียรที่อุณหภูมิต่ำกว่า 18 ºC แต่ละอะตอมมี 4 พันธะฮีดรัล เป็นพันธะแบบโควาเลนต์สามมิติทั่วทั้งผลึก ทำให้มีโครงสร้างผลึกคล้ายกับเพชร

โลหะดีบุกที่ใช้งานทั่วไปจะอยู่ในรูปแบบ β ฟอร์ม (ดีบุกขาว) และถึงแม้ว่าอุณหภูมิเปลี่ยนรูปจากดีบุกขาวเป็นดีบุกเทา คือ 18 ºC แต่จะไม่เกิดการเปลี่ยนรูปจากดีบุกขาวเป็นดีบุกเทา ยกเว้นในกรณีที่อุณหภูมิต่ำกว่า 0 ºC [1]

คุณสมบัติของดีบุก
1. มีความต้านทานการกัดกร่อน และไม่เป็นสนิม
2. มีจุดหลอมเหลวต่ำ
3. ต้านทานการเสียดสี (friction)
4. มีความอ่อนตัวสูง สามารตีขึ้นรูปหรือดัดให้โค้งงอได้ง่าย
5. ไม่เป็นพิษต่อร่างกาย
6. เพิ่มความแข็งแกร่งเมื่อผสมกับโลหะอื่น
7. มีสีขาวเป็นเงามัน
8. มีค่าดัชนีความหักเหแสงสูง ทำให้แลดูแวววาว (luster)
9. จับผิวโลหะต่างๆได้ดี จึงนิยมใช้เคลือบโลหะ
10. มีคุณสมบัติในการฆ่าเชื้อ และต้านจุลชีพ

แหล่งดีบุก
แร่ดีบุกในประเทศไทยจะพบได้ในภาคใต้ของทุกจังหวัด ส่วนภาคกลางพบได้ในบางจังหวัด ได้แก่ อุทัยธานี กาญจนบุรี ราชบุรี และเพชรบุรี ส่วนภาคเหนือพบในบางจังหวัดเช่นกัน ได้แก่ ตาก กำแพงเพชร ลำปาง เชียงใหม่ เชียงราย และแม่ฮ่องสอน

แร่ดีบุกในประเทศไทยมีแหล่งผลิตที่สำคัญ คือ ภาคใต้ (ในช่วงปี พ.ศ. 2521-2523)
แต่ปัจจุบันมีการผลิตได้น้อยมาก และส่วนมากจะนำเข้ามาจากต่างประเทศเป็นหลัก โดยมีแหล่งผลิตที่สำคัญ ได้แก่ จีน อินโดนีเซีย และเปรู

สายแร่ดีบุก
ดีบุกเกิดจากสายแร่อุณหภูมิสูงแทรกตัวอยู่ในหินแกรนิต และอาจพบแทรกตัวอยู่ในหินภูเขาไฟ อาทิ หินไรโอไลต์ หรืออยู่ร่วมกับสายแร่อื่นๆในชั้นของหินแกรนิต อาทิ แร่ควอตซ์ แร่ซัลไฟด์ และแร่เปกมาไทต์ เป็นต้น

สายแร่ดีบุกที่พบส่วนใหญ่ และพบในปริมาณมาก คือ แร่แคสซิเทอไรต์ (Cassiterrite : SnO2) หรือที่เรียกในชื่อ Tin Stone ซึ่งมีปริมาณดีบุกมากถึง 78.6% มีผลึกเป็นแบบ tetragonal มีสีน้ำตาลเข้มอมดำ และแวววาวเหมือนเพชร หรืออาจพบสีอื่นปะปนเล็กน้อย อาทิ สีขาว สีแดง สีเหลือง และสีม่วง ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบส่วนอื่นที่ปะปน แร่ชนิดนี้มีความแข็งประมาณ 6-7 และความถ่วงจำเพาะประมาณ 6.98-7.02 สามารถขูดกระจกให้เป็นรอยได้ และหากนำแร่มาขูดกับปูนจะเกิดเป็นผงสีขาว นอกจากนี้ ยังพบดีบุกชนิดอื่นๆ ได้แก่
– สแตนไนต์ (Cu2S.FeS.SnS2)
– ไซลินไดรต์ (Pb3.Sn4.FeSb2.S14)
– ทีลไลต์ (PbSnS6)
– แคนฟิลไดต์ (Ag8SnS6)
– มาลาไยต์ (CaSnSiO3)

Cassiterrite

การทดสอบว่าเป็นแร่แคสซิเทอไรต์หรือไม่ ทำได้โดยนำผงแร่ที่สงสัยใส่บนถังหรือถ้วยสังกะสี จากนั้น เทกรดไฮโดรคลอริกใส่ให้ท่วม และปล่อยทิ้งไว้สักพัก จากนั้น เทกรดออก และล้างน้ำออก หากเป็นแร่แคสซิเทอไรต์ จะเปลี่ยนสีก้อนแร่เป็นสีเทา ตามสมการ

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2
SnO2 + 2H2 = Sn + 2H2O

ปฏิกิริยาดีบุก
แร่แคสซิเทอไรต์ไม่ละลายในน้ำ และกรดไฮโดรคลอริกรวมถึงกรดแร่อื่นๆ ที่อยู่ในอุณหภูมิปกติหรือเย็น แต่จะทำปฏิกิริยากับกรดหรือสารประกอบอื่นๆ ได้แก่
1. ทำปฏิกิริยากับกรดซัลฟูริกเข้มข้นที่อุณหภูมิสูง ได้สารประกอบสแตนนิกซัลเฟต (Sn(SO4))2
2. ทำปฏิกิริยากับสารประกอบฮาโลเจนที่อุณหภูมิมากกว่า 400 ºC เช่น
SnO2 + CCl4 = SnCl4 + CO2
SnO2 + 4NH4I = SnI4 + 2H2O + 2N2

3. ทำปฏิกิริยากับสารประกอบอัลคาไลไฮดรอกไซด์หลอมเหลว ตามสมการ
SnO2 + 2NaOH = Na2SnO3 + H2O

ดีบุกละลายได้ดีในกรดของหมู่ฮาโลเจน (อาทิ กรดไฮโดรคลอริก : HCl)
รวมถึงละลายได้ดีกับกรดซัลฟูริกเข้มข้น ส่วนการละลายในกรดไนตริกจะละลายได้อย่างช้าๆ และสารละลายของดีบุกขณะเย็นจะอยู่ในรูปของไฮเดรตทินออกไซด์ (SnO2.nH2O)

ดีบุกจะไม่ทำปฏิกิริยากับกรดอินทรีย์ในอาหาร แต่จะทำปฏิกิริยากับโลหะหรือสารประกอบในหมู่ฮาโลเจน (คลอรีน โบรมีน และไอโอดีนจะทำปฏิกิริยากับดีบุกทันที) ออกซิเจน ฟอสฟอรัส และซัลเฟอร์ จนได้สารประกอบของดีบุกกับธาตุอื่นๆ ได้แก่ สแตนนิกไอโอไดต์ (SnI4) และสแตนนิกออกไซด์ (SnO2) เป็นต้น

ดีบุกไม่ทำปฏิกิริยาโดยตรงกับไนโตรเจน และสารละลายด่างอ่อน อาทิ แอมโมเนียมไฮดรอกไซด์ และโซเดียมคาร์บอเนต เป็นต้น แต่ดีบุกจะทำปฏิกิริยาได้ดีกับด่างแก่ อาทิ โซเดียมไฮดรอกไซด์ และโปแตสเซียมไฮดรอกไซด์ เป็นต้น จนได้สารประกอบของดีบุก เช่น โซเดียมสแตนเนต (Na2Sn(OH)6) และโปแตสเซียมสแตนเนต (K2Sn(OH)6) เป็นต้น รวมถึงไม่ทำปฏิกิริยากับสารละลายที่เป็นกลาง [2]

ดีบุกไม่ทำปฏิกิริยากับอากาศ และน้ำที่อุณหภูมิห้อง แต่หากอุณหภูมิสูงขึ้น ผิวดีบุกจะเกิดฟิล์มของออกไซด์ขึ้นปกคลุม โดยความหนาของฟิล์มเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น [1]

สารประกอบดีบุก และประโยชน์ดีบุก
ดีบุก ถูกนำมาใช้ตั้งแต่ในยุคสัมฤทธิ์ คือ ใช้เป็นส่วนผสมหลักกับทองแดง จนได้โลหะที่เรียกว่า สำริด หรือ สัมฤทธิ์ หรือเรียกเป็นสากลว่า บรอนซ์ (Bronze)

ดีบุกบริสุทธิ์
1. ดีบุกบริสุทธิ์มีจุดหลอมเหลวต่ำ มีสีขาว และเป็นมันวาว สามารถเกาะติดกับผิวเหล็กหรือโลหะต่างๆได้ดี จึงนำมาเคลือบโลหะได้หลายชนิด อาทิ เหล็ก ทองเหลือง และทองแดง แต่ถูกใช้มากที่สุด คือ งานเคลือบผิวเหล็กด้วยไฟฟ้า
– แผ่นเหล็กเคลือบดีบุก เป็นงานเคลือบดีบุกที่ใช้มากที่สุดของดีบุกที่ผลิตได้ ทำหน้าที่เคลือบผิวเหล็กเพื่อป้องกันการกัดกร่อน และป้องกันการเกิดสนิมบนผิวเหล็ก ได้แก่ การเคลือบผิวกระป๋องเหล็ก สำหรับบรรจุอาหาร และเครื่องดื่ม
2. ท่อดีบุก ใช้ดีบุกบริสุทธิ์หล่อเป็นท่อสำหรับใช้ในการผลิตน้ำหลั่นหรือการผลิตเบียร์
3. ลวดดีบุก ใช้สำหรับเป็นฟิวส์ตัดวงจรไฟฟ้า
4. ขั้วแอโนดดีบุก ใช้สำหรับเป็นขั้วแอโนดในงานชุบโลหะด้วยไฟฟ้า

ดีบุกบริสุทธิ์

ดีบุกผสม
ดีบุกเป็นโลหะอ่อน มีจุดหลอมเหลวต่ำ สามารถผสมรวมกับโลหะอื่นได้ดี เช่น ทองแดง แคดเมียม เงิน สังกะสี อลูมิเนียม และตะกั่ว เป็นต้น เมื่อผสมดีบุกกับโลหะเหล่านี้ จะช่วยเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของโลหะในด้านต่างๆ อาทิ ความแข็งแรง ทนต่อการกัดกร่อน ป้องกันการเกิดสนิม เป็นต้น ตัวอย่างโลหะดีบุกผสม ได้แก่
– Bronze (Sn 20% + Cu 80%)
– Plumbing solders (Sn 96.5% + Ag 3.5% หรือ Sn 97-99% + Cu 1-3% )
– Pewter (Sn 85% + Cu 6.8% + Bi 6% + Sb 1.7%)
– Dental amalgam (Sn 13% + Ag + Hg)

สารประกอบดีบุก

สารประกอบ การใช้ประโยชน์
Stannous oxide : SnO ใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตกระจก AuSn และ CuSn ruby
Stannic oxide : SnO2 ใช้เป็นตัว opacifer ในเซรามิก และเป็นส่วนประกอบของเซรามิก เช่น chrom-tin pink และvanadium-tin yellow
Stannous Chloride : SnCl2 – ใช้ในการทำ steel strip ด้วยวิธีชุบดีบุกด้วยไฟฟ้า
– ใช้เป็นสารคงสภาพของน้ำหอมที่ใช้ผสมในสบู่
Stannous Fluoride : SnF2 ใช้เป็นส่วนผสมของยาสีฟัน ช่วยต้านเชื้อแบคทีเรีย และช่วยป้องกันฟันผุ
Potassium stannate : K2Sn(OH)6
Sodium stannate : Na2Sn(OH)6
Stannous sulfate : SnSO4
ใช้ในกระบวนการชุบดีบุกด้วยไฟฟ้า
Stannous 2-ethyl hexoate : Sn(C8H15O2)2 ใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาใน curing silicone oils และกระบวนการผลิตโฟม
Stannous oxalate : Sn(C2O4) ใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาใน esterification และ coal hydrogenation
Dioctyltin : (C8H17)2SnO ใช้เป็นส่วนผสมของพลาสติกสำหรับคงสภาพของความใส
Bris(tributyltin) oxide : ((C4H9)Sn)2O – ใช้ป้องกันเชื้อราขึ้นเนื้อไม้
– ใช้เป็นส่วนผสมของสีทาท้องเรือ ช่วยป้องกันเชื้อรา และตะไคร่น้ำ
– ใช้ป้องกันเชื้อราขึ้นตามเปลือกต้นไม้
– ใช้เป็นส่วนผสมของยาฆ่าเชื้อโรคในทางการแพทย์
Triphenyltin acetate : (C6H5)3SnOCOCH3
Triphenyltin hydroxide : (C6H5)3SnOH
ใช้เป็นส่วนผสมของยาป้องกัน และกำจัดเชื้อราในทางเกษตร

ที่มา : [2] อ้างถึงในเอกสารหลายฉบับ

พิษดีบุก
1. พิษเฉียบพลัน
พิษเฉียบพลันของดีบุกไม่พบมีรายงานอย่างชัดเจน และพบได้น้อยมาก แต่พบรายงานอาการเฉียบพลัน ได้แก่ มีอาการอาเจียน ปวดท้องรุนแรง แน่นหน้าอก และท้องอืด ซึ่งเกิดขึ้นภายหลังรับประทานอาหารที่บรรจุในกระป๋องที่เคลือบด้วยดีบุก

2. พิษเรื้อรัง
การได้รับดีบุกในติดต่อกันเป็นระยะเวลานานจะทำให้เกิดอาการปวดท้อง มีอาการคลื่นไส้ อาเจียน ท้องผูก และน้ำหนักลด บางรายมีอาการเจ็บคอ และมีไข้ ปวดตามข้อ และกล้ามเนื้อ และบางรายเป็นโรคโลหิตจาง

สำหรับบางคนที่สูดดมทินออกไซด์ติดต่อกันเป็นเวลานานจะทำให้เกิดโรคปอดแข็ง ผู้ป่วยหายใจสั้น ถี่ และหายใจแรง ร่วมกับมีอาการไอในบางครั้ง [3]

เอกสารอ้างอิง
[1] อภิรดี สุนทราภา, 2549, การนำกลับดีบุกจากน้ำเสียโดยใช้วิธี-
การตกตะกอนทางเคมีและวิธีทางไฟฟ้าเคมี.
[2] จุฑาทิพย์ นมะหุต, 2540, การใช้สารประกอบดีบุกอนินทรีย์-
เป็นสารลดการติดไฟในวัสดุพอลิเมอร์.
[3] วิลาวรรณ์ จันทรประทิน, 2542, การกำจัดปรอทและการแยกโลหะเงิน-
ออกจากโลหะเจืออะมัลกัมที่เหลือทิ้งจากการบูรณฟัน.

advertisement