Олова

Характеристики и свойства олова, его преимущества и недостатки как строительного материала

Олова

Олово – один из семи древнейших металлов, то есть, известных человеческой цивилизации. Олово входит в состав бронзы – сплава, имеющего в прошлом настолько большое значение, что соответствующий период времени называют «бронзовым веком».

Сейчас столь большое значение олово утратило, однако продолжает использоваться. Поэтому сегодня нами будут рассмотрены понятие, особенности, формула олова, его техническое значение и области применения, цена за а 1 кг лома металла и подобные нюансы.

Часто возникают споры о том, олово — это металл или неметалл. Химический элемент олово – Sn, помещается в 14 группе таблицы элементов Д. И. Менделеева в 5 периоде вместе с углеродом, кремнием и германием. Такое расположение указывает на амфотерность вещества: оно проявляет и кислотные, и основные свойства.

Молекулярный вес – 50, то есть, вещество относится к категории легких.

Об олове как уникальном элементе расскажет данный видеоролик:

Олово – легкий, ковкий, пластичный металл белого цвета с мягким серебристым блеском. Со временем блеск на изделиях тускнеет, что, как правило, недостатком не считается. Металл относится к редким рассеянным элементам, что затрудняет его добычу.

Применение олова напрямую связано с его свойствами:

  • температура плавления олова – +231,9 С;
  • температура кипения – 2600 С;
  • температура литья – 260–300 С, что и обуславливает превосходную ковкость, как самого металла, так и сплавов из него;
  • теплопроводность при нормальной температуре – 65,8 Вт/(м•К);
  • удельная электропроводность – 8,69 МСм/м;
  • сопротивление разрыву – до 20 МПа.

Все свойства металлов оцениваются при нормальной температуре, то есть, при 20 С. Соответственно, данные применимы для той модификации вещества, которая устойчива при этой температуре.

Олово совершенно нетоксично, не воздействует на человеческий организм, а потому применяется в пищевой промышленности. Использование оловянной посуды или трубопровода для водоснабжения тоже вреда не причинят.

В человеческом организме элемент встречается в основном в костях, где способствует процессу нормального обновления костной ткани.

Олово относится к макроэлементам: для нормального функционирования человеку необходимо от 2 до 10 мг в сутки.

На деле металл попадает в организм с пищей в куда большем количестве, но, так как кишечник в состоянии усвоить не более 3–5% поступлений, то отравление невозможно.

Недостаток макроэлемента в первую очередь замедляет рост, а также обуславливает потерю слуха, облысение, изменение состава костной ткани. А вот поглощение паров олова или пыли, содержащей его соединения, к отравлению привести могут.

Свойства металла

Олово – металл непрочный. Куда больший интерес для современного народного хозяйства представляет его высокая коррозийная стойкость. Оловянное покрытие издавна применяется для защиты металлических предметов, в частности, консервных банок.

Еще одно интересное свойство – способность соединять собой разные металлы, образуя прочную, устойчивую к внешним воздействиям связь. Используют для этого как само олово – в частности, для лужения посуды и предметов быта, так и припои – сплавы металла со свинцом. Сплав относят к категории мягких припоев и активно применяют в электро- и радиотехнике.

По своим качествам и внешнему виду вещество ближе всего к алюминию. На деле сходство это весьма относительное. Оба металла относятся к легким, оба нечувствительны к коррозии и действию погодных факторов. Однако алюминий нестоек к действию кислот и щелочей, даже слабых – уксусной кислоты, например, в то время как олово реагирует только с концентрированными сильными кислотами.

Далее мы расскажем об интересных преимуществах и недостатках олова, его физических и химических свойствах, о производстве и использовании материала.

Плюсы и минусы

В строительстве металл используется весьма ограниченно, поскольку не обладает механической прочностью, стойкостью к разрыву и так далее. Гораздо чаще применение находят сплавы.

Преимущества:

  • ковкость – имеет значение при изготовлении предметов быта. И посуда, и светильники, и подставки, и декоративные предметы могут выглядеть необыкновенно красиво. При этом температура ковки невелика, а, значит, незначительно удорожает изделие;
  • инертность делает металл применимым в пищевой промышленности, поскольку он никак не взаимодействует с органическими кислотами или основаниями;
  • низкая температура плавления облегчает процесс нанесения металла на поверхность и снижает энергопотери;
  • олово и его сплав со свинцом – самый известный, распространенный и доступный мягкий припой;
  • металл и его сплавы являются антифрикционными. Если вращающиеся и соприкасающиеся детали изготовить из самого вещества нельзя, то оловянное покрытие такой части машины значительно снижает трение, а, значит, защищает от преждевременного износа.

Недостатки:

  • К условным недостаткам металла относят его непрочность. Олово совершено не годится для производства любых деталей и частей, от которых требуется стойкость к нагрузкам;
  • это элемент редкий, добыча и выплавка его довольно дороги, так что и само вещество оказывается дорогостоящим.

Сказать точно, сколько стоит 1 кг олова достаточно трудно, так как стоимость металлов постоянно меняется.

О том, что делать, если не липнет олово, расскажет специалист в видео ниже:

Металлы однородны по структуре, однако при разных температурах могут существовать разные структуры. Причем фазы заметно отличаются друг от друга по свойствам.

  • Наиболее известна β-модификация металла, поскольку именно она наличествует при температуре в 20 С. Устойчивой она становится при 13,2 С, и именно ее свойства – теплопроводность, температура кипения, и приводятся в качестве свойств металла.
  • Однако при температуре ниже 13,2 С вещество переходит в α-модификацию, так называемое серое олово. У α-модификации другая кристаллическая решетка, вещество обладает меньшей плотностью, не пластично и ковкостью не отличается.

Переход из β -модификации в α- сопровождается изменением в объеме – из-за разницы в плотности, а это приводит к разрушению оловянного изделия. Явление известно как «оловянная чума». Эта особенность очень ограничивает область применения металла.

  • В температурном диапазоне от 161 до 232 С существует γ-фаза. Однако ее свойства интересны только специалистам.

В природе олове встречается в горных породах, как рассеянный элемент, но может иметь и минеральные формы. Самая известная из последних – касситерит, оксид металла, а также станин, оловянный колчедан – его соединение с серой. Разрабатываются и другие минералы.

Производство материала

Выгодным делом является разработка руды с долей олова 0,1%. На деле эксплуатируются месторождения, где руда еще более бедна – до 0,01%. Добыча минерала производится разными методами в зависимости от характера месторождения – россыпное или коренное.

Основу россыпного месторождения составляют пески. Суть добычи сводится к промывке песка и концентрирования рудного минерала. Разработка коренного сложнее, так как подразумевают сооружение и эксплуатацию шахт.

  • Концентрат оловянного минерала перевозится на завод по плавке цветного металла. Здесь концентрат еще раз обогащается, затем измельчается и промывается.
  • Полученный таким образом рудный шлих восстанавливают в специальных печах. Процесс повторяют не менее 2 раз, поскольку шлак после полного восстановления содержит чересчур много вещества.
  • На последнем этапе черновое олово рафинируют – очищают от примесей термическим или электролитическим методом.

Полученный материал используют по назначению.

Главным свойством, которое определяет область использования металла, является его коррозионная стойкость. Причем олово не только само нечувствительно к химически агрессивным веществам, но и сообщает эту особенность большинству сплавов.

  • Более 50% всего производимого в мире металла используется для получения белой жести, то есть, листа, а чаще, предмета из стали, покрытого тончайшим слоем олова. Эту технологию впервые использовали для защиты консервных банок и применяют до сих пор.
  • Олово можно раскатывать, поэтому из него производят тонкостенные трубы. Бытовое применение их, однако, весьма ограничено, поскольку такие изделия не переносят низких температур.
  • А вот сантехника, фурнитура и другие аксессуары весьма популярны и всем известны. Материал гигиеничен, обладает более низкой теплопроводностью, чем сталь, например, поэтому активно используется при изготовлении ванн и умывальников.
  • Из олова изготавливают посуду, мелкие предметы быта и декора, ювелирные украшения. Причиной этому – прекрасная ковкость и красивый неяркий цвет металла олова.
  • Очень большая доля вещества используется для получения сплавов. Первое место занимает, конечно, производство бронзы. Последняя идеально соединяет прочность и стойкость к коррозии, что делает ее очень востребованным декоративно-строительным материалом.
  • Не менее известны и популярны припои. Причем в этом случае олово может использоваться и самостоятельно – для посуды, например, и в составе сплава.
  • Олово – тонально-резонансный металл. И бронза, и сплав металла со свинцом применялись и применяются при изготовлении музыкальных инструментов. Бронзовые колокола известны с очень древних времен. Органные трубы получают из сплава со свинцом. Причем именно его количество в сплаве определяет тон изделия.

Олово – легкий и непрочный металл, но зато отличающийся прекрасной стойкостью к коррозии и ковкостью. Именно эти свойства и обуславливают применение олова.

Данное видео расскажет, как расплавить олово в домашних условиях:

Источник: http://stroyres.net/metallicheskie/vidyi/tsvetnyie/olovo/harakteristiki-preimushhestva-i-nedostatki.html

Олово: степени окисления и реакции с ним

Олова
[Deposit Photos]

Олово – это легкий металл с атомным номером 50, который находится в 14-й группе периодической системы элементов.

Этот элемент был известен еще в древности и считался одним из самых редких и дорогих металлов, поэтому изделия из олова могли позволить себе самые богатые жители Римской Империи и Древней Греции.

Из олова изготавливали специальную бронзу, которой пользовались еще в третьем тысячелетии до нашей эры. Тогда бронза была самым прочным и популярным сплавом, а олово служило одной из примесей и использовалось более двух тысяч лет.

На латыни этот металл называли словом «stan­num», что означает стойкость и прочность, однако таким названием ранее обозначался сплав свинца и серебра. Только в IV веке этим словом начали называть само олово.

Само же название «олово» имеет множество версий происхождения. В Древнем Риме сосуды для вина делались из свинца.

Можно предположить, что оловом называли материал свинец, из которого изготавливали сосуды для хранения напитка оловина, употребляемого древними славянами.

В природе этот металл встречается редко, по распространенности в земной коре олово занимает всего лишь 47-е место и добывается из касситерита, так называемого оловянного камня, который содержит около 80 процентов этого металла.

Касситерит [Deposit Photos]

Так как олово является нетоксичным и весьма прочным металлом, он применяется в сплавах с другими металлами. По большей части его используют для изготовления белой жести, которая применяется в производстве банок для консервов, припоев в электронике, а также для изготовления бронзы.

Физические свойства олова

Этот элемент представляет собой металл белого цвета с серебристым отблеском.

Серое и белое олово [Wikimedia]

Если нагреть олово, можно услышать потрескивание. Этот звук обусловлен трением кристалликов друг о друга. Также характерный хруст появится, если кусок олова просто согнуть.

Олово весьма пластично и ковко. В классических условиях этот элемент существует в виде «белого олова», которое может модифицироваться в зависимости от температуры.

Например, на морозе белое олово превратится в серое и будет иметь структуру, схожую со структурой алмаза. Кстати, серое олово очень хрупкое и буквально на глазах рассыпается в порошок.

В связи с этим в истории есть терминология «оловянная чума».

via GIPHY

Раньше люди не знали о таком свойстве олова, поэтому из него изготавливались пуговицы и кружки для солдат, а также прочие полезные вещи, которые после недолгого времени на морозе превращались в порошок. Некоторые историки считают, что именно из-за этого свойства олова снизилась боеспособность армии Наполеона.

Получение олова

Основным способом получения олова является восстановление металла из руды, содержащей оксид олова(IV) с помощью угля, алюминия или цинка.

SnO₂ + C = Sn + CO₂

Особо чистое олово получают электрохимическим рафинированием или методом зонной плавки.

Химические свойства олова

При комнатной температуре олово довольно устойчиво к воздействию воздуха или воды. Это объясняется тем, что на поверхности металла возникает тонкая оксидная пленка.

На воздухе олово начинает окисляться только при температуре свыше 150 °С:

Sn + O₂ → SnO₂

Волокна SnO₂ в оптическом микроскопе [Wikimedia]

Если олово нагреть, этот элемент будет реагировать с большинством неметаллов, образуя соединения со степенью окисления +4 (она более характерна для этого элемента):

Sn + 2Cl₂ → SnCl₄

Взаимодействие олова и концентрированной соляной кислоты протекает довольно медленно:

Sn + 4HCl → H₂[SnCl₄] + H₂

С концентрированной серной кислотой олово реагирует очень медленно, тогда как с разбавленной в реакцию не вступает вообще.

Очень интересна реакция олова с азотной кислотой, которая зависит от концентрации раствора. Реакция протекает с образованием оловянной кислоты, H₂S­nO₃, которая представляет собой белый аморфный порошок:

3Sn + 4H­NO₃ + nH₂O = 3H₂S­nO₃·nH₂O + 4NO

Если же олово смешать с разбавленной азотной кислотой, этот элемент будет проявлять металлические свойства с образованием нитрата олова:

4Sn + 10H­NO₃ = 4Sn(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + 3H₂O

Нагретое олово нагреть может реагировать со щелочами с выделением водорода:

Sn + 2KOH + 4H₂O = K₂[Sn(OH)₆] + 2H₂

Здесь вы найдете безопасные и очень красивые эксперименты с оловом.

Степени окисления олова

В простом состоянии степень окисления олова равняется нулю.Также Sn может иметь степень окисления +2: оксид олова(II) SnO, хлорид олова(II) SnCl₂, гидроксид олова(II) Sn(OH)₂.Степень окисления +4 наиболее характерна для оксида олова(IV) SnO₂, галогенидах(IV), например хлорид SnCl₄, сульфид олова(IV) SnS₂, нитрид олова(IV) Sn₃N₄.

Источник: https://melscience.com/RU-ru/articles/olovo-stepeni-okisleniya-i-reakcii-s-nim/

Основные физические свойства олова

Олова

 
Олово — металл, служивший человеку с незапамятных времен. Физические свойства олова обеспечили его основополагающую роль в истории человечества. Без него невозможно существование бронзы, остававшейся на протяжении многих веков единственным сплавом, из которого человек изготовлял практически все — от орудий труда до ювелирных украшений.

Олово — металл использующийся человеком с давних времен

Физические свойства олова

При нормальном давлении и температуре 20°C олово идентифицируется как металл с блеском бело-серебристого цвета. Медленно тускнеет на воздухе вследствие образования оксидной пленки.

Для олова, как и для всех металлов, характерна непрозрачность. Свободные электроны металлической кристаллической решетки заполняют межатомное пространство и отражают световые лучи, не пропуская их. Поэтому находясь в кристаллическом состоянии, металл имеет характерный блеск, а в порошкообразном виде этот блеск утрачивает.

Обладает отличной ковкостью, т. е. легко подвергается обработке с помощью давления. Ковкость олову придает его высокая пластичность в сочетании с низким сопротивлением деформации.

Пластичность металла позволяет раскатать его в тонкую фольгу, называемую станиолем или оловянной бумагой. Ее толщина колеблется от 0,008 до 0,12 мм.

Ранее станиоль находил применение в качестве подложки при изготовлении зеркал и в электротехнике при производстве конденсаторов, пока не был полностью вытеснен алюминиевой фольгой.

У олова свойства достаточно мягкого металла. Его твердость по шкале Бринелля составляет 3,9–4,2 кгс/мм².

Относится к легкоплавким металлам. Температура плавления олова — 231,9°C — способствует быстрому извлечению его из руды. Олово просто сплавляется с другими металлами, что обеспечивает его обширное применение в промышленности.

Плотность при температуре 20°C составляет 7,29 г/см³. По этому показателю олово в 2,7 раза тяжелее алюминия, но легче серебра, золота, платины и приближено к плотности железа (7,87 г/см³).

Металл закипает при высокой температуре, равной 2620°C, долго оставаясь жидким в расплаве.

Химически чистое олово при обычной температуре обладает незначительной прочностью. При растяжении предел механической прочности составляет всего 1,7 кгс/мм², а относительное удлинение — 80–90%.

Эти характеристики говорят о том, что деформировать оловянный прут можно без особых усилий в разных направлениях.

При этом смещение слоев кристаллической решетки металла относительно друг друга сопровождается специфичным треском.

Полиморфизм олова

Полиморфизм (аллотропия) — физическое явление, основанное на перестроении атомов или молекул веществ в твердом состоянии, что влечет за собой изменение их свойств. Каждая полиморфная модификация устойчиво существует только в строго определенном интервале значений температур и давлений.

Любой металл обладает специфической кристаллической решеткой. При изменении внешних физических условий кристаллическая решетка может меняться. Полиморфизм металлов используют при их термической обработке в промышленности.

Олово — металл по разному реагирующий на химические воздействия

Химические свойства олова определяются его положением в периодической системе элементов Д. И. Менделеева и предусматривают амфотерность, т. е. способность проявлять как основные, так и кислотные свойства. Напрямую зависят от полиморфизма олова физические свойства.

Для металла известны три аллотропные модификации: альфа, бета и гамма. Полиморфная перестройка кристаллических решеток возможна вследствие изменения симметрии электронных оболочек атомов под воздействием разных температур.

  1. Для серого олова (α-Sn) характерна гранецентрированная кубическая кристаллическая решетка. Размер элементарной ячейки решетки здесь большой. Это напрямую отражается на плотности. Она меньше, чем у белого олова: 5,85 и 7,29 г/см³ соответственно. По электропроводности альфа-модификация относится к полупроводникам. По магнетизму — к диамагнетикам, т. к. под внешним магнитным воздействием намагничивается против направления внутреннего магнитного поля. Альфа-олово существует до температуры 13,2°C в виде мелкодисперсного порошка и практического значения не несет.
  2. Белое олово (β-Sn) является самой устойчивой аллотропной модификацией с объемноцентрированной тетрагональной кристаллической решеткой. Существует в диапазоне температурных значений от 13,2 до 161°С. Очень пластично, мягче золота, но тверже свинца. Среди остальных металлов обладает средним значением теплопроводности. Металл относят к проводникам, хотя электропроводность у бета-модификации относительно низкая. Этим свойством пользуются, чтобы уменьшить электропроводность какого-либо сплава путем добавления олова. Является парамагнетиком, т. е. во внешнем магнитном поле намагничивается в направлении внутреннего магнитного поля.
  3. Гамма-модификация (γ-Sn) обладает ромбической кристаллической решеткой, устойчива в диапазоне температур от 161 до 232°С. С увеличением температуры пластичность возрастает, но, достигнув температуры фазового перехода в 161°С, металл полностью утрачивает это свойство. Гамма-модификация имеет большую плотность при высокой степени хрупкости, т. е. сразу рассыпается в порошок, поэтому практического применения не имеет.

Особенности полиморфного перехода β→α

Процесс перехода из одной полиморфной модификации в другую происходит при изменении температуры. При этом наблюдают скачкообразные изменения физико-химических свойств металла.

Выше температуры 161°С бета-олово обратимо превращается в хрупкую гамма-модификацию. Ниже температуры 13°С бета-модификация необратимо переходит в порошкообразное серое олово.

Данный полиморфный переход совершается с очень малой скоростью, но стоит только на бета-олово попасть крупинкам альфа-модификации, как плотный металл рассыпается в пыль. Поэтому полиморфный переход β→α иногда называют «оловянной чумой».

Обратно альфа-модификация переводится в бета-модификацию только путем переплавки.

Фазовый переход β→α значительно ускоряется при минусовых температурах окружающей среды и сопровождается увеличением удельного объема металла примерно на 25%, что приводит к его рассыпанию в порошок.

У олова есть уникальная реакция на мороз «оловянная чума»

В истории есть случаи, когда оловянные изделия на морозе становились серым порошком, обескураживая своих хозяев. «Оловянная чума» встречается редко и характерна лишь для химически чистого вещества. При наличии даже мельчайших примесей переход металла в порошок сильно замедляется.

Интересно предположение некоторых историков, что победу российскому императору Александру I над французской армией под командованием Наполеона Бонапарта помогла одержать «оловянная чума». При сильных морозах пуговицы на шинелях французов просто рассыпались в прах, и солдаты, замерзая, потеряли боеспособность.

Заключение

Олово обладает всеми типичными физическими свойствами металлов, а его полиморфизм по-своему удивителен.

Без уникальной тягучести и пластичности этого металла невозможно представить себе современную промышленность. Почти половина от мировой добычи олова используется для производства пищевой жести.

Оставшаяся половина расходуется для изготовления сплавов и различных соединений, применяемых во всех хозяйственных отраслях.

Источник: https://ometallah.com/svojstva/olova.html

О́ЛОВО

Олова

Авторы: Л. Ю. Аликберова

О́ЛОВО (лат. Stannum), Sn, хи­мич. эле­мент IV груп­пы ко­рот­кой фор­мы (14-й груп­пы длин­ной фор­мы) пе­рио­дич. сис­те­мы; ат. н. 50, ат. м. 118,710.

При­род­ное оло­во со­дер­жит 10 изо­то­пов 112Sn (0,97%), 114Sn (0,66%), 115Sn (0,34%), 116Sn (14,54%), 117Sn (7,68%), 118Sn (24,22%), 119Sn (8,58%), 120Sn (32,59%), 122Sn (4,63%), 124Sn (5,79%; сла­бо ра­дио­ак­ти­вен, β-из­лу­ча­тель, Т1/2 бо­лее 1017 лет). Ис­кус­ст­вен­но по­лу­че­ны ра­дио­изо­то­пы с мас­со­вы­ми чис­ла­ми 100–137. 

Историческая справка

О. из­вест­но с дои­сто­рич. вре­мён, упо­ми­на­ет­ся в Вет­хом За­ве­те. По сви­де­тель­ст­ву Го­ме­ра, ру­ды О. до­бы­ва­ли на Кас­си­те­ри­дах – Бри­тан­ских о-вах. Спла­вы О. с ме­дью (брон­зы) из­вест­ны с 3-го тыс. до н. э., чис­тый ме­талл со 2-го тыс. до н. э. В древ­но­сти из О. де­ла­ли ук­ра­ше­ния, по­су­ду, ут­варь.

В Древ­нем Егип­те из О. де­ла­ли ук­ра­ше­ния, на­па­ян­ные на др. ме­тал­лы. С кон. 13 в. в Зап. Ев­ро­пе из О. из­го­тав­ли­ва­ли со­су­ды, цер­ков­ную ут­варь, па­рад­ные ча­ши, блю­да, куб­ки с рель­еф­ны­ми изо­бра­же­ния­ми (гер­бы, ми­фо­ло­гич., жан­ро­вые сце­ны). В Рос­сии из­де­лия из О.

(ра­мы зер­кал, ут­варь) по­лу­чи­ли ши­ро­кое рас­про­стра­не­ние в 17–18 вв. 

Лат. на­зва­ние эле­мен­та, ве­ро­ят­но, свя­за­но с санскр. stha – стой­ко дер­жать­ся, sthavan – проч­но. Про­ис­хо­ж­де­ние рус. назв. «О.» точ­но не ус­та­нов­ле­но.

Распространённость в природе

Со­дер­жа­ние О. в зем­ной ко­ре 8·10–3% по мас­се. Са­мо­род­ное О. в при­ро­де не встре­ча­ет­ся. Из­вест­но ок. 20 ми­не­ра­лов О. Пром. зна­че­ние име­ет кас­си­те­рит (оло­вян­ный ка­мень) SnO2, в мень­шей сте­пени – стан­нин (оло­вян­ный кол­че­дан) Cu2FeSnS4 (см. Оло­вян­ные ру­ды). Кон­цен­три­ро­ва­ние О.

свя­за­но как с маг­ма­тич. про­цес­са­ми (из­вест­ны «оло­во­нос­ные гра­ни­ты», пег­ма­ти­ты, обо­га­щён­ные О.), так и с гид­ро­тер­маль­ны­ми про­цес­са­ми; кас­си­те­рит встре­ча­ет­ся так­же в рос­сы­пях. В био­сфе­ре О.

миг­ри­ру­ет сла­бо, в мор­ской во­де его лишь 3·10–7%; из­вест­ны вод­ные рас­те­ния с по­вы­шен­ным со­дер­жа­ни­ем Sn. 

Свойства

Кон­фи­гу­ра­ция внеш­ней элек­трон­ной обо­лоч­ки ато­ма О. 5s25p2; в со­еди­не­ни­ях обыч­но про­яв­ля­ет сте­пе­ни окис­ле­ния +2 и +4, по­след­няя бо­лее ус­той­чи­ва; энер­гии ио­ни­за­ции при пе­ре­хо­де от Sn0 к Sn5+ со­от­вет­ст­вен­но 7,34, 14,63, 30,50, 40,73 и 70,30 эВ; элек­тро­от­ри­ца­тель­ность по По­лин­гу 1,8; атом­ный ра­ди­ус 158 пм. 

В сво­бод­ном со­стоя­нии О. – бле­стя­щий се­реб­ри­сто-бе­лый ме­талл, тя­жё­лый, мяг­кий и пла­стич­ный; tпл 231,9 °C, tкип 2629 °C. Об­ра­зу­ет две по­ли­морф­ные мо­ди­фи­ка­ции. Кри­стал­лич. ре­шёт­ка обыч­но­го β-Sn (бе­ло­го О.) тет­ра­го­наль­ная, плот­ность 7265 кг/м3 (20 °С). Ни­же 13,2 °С ус­той­чи­во α-Sn (се­рое О.

) ку­биче­ской струк­ту­ры ти­па ал­ма­за с плот­но­стью 5769 кг/м3. Пе­ре­ход бе­ло­го О. в се­рое со­про­во­ж­да­ет­ся пре­вра­ще­ни­ем ме­тал­ла в по­ро­шок и раз­ру­ше­ни­ем ме­тал­лич. из­де­лий, обу­слов­лен­ным зна­чи­тель­ным (на 25%) уве­ли­че­ни­ем удель­но­го объ­ё­ма ме­тал­ла («оло­вян­ная чу­ма»). Тем­пе­ра­тур­ный ко­эф.

ли­ней­но­го рас­ши­ре­ния (273 К) 1,99·10–5 К–1, те­п­ло­про­вод­ность (293 К) 65,26 Вт/(м·К); те­п­ло­ём­кость β-Sn 27,11 Дж/(моль·К), α -Sn 25,79 Дж/(моль·К); удель­ное элек­трич. со­про­тив­ле­ние 11,5·10–8 Ом·м (293 К). Ме­ха­нич. свой­ст­ва О.

за­ви­сят от его чис­то­ты и темп-ры об­ра­бот­ки, твёр­дость по Бри­нел­лю для α-Sn при 293 К со­став­ля­ет 62 МПа, для β-Sn 152 МПа. При из­ги­ба­нии прут­ков О. слы­шен ха­рак­тер­ный хруст от вза­им­но­го тре­ния кри­стал­ли­тов («оло­вян­ный крик»). Бе­лое О.

сла­бо па­ра­маг­нит­но, при темп-ре плав­ле­ния оно ста­но­вит­ся диа­маг­нит­ным. Се­рое О. диа­маг­нит­но. Темп-ра пе­ре­хо­да в сверх­про­во­дя­щее со­стоя­ние 3,72 К.

Ки­сло­род воз­ду­ха пас­си­ви­ру­ет О., ос­тав­ляя на его по­верх­но­сти плён­ку хи­ми­че­ски ус­той­чи­во­го SnO2. По­это­му на воз­ду­хе и в во­де до 100 °C О. прак­ти­чески не окис­ля­ет­ся. Из раз­бав­лен­ных HCl и H2SO4 на хо­ло­ду О.

вос­ста­нав­ли­ва­ет во­до­род, об­ра­зуя со­от­вет­ст­вен­но хло­рид SnCl2 и суль­фат SnSO4. Со­еди­не­ния Sn(II) – силь­ные вос­ста­но­ви­те­ли. В го­ря­чей кон­цен­трир. H2SO4 при на­гре­ва­нии О. рас­тво­ря­ет­ся, об­ра­зуя Sn(SO4)2 и SO2.

Хо­лод­ная раз­бав­лен­ная HNO3 пе­ре­во­дит О. в Sn(NO3)2. При на­гре­ва­нии с кон­цен­трир. HNO3 О. окис­ля­ет­ся с об­ра­зо­ва­ни­ем осад­ка гид­ра­ти­ро­ван­но­го ок­си­да оло­ва(IV) SnO2·xH2O. При на­гре­ва­нии О. в кон­цен­трир.

рас­тво­рах ще­ло­чей вы­де­ля­ет­ся во­до­род и об­ра­зуют­ся гид­ро­ксо­стан­на­ты M2[Sn(OH)6] (M – Na, K).

При сжи­га­нии на воз­ду­хе об­ра­зу­ет­ся SnO2. Низ­ший ок­сид SnO по­лу­ча­ют толь­ко кос­вен­ным пу­тём, на воз­ду­хе он бы­ст­ро окис­ля­ет­ся. SnO2 про­яв­ля­ет пре­им. ки­слот­ные свой­ст­ва, SnO – ос­нóв­ные. С во­до­ро­дом О. не­по­сред­ст­вен­но не реа­ги­ру­ет; не­ус­той­чи­вый стан­нан SnH4 об­ра­зу­ет­ся при взаи­мо­дей­ст­вии Mg2Sn и HCl.

С га­ло­ге­на­ми О. да­ёт со­еди­не­ния со­ста­ва SnX2 и SnX4. По­след­ние (кро­ме SnF4) гид­ро­ли­зу­ют­ся во­дой, но рас­тво­ри­мы в не­по­ляр­ных ор­га­нич. жид­ко­стях. Взаи­мо­дей­ст­ви­ем О. с су­хим хло­ром по­лу­ча­ют тет­ра­хло­рид SnCl4 (бес­цвет­ная жид­кость, хо­ро­шо рас­тво­ряю­щая се­ру, фос­фор, иод).

Тет­ра­га­ло­ге­ни­ды SnX4 об­ра­зу­ют ком­плекс­ные со­еди­не­ния с H2O, NH3, ок­си­да­ми азо­та, PCl5, спир­та­ми, эфи­ра­ми и мн. ор­га­нич. со­еди­не­ния­ми. С га­ло­ге­но­во­до­род­ны­ми ки­сло­та­ми га­ло­ге­ни­ды О. да­ют ком­плекс­ные ки­сло­ты, ус­той­чи­вые в рас­тво­рах, напр. H[SnCl3] и H2[SnCl6].

При раз­бав­ле­нии во­дой или ней­тра­ли­за­ции про­стые и ком­плекс­ные хло­ри­ды гид­ро­ли­зу­ют­ся и да­ют ма­ло­рас­тво­ри­мые про­дук­ты: со­от­вет­ст­вен­но оснóвные со­ли оло­ва(II) ти­па SnOHCl и гид­ра­ти­ро­ван­ный ок­сид оло­ва(IV) SnO2·xH2O. С се­рой О.

об­ра­зу­ет не­рас­тво­ри­мые в во­де и раз­бав­лен­ных ки­сло­тах суль­фи­ды: ко­рич­не­вый SnS и зо­ло­ти­сто-жёл­тый SnS2.

О. и боль­шин­ст­во его не­ор­га­нич. со­еди­не­ний ма­ло­ток­сич­ны. Вды­ха­ние па­ров или пы­ли О. в про­из­водств. ус­ло­ви­ях мо­жет при­во­дить к раз­ви­тию стан­но­за (фор­ма пнев­мо­ко­нио­за).

Стан­нан SnH4 вы­со­ко­ток­си­чен (для ост­рых от­рав­ле­ний ха­рак­тер­ны су­до­ро­ги, на­ру­ше­ние рав­но­ве­сия; воз­мо­жен смер­тель­ный ис­ход). Ор­га­нич. со­еди­не­ния О. вы­со­ко­ток­сич­ны.

Получение

Пром. по­лу­че­ние О. це­ле­со­об­раз­но, ес­ли со­дер­жа­ние его в рос­сы­пях 0,01% по мас­се, в ру­дах 0,1%. Обыч­но в ру­дах О. со­пут­ст­ву­ют W, Zr, Cs, Rb, Та, Nb, ред­ко­зе­мель­ные и др. эле­мен­ты. Пер­вич­ное сы­рьё обо­га­ща­ют: рос­сы­пи – пре­им.

гра­ви­та­ци­он­ным, ру­ды – фло­та­ци­он­ным или фло­то­гра­ви­та­ци­он­ным ме­то­дом. Кон­цен­тра­ты, со­дер­жа­щие 50–70% О.

, об­жи­га­ют для уда­ле­ния се­ры, очи­ща­ют от же­ле­за дей­ст­ви­ем HCl; ес­ли при­сут­ст­ву­ют при­ме­си вольф­ра­ми­та (Fe,Mn)WO4 и шее­ли­та CaWO4, кон­цен­трат об­ра­ба­ты­ва­ют HCl; об­ра­зо­вав­шую­ся WO3·H2O из­вле­ка­ют с по­мо­щью рас­тво­ра NH3. Плав­кой кон­цен­тра­тов с уг­лём в элек­трич.

или пла­мен­ных пе­чах по­лу­ча­ют чер­но­вое О. (94–98% Sn), со­дер­жа­щее при­ме­си Cu, Pb, Fe, As, Sb, Bi. При вы­пус­ке из пе­чей чер­но­вое О. фильт­ру­ют при тем­-ре 500–600 °C че­рез кокс или цен­три­фу­ги­ру­ют, от­де­ляя осн. мас­су при­ме­си же­ле­за.

Ос­та­точ­ное ко­ли­че­ст­во Fe и Cu уда­ля­ют, до­бав­ляя в жид­кий ме­талл се­ру; при­ме­си всплы­ва­ют в ви­де твёр­дых суль­фи­дов, ко­то­рые сни­ма­ют с по­верх­но­сти О. От при­ме­сей мышь­я­ка и сурь­мы О. ра­фи­ни­ру­ют, до­бав­ляя алю­ми­ний, от свин­ца – с по­мо­щью SnCl2.

При­ме­си Bi и Pb от­де­ля­ют так­же ва­куу­ми­ро­ва­ни­ем. Элек­тро­ли­тич. ра­фи­ни­ро­ва­ни­ем и зон­ной пе­ре­кри­стал­ли­за­ци­ей по­лу­ча­ют осо­бо чис­тое О. Зна­чит. часть все­го про­из­во­ди­мо­го О. со­став­ля­ет вто­рич­ный ме­талл; его по­луча­ют из от­хо­дов бе­лой жес­ти, ло­ма и разл. спла­вов (сте­пень ре­цир­ку­ля­ции О. со­став­ля­ет бо­лее 20%). 

Объ­ём ми­ро­во­го про­из-ва О. ок. 340 тыс. т (2010).

Применение

О. – ком­по­нент спла­вов: с ме­дью (брон­зы), ме­дью и цин­ком (ла­тунь), сурь­мой (баб­бит), свин­цом (при­пой), цир­ко­ни­ем, ти­та­ном, нио­би­ем (атом­ные ре­ак­то­ры, тур­би­ны, сверх­про­вод­ни­ки) и др. О. ис­поль­зу­ет­ся для на­не­се­ния по­кры­тия на ме­тал­лы, в т. ч. на лу­же­ние бе­лой жес­ти, из­го­тов­ле­ние фоль­ги, де­та­лей из­ме­рит.

при­бо­ров, те­п­ло­об­мен­ни­ков, ху­дож. из­де­лий и др. Ок­сид SnO2 при­ме­ня­ет­ся для из­го­тов­ле­ния жа­ро­стой­ких эма­лей и гла­зу­рей. Со­ли оло­ва(II) ис­поль­зу­ют­ся в про­трав­ном кра­ше­нии тка­ней. Кри­стал­лич.

SnS2 («су­саль­ное зо­ло­то») вхо­дит в со­став кра­сок, ими­ти­рую­щих по­зо­ло­ту, фто­рид оло­ва – до­бав­ка во фтор­со­дер­жа­щих зуб­ных пас­тах. 

Источник: https://bigenc.ru/chemistry/text/2685434

Олово: свойства, интересные факты, применение

Олова

Олово — легкий цветной металл, простое неорганическое вещество. В таблице Менделеева обозначается Sn, stannum (станнум). В переводе с латинского это значит «прочный, стойкий». Первоначально этим словом называли сплав свинца и серебра, и только значительно позже так стали именовать чистое олово. Слово «олово» имеет славянские корни и обозначает «белый».

Металл относится к рассеянным элементам, и не самым распространенным на земле. В природе он встречается в виде различных минералов. Самые важные для промышленной добычи: касситерит — оловянный камень, и станнин — оловянный колчедан. Добывают олово из руд, как правило, содержащих не более 0,1 процента этого вещества.

Свойства олова

Легкий мягкий пластичный металл серебристо-белого цвета. Имеет три структурные модификации, переходит из состояния α-олово (серое олово) в β-олово (белое олово) при температуре +13,2 °С, а в состояние γ-олово при t +161 °С.

Модификации весьма сильно отличаются своими свойствами. α-олово — серый порошок, который относят к полупроводникам, β-олово («обычное олово» при комнатной температуре) — серебристый ковкий металл, γ-олово — белый хрупкий металл.

В химических реакциях олово проявляет полиморфизм, то есть кислотные и оснóвные свойства. Реактив достаточно инертный на воздухе и в воде, так как быстро покрывается прочной оксидной пленкой, защищающей его от коррозии.

Олово легко вступает в реакции с неметаллами, с трудом — с концентрированной серной и соляной кислотой; с этими кислотами в разбавленном состоянии не взаимодействует. С концентрированной и разбавленной азотной кислотой реагирует, но по-разному.

В одном случае получается оловянная кислота, в другом — нитрат олова. Со щелочами вступает в реакции только при нагревании. С кислородом образует два оксида, со степенью окисления 2 и 4. Является основой целого класса оловоорганических соединений.

Воздействие на человеческий организм

Олово считается безопасным для человека, оно есть в нашем организме и каждый день мы получаем его в минимальных количествах с пищей. Его роль в функционировании организма пока не изучена.

Пары олова и его аэрозольные частицы опасны, так как при длительном и регулярном вдыхании оно может вызвать заболевания легких; ядовиты также органические соединения олова, поэтому работать с ним и его соединениями надо в средствах защиты.

Такое соединение олова как оловянистый водород, SnH4, может служить причиной тяжелых отравлений при употреблении в пищу очень старых консервов, в которых органические кислоты вступили в реакцию со слоем олова на стенках банки (жесть, из которой делают консервные банки — это тонкий лист железа, покрытый с двух сторон оловом). Отравление оловянистым водородом может быть даже смертельным. К его симптомам относятся судороги и чувство потери равновесия.

При понижении температуры воздуха ниже 0 °С белое олово переходит в модификацию серого олова. При этом объем вещества увеличивается почти на четверть, оловянное изделие трескается и превращается в серый порошок. Это явление стали называть «оловянной чумой».

Некоторые историки считают, что «оловянная чума» послужила одной из причин поражения армии Наполеона в России, так как превратила пуговицы на одежде французских солдат и пряжки для ремней в порошок, и тем самым оказала на армию деморализующее влияние.

А вот настоящий исторический факт: экспедиция английского полярного исследователя Роберта Скотта к Южному полюсу закончилась трагически в том числе потому, что все их топливо вылилось из запаянных оловом баков, они лишились своих мотосаней, а дойти пешком сил не хватило.

Олово

Олова

 
Олово — пластичный, ковкий и легкоплавкий блестящий металл серебристо-белого цвета. Используется в основном как безопасное, нетоксичное, коррозионностойкое покрытие в чистом виде или в сплавах с другими металлами.

Главные промышленные применения олова — в белой жести (луженое железо) для изготовления тары, в припоях для электроники, в домовых трубопроводах, в подшипниковых сплавах и в покрытиях из олова и его сплавов.

Элемент состоит из 10 изотопов с массовыми числами 112, 114-120, 122, 124; последний слабо радиоактивен; изотоп 120Sn наиболее распространен (около 33%).
 

СТРУКТУРА

Олово имеет две аллотропные модификации: a-Sn (серое олово) с гранецентрированной кубической кристаллической решеткой и b-Sn (обычное белое олово) с объемноцентрированной тетрагональной кристаллической решеткой.

Фазовый переход b -> a ускоряется при низких температурах (-30° С) и в присутствии зародышей кристаллов серого олова; известны случаи, когда оловянные изделия на морозе рассыпались в серый порошок («оловянная чума»), но это превращение даже при очень низких температурах резко тормозится наличием мельчайших примесей и поэтому редко встречается, представляя скорее научный, чем практический интерес.

СВОЙСТВА

Плотность b-Sn 7,29 г/см3, плотность a-Sn 5.85 г/см3,. Температура плавления 231,9°C, температура кипения 2270°C.

Температурный коэффициент линейного расширения 23·10-6 (0-100 °С); удельная теплоемкость (0°С) 0,225 кдж/(кг·К), то есть 0,0536 кал/(г·°С); теплопроводность (0°С) 65,8 вт/(м·К.

), то есть 0,157 кал/(см·сек·°С); удельное электрическое сопротивление (20 °С) 0,115·10-6ом·м, то есть 11,5·10-6 ом·см. Серое олово является диамагнетиком, а белое — парамагнетиком.

Предел прочности при растяжении 16,6 Мн/м2 (1,7 кгс/мм2); относительное удлинение 80-90%; твердость по Бринеллю 38,3-41,2 Мн/м2(3,9-4,2 кгс/мм2). При изгибании прутков олова слышен характерный хруст от взаимного трения кристаллитов.

Чистое олово обладает низкой механической прочностью при комнатной температуре (можно согнуть оловянную палочку, при этом слышится характерный треск, обусловленный трением отдельных кристаллов друг о друга) и поэтому редко используется.

Запасы и добыча

Олово — редкий рассеянный элемент, по распространенности в земной коре олово занимает 47-е место. Кларковое содержание олова в земной коре составляет, по разным данным, от 2·10−4 до 8·10−3 % по массе.

Основной минерал олова — касситерит (оловянный камень) SnO2, содержащий до 78,8 % олова. Гораздо реже в природе встречается станнин (оловянный колчедан) — Cu2FeSnS4 (27,5 % Sn). Мировые месторождения олова находятся в основном в Китае и Юго-Восточной Азии — Индонезии, Малайзии и Таиланде.

Также есть крупные месторождения в Южной Америке (Боливии, Перу, Бразилии) и Австралии.

В России запасы оловянных руд расположены в Чукотском автономном округе (Пыркакайские штокверки; рудник/посёлок Валькумей, Иультин — разработка месторождений закрыта в начале 1990-х годов), в Приморском крае (Кавалеровский район), в Хабаровском крае (Солнечный район, Верхнебуреинский район (Правоурмийское месторождение)), в Якутии (месторождение Депутатское) и других районах.

В процессе производства рудоносная порода (касситерит) подвергается дроблению до размеров частиц в среднем ~ 10 мм, в промышленных мельницах, после чего касситерит за счет своей относительно высокой плотности и массы отделяется от пустой породы вибрационно-гравитационным методом на обогатительных столах.

В дополнение применяется флотационный метод обогащения/очистки руды. Таким образом удается повысить содержание олова в руде до 40-70 %. Далее проводят обжиг концентрата в кислороде для удаления примесей серы и мышьяка. Полученный концентрат оловянной руды выплавляется в печах.

В процессе выплавки восстанавливается до свободного состояния посредством применения в восстановлении древесного угля, слои которого укладываются поочередно со слоями руды, или алюминием (цинком) в электропечах: SnO2 + C = Sn + CO2.

Особо чистое олово полупроводниковой чистоты готовят электрохимическим рафинированием или методом зонной плавки.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

Основная форма нахождения олова в горных породах и минералах — рассеянная (или эндокриптная). Однако олово образует и минеральные формы, и в этом виде часто встречается не только как акцессорий в кислых магматических породах, но и образует промышленные концентрации преимущественно в окисной (касситерит SnO2) и сульфидной (станнин) формах.

В общем можно выделить следующие формы нахождения олова в природе:

  1. Рассеянная форма: конкретная форма нахождения олова в этом виде неизвестна. Здесь можно говорить об изоморфно рассеянной форме нахождения олова вследствие наличия изоморфизма с рядом элементов (Ta, Nb, W — с образованием типично кислородных соединений; V, Cr, Ti, Mn, Sc — с образованием кислородных и сульфидных соединений). Если концентрации олова не превышают некоторых критических значений, то оно изоморфно может замещать названные элементы. Механизмы изоморфизма различны.
  2. Минеральная форма: олово установлено в минералах-концентраторах. Как правило, это минералы, в которых присутствует железо Fe+2: биотиты, гранаты, пироксены, магнетиты, турмалины и т. д. Эта связь обусловлена изоморфизмом, например, по схеме Sn+4 + Fe+2 → 2Fe+3. В оловоносных скарнах высокие концентрации олова установлены в гранатах (до 5,8 вес.%) (особенно в андрадитах), эпидотах (до 2,84 вес.%) и т. д.
    1. На сульфидных месторождениях олово входит как изоморфный элемент в сфалериты (Силинское месторождение, Россия, Приморье), халькопириты (Дубровское месторождение, Россия, Приморье), пириты.

      Высокие концентрации олова выявлены в пирротине грейзенов Смирновского месторождения (Россия, Приморье).

      Считается, что из-за ограниченного изоморфизма происходит распад твёрдых растворов с микровыделениями Cu2+1Fe+2SnS4 или тиллита PbSnS2 и других минералов.

      ПРИМЕНЕНИЕ

      Олово используется в основном как безопасное, нетоксичное, коррозионностойкое покрытие в чистом виде или в сплавах с другими металлами.

      Главные промышленные применения олова — в белой жести (лужёное железо) для изготовления тары пищевых продуктов, в припоях для электроники, в домовых трубопроводах, в подшипниковых сплавах и в покрытиях из олова и его сплавов. Важнейший сплав олова — бронза (с медью). Другой известный сплав — пьютер — используется для изготовления посуды.

      Для этих целей расходуется около 33 % всего добываемого олова. До 60 % производимого олова используется в виде сплавов с медью, медью и цинком, медью и сурьмой (подшипниковый сплав, или баббит), с цинком (упаковочная фольга) и в виде оловянно-свинцовых и оловянно-цинковых припоев.

      В последнее время возрождается интерес к использованию металла, поскольку он наиболее «экологичен» среди тяжёлых цветных металлов. Используется для создания сверхпроводящих проводов на основе интерметаллического соединения Nb3Sn.
      Дисульфид олова SnS2 применяют в составе красок, имитирующих позолоту («поталь»).

      Искусственные радиоактивные ядерные изомеры олова 117mSn и 119mSn — источники гамма-излучения, являются мёссбауэровскими изотопами и применяются в гамма-резонансной спектроскопии.
      Интерметаллические соединения олова и циркония обладают высокими температурами плавления (до 2000 °C) и стойкостью к окислению при нагревании на воздухе и имеют ряд областей применения.

      Олово является важнейшим легирующим компонентом при получении конструкционных сплавов титана.Двуокись олова — очень эффективный абразивный материал, применяемый при «доводке» поверхности оптического стекла.

      Смесь солей олова — «жёлтая композиция» — ранее использовалась как краситель для шерсти.

Источник: http://mineralpro.ru/minerals/tin/

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.

    ×
    Рекомендуем посмотреть