Олово (Tin) - это. Олово - что это такое

Химический элемент олово является одним из семи древних металлов, которые известны человечеству. Этот металл входит в состав бронзы, имеющей огромное значение. В настоящее время химический элемент олово утратил востребованность, но его свойства заслуживают детального рассмотрения и изучения.

Что собой представляет элемент

Располагается он в пятом периоде, в четвертой группе (главной подгруппе). Подобное расположение свидетельствует о том, что химический элемент олово - амфотерное соединение, способное проявлять и основные, и кислотные свойства. Относительная атомная масса составляет 50, поэтому его считают легким элементом.

Особенности

Химический элемент олово является пластичным, ковким, легким веществом серебристого белого цвета. По мере эксплуатации он теряет свой блеск, что считают минусом его характеристик. Олово - металл рассеянный, поэтому существуют сложности с его добычей. Элемент имеет высокую температуру кипения (2600 градусов), низкую температуру плавления (231,9 С), большую электрическую проводимость, отличную ковкость. У него высокое сопротивление разрыву.

Олово - элемент, который не обладает токсичными свойствами, не оказывает негативного воздействия на организм человека, поэтому востребован в пищевом производстве.

Какое еще имеет свойство олово? При выборе данного элемента для изготовления посуды и водного трубопровода не придется опасаться за свою безопасность.

Нахождение в организме

Чем еще характеризуется олово (химический элемент)? Как читается его формула? Данные вопросы рассматриваются в курсе школьной программы. В нашем организме данный элемент располагается в костях, способствуя процессу регенерации костной ткани. Его относят к макроэлементам, поэтому для полноценной жизнедеятельности, человеку достаточно от двух до десяти мг олова в сутки.

В организм этот элемент попадает в большем количестве с пищей, но кишечник усваивает не больше пяти процентов поступлений, поэтому вероятность отравления минимальна.

При недостатке данного металла происходит замедление роста, происходит потеря слуха, меняется состав костной ткани, наблюдается облысение. Отравление вызывается поглощением пыли или паров данного металла, а также его соединений.

Основные свойства

Плотность олова имеет среднюю величину. Металл отличается высокой коррозионной стойкостью, поэтому его применяют в народном хозяйстве. Например, олово востребовано при изготовлении консервных банок.

Чем еще характеризуется олово? Применение этого металла основывается также на его способности объединять различные металлы, создавая устойчивую к агрессивным средам, внешнюю среду. Например, сам металл необходим для лужения предметов быта и посуды, а его припои нужны для радиотехники и электричества.

Характеристики

По своим внешним характеристикам этот металл аналогичен алюминию. В реальности сходство между ними незначительное, ограничивается только легкостью и металлическим блеском, устойчивостью к химической коррозии. Алюминий проявляется амфотерные свойства, поэтому легко вступает в реакцию со щелочами и кислотами.

Например, если на алюминий действует уксусная кислота, наблюдается химическое взаимодействие. Олово же способно взаимодействовать только с сильными концентрированными кислотами.

Преимущества и недостатки олова

Данный металл практически не используется в строительстве, поскольку не отличается высокой механической прочностью. В основном в настоящее время используют не чистый металл, а его сплавы.

Выделим основные преимущества данного металла. Особое значение имеет ковкость, ее используют в процессе изготовления предметов быта. Например, эстетично выглядят подставки, светильники, выполненные из данного металла.

Оловянное покрытие позволяет существенно снижать трение, благодаря чему изделие защищено от преждевременного износа.

Среди основных недостатков данного метала можно упомянуть его незначительную прочность. Олово непригодно для изготовления частей и деталей, предполагающих существенные нагрузки.

Добыча металла

Плавление олова осуществляется при невысокой температуре, но из-за трудности его добычи металл считается дорогостоящим веществом. Из-за низкой температуры плавления при нанесении олова на поверхность металла можно получить существенную экономию электрической энергии.

Структура

Металл имеет однородную структуру, но, в зависимости от температуры, возможны разные его фазы, отличающиеся по характеристикам. Среди самых распространенных модификаций данного металла отметим β-вариант, существующий при температуре 20 градусов. Теплопроводность, его температура кипения, являются основными характеристиками, приводимыми для олова. При снижении температуры от 13,2 С образуется α-модификация, именуемая серым оловом. Эта форма не обладает пластичностью и ковкостью, имеет меньшую плотность, поскольку обладает иной кристаллической решеткой.

При переходе из одной формы в другую наблюдается изменение объема, так как существует разница в плотности, в результате чего происходит разрушение оловянного изделия. Такое явление называют «оловянной чумой». Такая особенность приводит к тому, что существенно уменьшается область использования металла.

В природных условиях олово можно найти в составе горных пород в виде рассеянного элемента, кроме того известны его минеральные формы. Например, в касситерите содержится его оксид, а в оловянном колчедане - его сульфид.

Производство

Перспективными для промышленной переработки считают оловянные руды, в которых содержание металла не меньше 0,1 процента. Но в настоящее время эксплуатируют и те месторождения, в которых содержание металла составляет всего 0,01 процента. Для добычи минерала применяют различные способы, учитывая специфику месторождения, а также его разновидность.

В основном оловянные руды представлены в виде песков. Добыча сводится к его постоянной промывке, а также к концентрированию рудного минерала. Коренное месторождение разрабатывать гораздо сложнее, поскольку необходимы дополнительные сооружения, строительство и эксплуатация шахт.

Концентрат минерала перевозят на завод, специализирующийся на плавке цветного металла. Далее осуществляется многократное обогащение руды, измельчение, затем промывание. Рудный шлих восстанавливают, воспользовавшись специальными печами. Для полного восстановления олова этот процесс проводят несколько раз. На завершающем этапе осуществляют процесс очистки от примесей чернового олова, используя термический либо электролитический способ.

Использование

В качестве основной характеристики, позволяющей применять олово, выделяют его высокую коррозионную устойчивость. Данный металл, а также его сплавы являются одними из самых устойчивых соединений по отношению к агрессивным химическим веществам. Больше половины всего олова, производимого в мире, применяется для изготовления белой жести. Данную технологию, связанную с нанесением на сталь тонкого слоя олова, стали применять для защиты от химической коррозии консервных банок.

Способность олова к раскатыванию используется для производства из него тонкостенных труб. Из-за неустойчивости данного металла к низким значениям температур его бытовое использование достаточно ограничено.

У сплавов олова значение теплопроводности существенно ниже, чем у стали, поэтому их можно применять для производства умывальников и ванн, а также для изготовления различной сантехнической фурнитуры.

Олово подходит для производства незначительных декоративных и бытовых предметов, изготовления посуды, создания оригинальных ювелирных украшений. Этот неяркий и ковкий металл при объединении с медью давно стал одним из самых излюбленных материалов скульпторов. Бронза объединяет в себе высокую прочность, стойкость к химической и естественной коррозии. Этот сплав востребован в качестве декоративного и строительного материала.

Олово является тонально-резонансным металлом. Например, при его соединении со свинцом получают сплав, применяемый для изготовления современных музыкальных инструментов. С древних времен известны бронзовые колокола. Для создания органных труб применяют сплав олова со свинцом.

Заключение

Увеличение внимания современного производства к вопросам, связанным с охраной окружающей среды, а также к проблемам, связанным с сохранением здоровья населения, повлиял на состав материалов, применяемых в изготовлении электроники. Например, возрос интерес к технологии бессвинцового процесса пайки. Свинец является материалом, приносящим существенный вред здоровью человека, поэтому его перестали применять в электротехнике. Ужесточились требования к пайке, вместо опасного свинца стали использовать сплавы олова.

Чистое олово практически не используется в промышленности, поскольку возникают проблемы с развитием «оловянной чумы». Среди основных сфер применения данного редкого рассеянного элемента выделим изготовление сверхпроводящих проводов.

Покрытие чистым оловом контактных поверхностей позволяет увеличивать процесс пайки, защищать металл от процесса коррозии.

В результате перехода на бессвинцовую технологию многих производителей стали ими начало использоваться натуральное олово для покрытия контактных поверхностей и выводов. Подобный вариант позволяет по приемлемой стоимости получать качественное защитное покрытие. Благодаря отсутствию примесей, новая технология не только считается экологически безопасной, но и дает возможность получать отличный результат по приемлемой стоимости. Именно олово производители считают перспективным и современным металлом в электротехнике, радиоэлектронике.

Несмотря на свое наименование – «стойкий», к прочным металлам не относится. Оно слишком легкое и ковкое, чтобы его можно было применять для производства любых несущих конструкций. А вот ковкость при относительно низкой температуре и пластичность делают вещество весьма популярным в соответствующей области. О том, как можно использовать олово, где купить его для пайки, какие припои с ним возможны — все это и даже больше вы узнаете из данной статьи.

Сплавы

В современном народном хозяйстве в абсолютном большинстве случаев используется не олово, а его разнообразные сплавы.

• Самая древняя и известная сфера использования – , то есть, и олова. Он обладает не только превосходными эстетическими качествами, но прекрасными техническими: , устойчива к износу, не подвержена коррозии и так далее. Ну а красоту сплава оценили очень и очень давно: и сейчас привлекают богатством цвета и блеска.

• Второе наиболее известное применение – припои . Это , серебра, меди, а так же кадмия или висмута. Отличительная особенность этого сплава – низкая температура плавления, способность образовывать связи с другими металлами и высокая прочность таких соединений. С помощью припоев соединяют между собой самые разнообразные детали из металлов, которые друг с другом соединены быть не могут – из-за слишком разной температуры плавления, например. Изредка, но применяются и чисто оловянные припои.

Свойства припоя определяются его . Традиционно он используется в радио- и электротехнике. А вот сплав из 30% олова и 70% свинца отличается очень широким диапазоном затвердевания. Эту характеристику используют при пайке труб разного рода.

• И само олово, и оловянно-свинцовые сплавы обладают хорошим сцеплением к металлу. А поэтому и те и другие используются для внешнего покрытия деталей с целью защитить изделия от коррозии и придать им привлекательный вид. Наносят слой, погрузив предмет в ванну с расплавом, или электролитическим методом из водных растворов.
• Еще один известный сплав из олова, сурьмы и меди известен за счет своих выдающихся антифрикционных качеств. Такие составы – баббиты, применяют для покрытия различных движущихся с целью уменьшить их износ.
• Сплав металла со свинцом и сурьмой применяют при изготовлении типографских шрифтов. Его прочность и устойчивость к усталости позволяют длительное время использовать один и тот же набор.
• Еще одно необычное применение соединения металла со свинцом – органные трубы. Олово – наиболее тонально-резонансный металл из известных. Его количество в сплаве определяет тон трубы.

О сферах использования олова расскажет данное видео:

Самостоятельное вещество

Олово применяют и в качестве подачи самостоятельного вещества – с долей до 97–99%.

• Почти половина такого чистого металла как олово уходит на покрытие консервных банок. Всем известные жестяные предметы представляют собой стальное изделие, покрытое тончайшим слоем олова – 0,4 мкм. Последний обеспечивает превосходную антикоррозийную защиту.
• Из олова производят массу разнообразных пищевых контейнеров и даже посуду, поскольку металл отличается прекрасными гигиеническими свойствами и абсолютно безопасен в отличие от своего средневекового «собрата», представляющего собой сплав со свинцом. Посуда из этого легкого серебристого металла очень красива. Кроме того, высокая ковкость и пластичность вещества позволяют не просто штамповать кастрюльки и тарелки, а изготавливать действительно превосходные предметы столовой сервировки. Соответственно, популярностью пользуются подарки из олова.
• Благодаря отличным антикоррозийным свойствам олово используют и при изготовлении трубопровода. Особенно ценны эти его качества при организации системы снабжения питьевой водой. Большого распространения они, правда, не получают, поскольку материал довольно дорогой, а, самое главное, дефицитен на строительном рынке.

Про теплоту, градус, удельную температура плавления олова для изготовления изделий и пайки микросхем, про особенности применения в промышленности белого, серого, хлорного, жидкого олова, его свойства расскажем ниже.

Применение металла в строительстве

Невысокая прочность и твердость значительно ограничивают применение олова в строительной сфере. Да и большинство сплавов с металлом предполагают совершенно другие характеристики.

Однако и в этой области веществу нашлось место.

Оловянные бронзы

Сплав олова с – наиболее известное применение металла, за исключением, возможно, получения белой жести. Оловянная обладает превосходными антифрикционными свойствами, устойчива к коррозии, гигиенична и не боится мороза. Кроме того, материал необычайно привлекателен внешне и обладает доставочной ковкостью.

Эти свойства и определяют сферы применения оловянного сплава.

• Трубопровод – стойкость к действию высоких температуры и очень малая усадка – менее 1%, обуславливают применение бронзовых труб для любого типа трубопровода: горячего и холодного водоснабжения, отопления и так далее. Благодаря тому, что материал не поддается коррозии, он исключительно долговечен: бронзовый трубопровод (не путать с ) рассчитан на использование столетиями. Кроме того, его значительно проще обслуживать. Внешний вид его со временем становится только привлекательнее: правильная черная патина придает даже простой трубе элегантность, свойств своих материал не теряет, к тому же материал не накапливает электричество, как сталь, например.
• Сантехника – ванные, умывальники, унитазы из этого сплава не только «честно» выполняют свою роль, то есть, являются долговечными предметами с прекрасными гигиеническими свойствами, они зачастую еще и очень красивы. Ковкость бронзы позволяет превратить ванную в художественный шедевр.
• То же самое касается и мелких аксессуаров для ванной , санузла или кухни. Бронзовые краны, лейки, подставки, полотенцесушители и прочие придадут любому интерьеру вид совершенно роскошный.
• Фурнитура другого рода – ручки, замки, дверные накладные петли и даже кольца для штор, весьма изысканный штрих классического стиля.
• Лестничные перила и ограждения – пожалуй, самое эффектное применение бронзы в жилом доме, поскольку имеет относительно большую площадь. Кованые или литые бронзовые перила – способ сделать интерьер не только уникальным, но и в высшей степени роскошным и элегантным.
• и предметы быта , которые можно сделать из металла – вешалки, скамьи, держатели, рамы для зеркала и так далее. Выполненные из бронзы эти изделия являются украшением любого дома и в любом стиле.

О том, что делать, если вам не хватает олова для пайки, расскажет данное видео:

Предметы быта

Канули в Лето оловянные подсвечники, подстаканники, пуговицы и солдатики. Сегодня чистое олово, несмотря на куда меньшую стоимость по сравнению с прошлыми веками, имеет куда меньшее применение, поскольку вытесняется более дешевыми и доступными сплавами.

Однако любители ретростилей и сейчас не преминут найти оловянное изделие для украшения интерьера.

• Оловянная фурнитура – в основном дверные ручки, хотя можно найти и другие изделия. По сравнению с бронзой или олово кажется более скромным и обладает меньшим блеском. Однако для стилей кантри или английского это является достоинством. Ну а высокая ковкость материала значительно компенсирует его неяркость.
• Оловянная посуда – от самой простой «дедовской» кружки, из которой «такая вкусная вода», до изысканного столового прибора. Посуда из олова изящна и составит честь любой гостиной. А уж набором оловянных десертных ложечек и сейчас можно удивить любителя старины.
• В позапрошлом веке повсеместно использовались штампованные оловянные уличные фонари . Использовать их давно перестали, а вот оловянные светильники разного рода – от люстр до скромных настольных, изготавливают до сих пор.

Олово – металл малораспространенный, более всего известен как компонент бронзы, да и применение в строительстве и быту нашел именно в виде бронзового сплава. Однако оловянные предметы быта и посуда и сейчас являются украшением столовой.

Решили самостоятельно изготовить небольшие поделки из олова? Тогда посмотрите прежде этот видеосюжет:

Содержание статьи

ОЛОВО, Sn (от лат. stannum, что первоначально относилось к сплаву свинца и серебра, а позднее к другому, имитирующему его сплаву, содержащему около 67% Sn; к 4 в. этим словом стали называть олово), химический элемент IVB подгруппы (включающей C, Si, Ge, Sn и Pb) периодической системы элементов. Олово – относительно мягкий металл, используется в основном как безопасное, нетоксичное, коррозионностойкое покрытие в чистом виде или в сплавах с другими металлами.

Историческая справка.

Олово начали применять, вероятно, еще во времена Гомера и Моисея. Открытие его было связано, скорее всего, со случайным восстановлением наносного касситерита (оловянного камня); наносные отложения встречаются на поверхности или близко к ней, и оловянные руды намного легче восстанавливаются, чем руды других металлов. Древние бритты были хорошо знакомы с оловом: в Корнуолле на юго-западе Англии были обнаружены древние горны со шлаком. Металл был, очевидно, малодоступен и дорог, т.к. оловянные предметы редко встречаются среди римских и греческих древностей, хотя об олове говорится в Библии в Четвертой книге Моисеевой (Числа), а слово касситерит, которое и сегодня используется для обозначения оксидной оловянной руды, – греческого происхождения. Малакка и Восточная Индия упоминаются как источники олова в арабской литературе 8–9 вв. и различными авторами в 16 в. в связи с Великими географическими открытиями. История оловянных разработок в Саксонии и Богемии относится еще к 12 в., но в 17 в. 30-летняя война (1618–1648) разрушила эту промышленность. Производство впоследствии возобновили, но вскоре оно пришло в упадок из-за открытия богатых месторождений в Америке.

Бронза.

Задолго до того как научились добывать олово в чистом виде, был известен сплав олова с медью – бронза, который получали, видимо, уже в 2500–2000 до н.э. Олово в рудах часто встречается вместе с медью, так что при плавке меди в Британии, Богемии, Китае и на юге Испании образовывалась не чистая медь, а ее сплав с некоторым количеством олова. Ранние медные плотничные инструменты (долото, тесло и др.) из Ирландии содержали до 1% Sn. В Египте медная утварь 12-й династии (2000 до н.э.) содержала до 2% Sn, по-видимому, как случайную примесь. Первобытная практика выплавки меди основывалась на использовании смеси медных и оловянных руд, в результате чего и получалась бронза, содержащая до 22% Sn.

Физические свойства.

Олово – мягкий серебристо-белый пластичный металл (может быть прокатан в очень тонкую фольгу – станиоль) с невысокой температурой плавления (легко выплавляется из руд), но высокой температурой кипения. 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. См. также АЛЛОТРОПИЯ ; ЭЛЕМЕНТЫ ХИМИЧЕСКИЕ ; ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ .

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. Однако оно легко образует сплавы с большинством других черных и цветных металлов. Оловосодержащие сплавы обладают прекрасными антифрикционными свойствами в присутствии смазки, поэтому широко используются как материал подшипников.

Химические свойства.

При комнатной температуре олово химически инертно к кислороду и воде. На воздухе олово постепенно покрывается защитной оксидной пленкой, которая повышает его коррозионную стойкость. С химической инертностью олова и его оксидной пленки в обычных условиях связано использование его в покрытии жестяной тары для продуктов питания, прежде всего – консервных банок. Олово легко наносится на сталь и продукты его коррозии безвредны. В соединениях олово проявляет две степени окисления: +2 и +4, причем соединения олова(II) в большинстве своем относительно нестабильны в разбавленных водных растворах и окисляются до соединений олова(IV) (их используют иногда как восстановители, например SnCl 2). Разбавленные соляная и серная кислоты действуют на олово очень медленно, а концентрированные, особенно при нагревании, растворяют его, причем в соляной кислоте получается хлорид олова(II), а в серной – сульфат олова(IV). С азотной кислотой олово реагирует тем интенсивнее, чем выше концентрация и температура: в разбавленной HNO 3 образуется растворимый нитрат олова(II), а в концентрированной HNO 3 – нерастворимая b -оловянная кислота H 2 SnO 3 . Концентрированные щелочи растворяют олово с образованием станнитов – солей оловянистой кислоты H 2 SnO 2 ; в растворах станниты существуют в гидроксоформе, например Na 2 . Наибольшее промышленное значение соединения олова(II) имеют в производстве гальванических покрытий. Соединения олова(IV) находят обширное промышленное применение.

Оксиды олова амфотерны, проявляют и кислотные, и основные свойства. Оксид олова(IV) встречается в природе в виде минерала касситерита, а чистый SnO 2 получают из чистого металла; диоксид олова SnO 2 применяется для приготовления белых глазурей и эмалей. Из SnO 2 при взаимодействии со щелочами получают станнаты – соли оловянной кислоты, наиболее важные из которых – станнаты калия и натрия; растворы станнатов находят широкое применение как электролиты для осаждения олова и его сплавов. SnCl 4 – тетрахлорид олова, исходное соединение для многих синтезов других соединений олова, включая и оловоорганические.

Применение.

В современном мире более трети добываемого олова расходуется на изготовление пищевой жести и емкостей для напитков. Жесть в основном состоит из стали, но имеет покрытие из олова обычно толщиной менее 0,4 мкм.

Сплавы.

Одна треть олова идет на изготовление припоев. Припои – это сплавы олова в основном со свинцом в разных пропорциях в зависимости от назначения. Сплав, содержащий 62% Sn и 38% Pb, называется эвтектическим и имеет самую низкую температуру плавления среди сплавов системы Sn – Pb. Он входит в составы, используемые в электронике и электротехнике. Другие свинцово-оловянные сплавы, например 30% Sn + 70% Pb, имеющие широкую область затвердевания, используются для пайки трубопроводов и как присадочный материал. Применяются и оловянные припои без свинца. Сплавы олова с сурьмой и медью используются как антифрикционные сплавы (баббиты, бронзы) в технологии подшипников для различных механизмов. Современные оловянно-свинцовые сплавы содержат 90–97% Sn и небольшие добавки меди и сурьмы для увеличения твердости и прочности. В отличие от ранних и средневековых свинецсодержащих сплавов, современная посуда из cплавов олова безопасна для использования.

Покрытия из олова и его сплавов.

Олово легко образует сплавы со многими металлами. Оловянные покрытия имеют хорошее сцепление с основой, обеспечивают хорошую коррозионную защиту и красивый внешний вид. Оловянные и оловянно-свинцовые покрытия можно наносить, погружая специально приготовленный предмет в ванну с расплавом, однако большинство оловянных покрытий и сплавов олова со свинцом, медью, никелем, цинком и кобальтом осаждают электролитически из водных растворов. Наличие большого диапазона составов для покрытий из олова и его сплавов позволяет решать многообразные задачи промышленного и декоративного характера.

Соединения.

Олово образует различные химические соединения, многие из которых находят важное промышленное применение. Кроме многочисленных неорганических соединений, атом олова способен к образованию химической связи с углеродом, что позволяет получать металлоорганические соединения, известные как оловоорганические (см. также МЕТАЛЛООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ). Водные растворы хлоридов, сульфатов и фтороборатов олова служат электролитами для осаждения олова и его сплавов. Оксид олова применяют в составе глазури для керамики; он придает глазури непрозрачность и служит красящим пигментом. Оксид олова можно также осаждать из растворов в виде тонкой пленки на различных изделиях, что придает прочность стеклянным изделиям (или уменьшает вес сосудов, сохраняя их прочность). Введение станната цинка и других производных олова в пластические и синтетические материалы уменьшает их возгораемость и препятствует образованию токсичного дыма, и эта область применения становится важнейшей для соединений олова. Огромное количество оловоорганических соединений расходуется в качестве стабилизаторов поливинилхлорида – вещества, используемого для изготовления тары, трубопроводов, прозрачного кровельного материала, оконных рам, водостоков и др. Другие оловоорганические соединения используются как сельскохозяйственные химикаты, для изготовления красок и консервации древесины.

Олово - химический элемент с символом Sn (от латинского: stannum) и атомным номером 50. Это постпереходный металл в группе 14 периодической таблицы элементов. Олово получают, главным образом, из минеральной оловянной руды, содержащей двуокись олова SnO2. Олово имеет химическое сходство с двумя своими соседями в группе 14, германием и свинцом, и имеет два основных окислительных состояния, +2 и немного более стабильное +4. Олово является 49-м среди наиболее распространенных элементов и имеет наибольшее количество стабильных изотопов в периодической таблице (с 10 стабильными изотопами), благодаря своему «магическому» количеству протонов. Олово имеет два основных аллотропа: при комнатной температуре, устойчивым аллотропом является β-олово, серебристо-белый, ковкий металл, но при низких температурах олово превращается в менее плотное серое α-олово, имеющее алмазную кубическую структуру. Металлическое олово не легко окисляется в воздухе. Первым сплавом, использовавшимся в больших масштабах, была бронза, изготовленная из олова и меди, начиная с 3000 года до н. э. После 600 г. до н. э. производилось чистое металлическое олово. Сплав олова со свинцом, в котором олово составляет 85-90%, обычно состоящий из меди, сурьмы и свинца, использовался для изготовления посуды с бронзового века до 20 века. В наше время, олово используется во многих сплавах, наиболее часто в мягких сплавах олово/свинец, которые, как правило, содержат 60% или более олова. Другое распространенное применение для олова - коррозионностойкое покрытие стали. Неорганические соединения олова, скорее, не токсичны. Из-за своей низкой токсичности, лужёный металл использовался для упаковки еды при помощи жестяных банок, которые, фактически, изготавливаются, главным образом, из стали или алюминия. Однако, чрезмерное воздействие олова может вызвать проблемы с метаболизмом необходимых микроэлементов, таких как медь и цинк, и некоторые оловоорганические соединения могут быть почти такими же токсичными, как цианид.

Характеристики

Физические

Олово - мягкий, ковкий, пластичный и высококристаллический серебристо-белый металл. Когда загибается пластина олова,можно услышать трескучий звук, известный как «оловянный треск», от двойникования кристаллов. Олово плавится при низкой температуре, около 232 °C, самой низкой в группе 14. Точка плавления далее снижается до 177,3 ° C для частиц 11 нм. β-олово (металлическая форма, или белое олово, структура BCT), которое стабилизировано при комнатной температуре и выше, ковкое. Напротив, α-олово (неметаллическая форма, или серое олово), которое стабилизировано при температуре до 13.2 °C, хрупкое. α-олово имеет кубическую кристаллическую структуру, подобную алмазу, кремнию или германию. α-олово вообще не имеет металлических свойств, потому что его атомы образуют ковалентную структуру, в которой электроны не могут свободно передвигаться. Это тускло-серый порошкообразный материал, не имеющий какого-либо широкого применения, помимо нескольких специализированных полупроводниковых применений. Эти два аллотропа, α-олово и β-олово, более известны как серое олово и белое олово, соответственно. Еще два аллотропа, γ и σ, существуют при температурах выше 161 °C и давлениях выше нескольких гигапаскалей. В холодных условиях, β-олово спонтанно трансформируется в α-олово. Это явление известно как «оловянная чума». Хотя температура трансформирования α-β номинально 13.2 °С и примесей (напр. Al, Zn и др.) ниже температуры перехода ниже 0 °C и, при добавлении Sb или Bi, преобразование может вообще не происходить, увеличивая долговечность олова. Коммерческие сорта олова (99,8%) сопротивляются трансформации из-за ингибирующего эффекта небольшого количества висмута, сурьмы, свинца и серебра, присутствующих в качестве примесей. Легирующие элементы, такие как медь, сурьма, висмут, кадмий, серебро, увеличивают твердость вещества. Олово довольно легко образует твердые, хрупкие межметаллические фазы, которые часто нежелательны. Олово не образует множества твердых растворов в других металлах в целом, и несколько элементов имеют заметную твердую растворимость в олове. Простые эвтектические системы, однако, наблюдаются с висмутом, галлием, свинцом, таллием и цинком. Олово становится сверхпроводником ниже 3,72 К и является одним из первых сверхпроводников, которые были изучены; эффект Мейснера, одна из характерных особенностей сверхпроводников, был впервые обнаружен в сверхпроводящих кристаллах олова.

Химические свойства

Олово сопротивляется коррозии из воды, но может быть атаковано кислотами и щелочами. Олово может быть хорошо отполировано и используется в качестве защитного покрытия для других металлов. Защитный оксидный (пассивный) слой предотвращает дальнейшее окисление, такой же, который образуется на сплаве олова со свинцом и других оловянных сплавах. Олово действует как катализатор, когда кислород находится в растворе и помогает ускорить химическую коррозию.

Изотопы

Олово имеет десять стабильных изотопов с атомными массами 112, 114 по 120, 122 и 124, наибольшее количество среди всех элементов. Наиболее распространенными из них являются 120Sn (почти треть всего олова), 118Sn и 116Sn, в то время как наименее распространенными являются 115Sn. Изотопы с четными массовыми числами не имеют ядерного спина, в то время как изотопы с нечетными числами имеют спин +1/2. Олово, с тремя распространенными изотопами 116Sn, 118Sn и 120Sn, является одним из самых простых элементов для обнаружения и анализа с помощью ЯМР-спектроскопии. Это большое количество стабильных изотопов считается прямым результатом атомного числа 50, «магического числа» в ядерной физике. Олово также встречается в 29 нестабильных изотопах, охватывающих все остальные атомные массы от 99 до 137. Кроме 126Sn, с полураспадом 230000 лет, все радиоизотопы имеют период полураспада менее года. Радиоактивные 100Sn, обнаруженные в 1994 году, и 132Sn, являются одними из немногих нуклидов с «двойным магическим» ядром: несмотря на нестабильность, обладающие очень неравномерным соотношением протон-нейтрон, они представляют конечные точки, за которыми стабильность быстро падает. Еще 30 метастабильных изомеров были характерны для изотопов между 111 и 131, наиболее устойчивыми являются 121мСн с периодом полураспада 43,9 года. Относительные различия в обилии устойчивых изотопов олова можно объяснить их различными режимами образования в звёздном нуклеосинтезе. 116Sn через 120Sn включительно формируются в s-процессе (медленные нейтроны) в большинстве звезд и, следовательно, они являются наиболее распространенными изотопами, в то время как 122Sn и 124Sn не только образуются в R-процессе (быстрые нейтроны) в сверхновых и реже. (Изотопы 117Sn через 120Sn также получают пользу от r-процесса.) Наконец, самые редкие протонно-избыточные изотопы, 112Sn, 114Sn, и 115Sn, не могут быть произведены в значительных количествах в s - и r-процессах и считаются одними из p-ядра, происхождение которых не до конца изучено. Некоторые предполагаемые механизмы их формирования включают захват протонов, а также фоторасщепление, хотя 115Sn также может частично вырабатываться в s-процессе, оба сразу, и как «дочь» долгоживущих 115In.

Этимология

Английское слово tin (олово) является общим для германских языков и может быть прослежено в реконструированном прото-германском *tin-om; однокоренные слова включает немецкий Zinn, шведский tenn и голландский tin. Слово не встречается в других ветвях индоевропейских языков, за исключением заимствования у германского (например, ирландское слово tinne произошло от английского tin). Латинское название stannum изначально означало сплав серебра и свинца, а в IV веке до н. э. оно стало означать «олово» - более раннее латинское слово для него было plumbum quandum, или «белый свинец». Слово stannum, видимо, произошло от более раннего stāgnum (то же вещество), происхождение романского и кельтского обозначения для олова. Происхождение stannum/stāgnum неизвестно; оно может быть пре-индо-европейским. Согласно Энциклопедическому словарю Мейера, наоборот, считается, что stannum является производным от корнского stean и является доказательством того, что Корнуолл в первые века нашей эры был основным источником олова.

История

Экстракция и использование олова началась в бронзовом веке, около 3000 г. до н. э., когда было отмечено, что медные предметы, образованные из полиметаллических руд с различным содержанием металлов обладают различными физическими свойствами. Самые ранние бронзовые предметы содержали менее 2% олова или мышьяка и поэтому считаются результатом непреднамеренного легирования за счет трассировки содержания металла в медной руде. Добавление второго металла к меди повышает ее прочность, снижает температуру плавления и улучшает процесс литья путем создания более жидкого расплава, который при охлаждении более плотный и менее губчатый. Это позволило создавать гораздо более сложные формы закрытых предметов из бронзы. Бронзовые предметы с мышьяком появились, в первую очередь, на Ближнем Востоке, где мышьяк часто встречается в связи с медной рудой, однако, вскоре стали понятны риски для здоровья, связанные с использованием таких предметов, а поиски источников гораздо менее опасных оловянных руд начались в начале бронзового века. Это создало спрос на редкое металлическое олово и сформировало торговую сеть, связывающую отдаленные источники олова с рынками культур бронзового века. Касситерит, или оловянная руда (SnO2), оксид олова, скорее всего, был исходным источником олова в древности. Другие формы оловянных руд являются менее распространенными сульфидами, такими как станнит, которые требуют более активного процесса выплавки. Касситерит часто накапливается в аллювиальных каналах в виде россыпных отложений, поскольку он тяжелее, жестче и химически устойчивее, чем гранит. Касситерит обычно черный или вообще темный по цвету, и его залежи легко видны в берегах рек. Аллювиальные (россыпные) месторождения могут быть легко собраны и разделены методами, похожими на отмывку золота.

Соединения и химия

В подавляющем большинстве, олово имеет степень окисления II или в IV.

Неорганические соединения

Галоидные соединения известны для обоих окислительных состояний. Для SN(IV), все четыре галогенида хорошо известны: SnF4, SnCl4, SnBr4, и SnI4. Три наиболее тяжелых элемента являются летучими молекулярными соединениями, в то время как тетрафторид является полимерным. Также известны все четыре галогенида для Sn(II): SnF2, SnCl2, SnBr2 и SnI2. Все это полимерные твердые вещества. Из этих восьми соединений, окрашены только йодиды. Хлорид олова(II) (также известный как двуххлористое олово) является наиболее важным галоидом олова в коммерческом смысле. Хлор реагирует с металлическим оловом, создавая SnCl4 в то время как реакция соляной кислоты и олова производит SnCl2 и наводороженный газ. Кроме того, SnCl4 и Sn сочетаются с хлоридом олова посредством процесса, называемого со-пропорционирование: SnCl4 + СН → 2 Sncl2 Олово может образовывать много оксидов, сульфидов и других халькогенидных производных. Диоксид SnO2 (касситерит) образуется при нагревании олова в присутствии воздуха. SnO2 имеет амфотерный характер, что означает, что он растворяется в кислых и основных растворах. Станнаты со структурой Sn(OH)6]2, как К2, также известны, хотя свободная оловянная кислота Н2[СН(он)6] неизвестна. Сульфиды олова существуют как в +2, так и в +4 окислительных состояниях: сульфид олова(II) и сульфид олова(IV) (мозаичное золото).

Гидриды

Станнан (SnH4), с оловом в окислительном состоянии +4, нестабилен. Оловоорганические гидриды, однако, хорошо известны, например, трибутилин гидрид (Sn(C4H9)3H). Эти соединения выпускают переходные трибутилоловые радикалы олова, которые являются редкими примерами соединений олова(III).

Оловоорганические соединения

Оловоорганические соединения, иногда называемые станнанами, представляют собой химические соединения с олово–углеродными связями.Из соединений олова, органические производные являются наиболее полезными в коммерческом смысле. Некоторые оловоорганические соединения очень токсичны и используются в качестве биоцидов. Первым известным органотиновым соединением был диэтилтиндиодид (C2H5)2SnI2), который обнаружил Эдвард Франкленд в 1849 году. Большинство оловосодержащих органических соединений - бесцветные жидкости или твердые вещества, устойчивые к воздействию воздуха и воды. Они принимают тетраэдрическую геометрию. Тетраалкил и тетраарилтиновые соединения могут быть изготовлены с использованием реагентов Григнарда:

4 + 4 RMgBr → R

Смешанные галогенид-алкилы, которые являются более распространенными и имеют большую коммерческую ценность, чем тетраоргановые производные, изготовляются путем перераспределения реакций:

4Sn → 2 SnCl2R2

Двухвалентные оловоорганические соединения являются редкостью, хотя более распространены, чем двухвалентные органогерманиумные и кремнийорганические соединения. Большая стабилизация, которую имеет Sn(II), объясняется «эффектом инертной пары». Оловосодержащие органические(II) в соединения включают как станнилены (формула: R2Sn, как видно для синглетных карбенов), так и дистаннилены (R4Sn2), которые примерно эквивалентны алкенам. Оба класса проявляют необычные реакции.

Возникновение

Олово образуется в длительном s-процессе в низко-и средне-массовых звездах (с массами от 0,6 до 10 раз больше, чем масса Солнца) и, наконец, при бета-распаде тяжелых изотопов индия. Олово является самым распространенным 49-м элементом в земной коре, составляя 2 промилле по сравнению с 75 мг цинка, 50 мг / л для меди и 14 промилле на свинец. Олово не встречается как самородный элемент, но должно быть извлечено из различных руд. Касситерит (SnO2) является единственным коммерчески важным источником олова, хотя небольшие количества олова извлекаются из сложных сульфидов, таких как станнит, ципиндрит, франкеит, канфилдит и тилит. Минералы с оловом почти всегда ассоциируются с гранитной породой, обычно на уровне 1% содержания оксида олова. Из-за высокого удельного веса диоксида олова, около 80% добытого олова происходит из вторичных отложений, обнаруженных из первичных залежей. Олово часто извлекается из гранул, промытых ниже по течению в прошлом и осаждаемых в долинах или море. Наиболее экономичными способами добычи олова являются вычерпывание, гидравлика или открытые карьеры. Большая часть мирового олова производится из россыпных отложений, которые могут содержать всего лишь 0,015% олова. Мировые запасы оловянных рудников (тонны, 2011)

Китай 1500000

Малайзия 250000

• Индонезия 800000

  Бразилия 590000

  Боливия 400000

  Россия 350000

  Австралия 180000

  Таиланд 170000

  Другие 180000

  Итого 4800000

Примерно 253000 тонн олова были добыты в 2011 году, в основном, в Китае (110000 т), Индонезии (51000 т), Перу (34600 т), Боливии (20700 т) и Бразилии (12000 тонн). Оценки производства олова исторически варьировались в зависимости от динамики экономической целесообразности и развития горнодобывающих технологий, но, по оценкам, при нынешних темпах потребления и технологиях, на Земле через 40 лет закончится добыча олова. Лестер Браун предположил, что олово может закончиться в течение 20 лет на основе чрезвычайно консервативный экстраполяция 2% рост в год. Экономически извлекаемые запасы олова: Млн. тонн в год

Вторичное, или ломовое, олово, также является важным источником этого металла. Восстановление олова за счет вторичного производства или переработки лома олова растет быстрыми темпами. В то время как Соединенные Штаты не добывали олово с 1993 года, ни плавили олово с 1989 года, они были крупнейшим вторичным производителем олова, переработав в 2006 году почти 14000 тонн. Новые месторождения находятся на юге Монголии, и в 2009 году новые месторождения олова были обнаружены в Колумбии Seminole Group Colombia CI, SAS.

Производство

Олово получают путем карботермического восстановления оксидной руды с использованием углерода или кокса. Могут быть использованы отражательные печи и электропечи.

Цена и обмен

Олово является уникальным среди других минеральных сырьевых товаров из-за сложных соглашений между странами-производителями и странами-потребителями, начиная с 1921 года. Более ранние соглашения, как правило, были несколько неформальными и спорадическими и привели к «Первому Международному соглашению об олове» в 1956 году, первому из постоянных серий соглашений, которые фактически перестали действовать в 1985 году. Благодаря этой серии соглашений, Международный совет по олову (МСО) оказал значительное влияние на цены на олово. МСО поддержал цену на олово в периоды низких цен путем покупки олова для своего буферного запаса и смог сдержать цену в периоды высоких цен путем продажи олова из этого запаса. Это был анти-рыночный подход, призванный обеспечить достаточный приток олова в страны-потребители и получение прибыли для стран-производителей. Однако, буферный запас был недостаточно велик, и в течение большей части этих 29 лет, цены на олово росли, иногда резко, особенно с 1973 по 1980 годы, когда разгул инфляции мучил многие мировые экономики. В конце 1970-х и начале 1980-х годов, запасы олова в правительстве США находились в агрессивном режиме продажи, отчасти для того, чтобы воспользоваться исторически высокими ценами на олово. Резкий спад 1981-82 годов оказался довольно жестким для оловянной промышленности. Потребление олова резко сократилось. МСО смог избежать действительно резкого сокращения за счет ускоренной покупки для своего буферного запаса; эта деятельность потребовала от МСО широкомасштабного заимствования у банков и металлургических торговых фирм для увеличения своих ресурсов. МСО продолжал занимать средства до конца 1985 года, когда он достиг своего кредитного лимита. Сразу после этого наступил большой «оловянный кризис», а затем олово исключили из торгов на Лондонской бирже металлов на срок три года, МСО вскоре развалился, а цены на олово, уже в условиях свободного рынка, резко упали до $4 за фунт (453 г), и оставалась на этом уровне до 1990-х годов. Цена вновь увеличилась к 2010 году с отскоком в потреблении после Всемирного экономического кризиса 2008-09 годов, сопровождая возобновление и продолжение роста потребления в развивающихся странах мира. Лондонская Биржа металлов (LME) - главная торговая площадка для олова. Другие рынки олова - Куала-Лумпурский рынок олова (KLTM) и Индонезийская биржа олова (INATIN).

Применения

В 2006 году, около половины всего произведенного олова использовалось в припоях. Остальные применения были разделены между оловянным покрытием, оловянными химическими веществами, латунными и бронзовыми сплавами, а также нишевым использованием.

Припой

Олово уже давно используется в сплавах со свинцом в качестве припоя, в количестве от 5 до 70%. Олово образует эвтектическую смесь со свинцом в пропорции 63% олова и 37% свинца. Такие припои используются для соединения труб или электрических цепей. С 1 июля 2006 года вступила в силу Директива Европейского союза об отходах электрического и электронного оборудования (Директива WEEE) и Директива об ограничении использования опасных веществ. Содержание свинца в таких сплавах сократилось. Замена свинца связана со множеством проблем, в том числе, с более высокой температурой плавления, и образованием «усов олова». «Оловянная чума» может наблюдаться в бессвинцовых припоях.

Лужение

Оловянные связи хорошо утюжатся и используются для того, чтобы покрывать свинец, цинк и сталь, чтобы предотвратить коррозию. Луженые стальные контейнеры широко используются для консервации продуктов питания, и это формирует большую часть рынка металлического олова. В Лондоне в 1812 году впервые была изготовлена оловянная канистра для консервирования продуктов питания. В Британском английском такие банки называются «tins», а в Америке их называют «cans» или «tin cans». Сленговое название банки пива - «tinnie» или «tinny». Медные сосуды для приготовления пищи, такие как кастрюли и сковородки, часто облицовываются тонким слоем олова, так как сочетание кислотной пищи с медью может быть токсичным.

Специализированные сплавы

Олово в сочетании с другими элементами образует множество полезных сплавов. Олово наиболее часто сплавляют с медью. Сплав олова со свинцом имеет 85-99% олова; металл для подшипников также содержит высокий процент олова. Бронза, в основном, медная (12% олова), в то время как добавление фосфора дает фосфорную бронзу. Колокольная бронза - это также медно-оловянный сплав, содержащий 22% олова. Олово иногда использовалось в монетах, для создания американских и канадских грошей. Из-за того, что медь часто являлась основным металлом в таких монетах, иногда включая цинк, их можно назвать бронзовыми и/или латунными сплавами. Соединение Nb3Sn из ниобия-олова коммерчески использовалось в катушках сверхпроводящих магнитов из-за его высокой критической температуры (18 K) и критического магнитного поля (25 T). Сверхпроводящий магнит весом всего два килограмма способен создать такое же магнитное поле, как и электромагниты с обычным весом. Небольшая доля олова добавляется в циркониевые сплавы для облицовки ядерного топлива. Большинство металлических труб на органе имеют различные объемы олова/свинца, при этом наиболее распространенными являются сплавы 50/50. Количество олова в трубе определяет тон трубы, так как олово придает инструменту желаемый резонанс. Когда сплав олова/свинца охлаждается, свинец охлаждается немного быстрее и производит пестрый или пятнистый эффект. Этот сплав металла называют пятнистым металлом. Основными преимуществами использования олова для труб являются его внешний вид, работоспособность и устойчивость к коррозии.

Другие применения

Перфорированная луженая сталь - это ремесленная техника, возникшая в Центральной Европе для создания предметов домашнего обихода, которые были одновременно функциональными и декоративными. Перфорированные оловянные фонарики являются наиболее распространенным применением этой техники. Свет свечи, проходящий сквозь перфорацию, создает декоративный световой рисунок. Фонари и другие перфорированные оловянные изделия создавались в Новом Свете с самых ранних европейских поселений. Известный пример - фонарь Revere, названный в честь Павла Ревера. До современной эпохи, в ряде районов Альп, козий или бараний рог затачивали и сквозь него пробивали металл в форме алфавита и цифр от одного до девяти. Этот инструмент обучения был известен просто как «рог». Современные репродукции украшены такими мотивами, как сердца и тюльпаны. В Америке для пирожных и еды до охлаждения использовались деревянные шкафы различных стилей и размеров, предназначенные для того, чтобы отбить вредителей и насекомых и сохранить скоропортящиеся пищевые продукты от пыли. Это были либо напольные, либо подвесные шкафы. В таких шкафах имелись оловянные вставки в дверцах и иногда на боках. Оконные стекла чаще всего изготавливают путем помещения расплавленного стекла на расплав олова (флоат-стекло - листовое стекло, вырабатываемое на расплаве металла), в результате чего получается безупречно ровная поверхность. Это также называется «процесс Пилкингтон». Олово также используется в качестве отрицательного электрода в современных литий-ионных батареях. Его применение несколько ограничено тем, что некоторые оловянные поверхности катализируют разложение карбонатных электролитов, используемых в литий-ионных батареях. Фторид олова(II) добавляется в некоторые продукты по уходу за зубами (SnF2). Фторид олова (II) можно смешивать с абразивами кальция, в то время как более распространенный фторид натрия постепенно становится биологически неактивным в присутствии соединений кальция. Было также показано, что он более эффективен, чем фторид натрия в контроле гингивита.

Оловоорганические соединения

Среди всех химических соединений олова, наиболее часто используются оловосодержащие органические соединения. Их мировое промышленное производство, вероятно, превышает 50000 тонн.

Стабилизаторы ПВХ

Основное коммерческое применение оловоорганических соединений - в стабилизации ПВХ пластика. В отсутствии таких стабилизаторов, ПВХ, в противном случае, будет быстро деградировать под воздействием тепла, света и атмосферного кислорода, что приведет к тому, что продукт обесцветится и будет хрупким. Олово очищает лабильные ионы хлора (Сl−), которые, в противном случае, вызывают потерю HCl из пластика. Типичные соединения олова - карбоновые кислоты, производные дибутилоловодихлорида, такие как дилаурат дибутилолова.

Биоциды

Некоторые соединения органотина относительно токсичны, что имеет свои преимущества и недостатки. Они используются из-за своих биоцидных свойств, как фунгициды, пестициды, альгицидов, средства для защиты древесины и противогнилостные средства. Оксид трибутилолова используется в качестве консерванта древесины. Трибутилтин использовался как добавка к судовой краске для предотвращения роста морских организмов на судах, при этом, применение уменьшилось после того, как органотиновые соединения были признаны стойкими органическими загрязнителями с чрезвычайно высокой токсичностью для некоторых морских организмов (например, багрянка). ЕС запретил использование соединений органотина в 2003 году, в то время как опасения по поводу токсичности этих соединений для морской жизни и ущерб воспроизводству и росту некоторых морских видов (в некоторых докладах описывается биологическое воздействие на морскую жизнь в концентрации 1 нм на литр) привели ко всемирному запрету со стороны Международной морской организации. В настоящее время, многие государства ограничивают использование соединений органотина судами длиной более 25 м.

Органическая химия

Некоторые оловянные реагенты полезны в органической химии. В самом распространенном применении, двуххлористое олово является общим восстановительным веществом для преобразования групп нитро и оксима к аминам. Реакция Стиля связывает соединения органотина с органическими галоидами или псевдогалидами.

Литий-ионные батареи

Олово образует несколько межметаллических фаз с литиевым металлом, что делает его потенциально привлекательным материалом для применения в аккумуляторах. Крупное объемное расширение олова при легировании литием и нестабильность оловоорганического электролитного интерфейса при низких электрохимических потенциалах являются наибольшими трудностями для использования в коммерческих клетках. Проблема была частично решена компанией Sony. Олово интер-металлические соединения с кобальтом и углеродом реализуется компанией Sony в ее клетках Nexelion, выпущенных в конце 2000-х годов. Состав активного вещества равен приблизительно Sn0.3Co0.4C0.3. Недавние исследования показали, что только некоторые кристаллические грани тетрагонального (бета) Sn несут ответственность за нежелательную электрохимическую активность.

Олово

О́ЛОВО -а; ср. Химический элемент (Sn), мягкий ковкий серебристо-белый металл (применяется для пайки, лужения, приготовления сплавов и т.п.).

(лат. Stannum), Sn, химический элемент IV группы периодической системы. Серебристо-белый металл, мягкий и пластичный; t пл 231,9°C. Полиморфно; так называемое белое олово (или β-Sn) с плотностью 7,28 г/см 3 ниже 13,2°C переходит в серое олово (α-Sn) с плотностью 5,75 г/см 3 . На воздухе тускнеет, покрываясь плёнкой оксида, стойкой к химическим реагентам. Главные промышленные минералы - касситерит и станнин. Олово - компонент многих сплавов, например, подшипниковых (баббитов), типографских (гарт). Идёт на покрытие других металлов для защиты их от коррозии (лужение), на изготовление белой жести для консервных банок.

О́ЛОВО (лат. Stannum), Sn, химический элемент с атомным номером 50, атомная масса 118,710). Латинское «stannum» первоначально означало сплав серебра и свинца. «Оловом» в ряде славянских языков называли свинец. Химический символ олова Sn читается «станнум». Природное олово состоит из девяти стабильных нуклидов (см. НУКЛИД) с массовыми числами 112 (в смеси 0,96% по массе), 114 (0,66%), 115 (0,35%), 116 (14,30%), 117 (7,61%), 118 (24,03%), 119 (8,58%), 120 (32,85%), 122 (4,72%), и одного слабо радиоактивного олова-124 (5,94%). 124 Sn - бета-излучатель, его период полураспада очень велик и составляет T 1/2 = 10 16 –10 17 лет. Олово расположено в пятом периоде в IVА группе периодической системы элементов Д. И. Менделеева. Конфигурация внешнего электронного слоя 5s 2 5p 2 . В своих соединениях олово проявляет степени окисления +2 и +4 (соответственно валентности II и IV).
Металлический радиус нейтрального атома олова 0,158 нм, радиусы иона Sn 2+ 0,118 нм и иона Sn 4+ 0,069 нм (координационное число 6). Энергии последовательной ионизации нейтрального атома олова равны 7,344 эВ, 14,632, 30,502, 40,73 и 721,3 эВ. По шкале Полинга электроотрицательность олова 1,96, то есть олово находится на условной границе между металлами и неметаллами.
История открытия
Когда человек впервые познакомился с оловом точно сказать нельзя. Олово и его сплавы известны человечеству с древнейших времен. Упоминание об олове есть в ранних книгах Ветхого Завета. Сплавы олова с медью, так называемые оловянные бронзы (см. БРОНЗА) , по-видимому, стали использоваться более чем за 4000 лет до нашей эры. А с самим металлическим оловом человек познакомился значительно позже, примерно около 800 года до нашей эры. Из чистого олова в древности изготовляли посуду и украшения, очень широко применяли изделия из бронзы.
Нахождение в природе
Олово - редкий рассеянный элемент, по распространенности в земной коре олово занимает 47-е место. Содержание олова в земной коре составляет, по разным данным, от 2·10 -4 до 8·10 –3 % по массе. Основной минерал олова - касситерит (см. КАССИТЕРИТ) (оловянный камень) SnO 2 , содержащий до 78,8 % олова. Гораздо реже в природе встречается станнин (см. СТАННИН) (оловянный колчедан) - Cu 2 FeSnS 4 (27,5 % Sn).
Получение
Для добычи олова в настоящее время используют руды, в которых его содержание равно или немного выше 0,1%. На первом этапе руду обогащают (методом гравитационной флотации или магнитной сепарации). Таким образом удается повысить содержание олова в руде до 40-70%. Далее проводят обжиг концентрата в кислороде для удаления примесей серы и мышьяка. Затем полученный таким образом оксид SnO 2 восстанавливают углем или алюминием (цинком) в электропечах:
SnO 2 + C = Sn + CO 2 . Особо чистое олово полупроводниковой чистоты готовят электрохимическим рафинированием или методом зонной плавки.
Физические и химические свойства
Простое вещество олово полиморфно. В обычных условиях оно существует в виде бета-модификации (белое олово), устойчивой выше 13,2°C. Белое олово - это серебристо-белый, мягкий, пластичный металл, обладающий тетрагональной элементарной ячейкой, параметры a=0.5831, c=0.3181 нм. Координационное окружение каждого атома олова в нем - октаэдр. Плотность бета-Sn 7,29 г/см 3 . Температура плавления 231,9°C, температура кипения 2270°C.
При охлаждении, например, при морозе на улице, белое олово переходит в альфа-модификацию (серое олово). Серое олово имеет структуру алмаза (кубическая кристаллическая решетка с параметром а = 0,6491 нм). В сером олове координационный полиэдр каждого атома - тетраэдр, координационное число 4. Фазовый переход бета-Sn ® альфа-Sn сопровождается увеличением удельного объема на 25,6%, что приводит к рассыпанию олова в порошок. В старые времена наблюдавшееся во время сильных холодов рассыпание оловянных изделий называли «оловянной чумой». В результате этой «чумы» пуговицы на обмундировании солдат, их пряжки, кружки, ложки рассыпались, и армия могла потерять боеспособность.
Из-за сильного различия структур двух модификаций олова разнятся и их электрофизические свойства. Так, бета-Sn - металл, а альфа-Sn относится к числу полупроводников (см. ПОЛУПРОВОДНИКИ) . Ниже 3,72 К альфа-Sn переходит в сверхпроводящее состояние. Стандартный электродный потенциал E°Sn 2+ /Sn равен –0.136 В, а E пары °Sn 4+ /Sn 2+ 0.151 В. При комнатной температуре олово, подобно соседу по группе германию, (см. ГЕРМАНИЙ) устойчиво к воздействию воздуха или воды. Такая инертность объясняется образованием поверхностной пленки оксидов. Заметное окисление олова на воздухе начинается при температурах выше 150°C:
Sn + O 2 = SnO 2 .
При нагревании олово реагирует с большинством неметаллов. При этом образуются соединения в степени окисления +4, которая более характерна для олова, чем +2. Например:
Sn + 2Cl 2 = SnCl 4
С концентрированной соляной кислотой олово медленно реагирует:
Sn + 4HCl = SnCl 4 + H 2
Возможно также образование хлороловянных кислот составов HSnCl 3 , H 2 SnCl 4 и других, например:
Sn + 3HCl = HSnCl 3 + 2H 2 ­
В разбавленной серной кислоте олово не растворяется, а с концентрированной реагирует очень медленно. Состав продукта реакции олова с азотной кислотой зависит от концентрации кислоты. В концентрированной азотной кислоте образуется оловянная кислота b-SnO 2 ·nH 2 O (иногда ее формулу записывают как H 2 SnO 3). При этом олово ведет себя как неметалл:
Sn + 4HNO 3 конц. = b-SnO 2 ·H 2 OЇ + 4NO 2 ­ + H 2 O
При взаимодействии с разбавленной азотной кислотой олово проявляет свойства металла. В результате реакции образуется соль нитрат олова(II):
3Sn + 8HNO 3 разб. = 3Sn(NO 3) 2 + 2NO­ + 4H 2 O.
При нагревании олово, подобно свинцу, может реагировать с водными растворами щелочей. При этом выделяется водород и образуется гидроксокомплекс Sn(II), например:
Sn + 2KOH +2H 2 O = K 2 + H 2 ­
Гидрид олова - станнан SnH 4 - можно получить по реакции:
SnCl 4 + Li = SnH 4 ­ + LiCl + AlCl 3 .
Этот гидрид весьма нестоек и медленно разлагается уже при температуре 0°C. Олову отвечают два оксида SnO 2 (образующийся при обезвоживании оловянных кислот) и SnO. Последний можно получить при слабом нагревании гидроксида олова(II) Sn(OH) 2 в вакууме:
Sn(OH) 2 = SnO + H 2 O
При сильном нагреве оксид олова(II) диспропорционирует:
2SnO = Sn + SnO 2
При хранении на воздухе монооксид SnO постепенно окисляется:
2SnO + O 2 = 2SnO 2 .
При гидролизе растворов солей олова(IV) образуется белый осадок - так называемая альфа-оловянная кислота:
SnCl 4 + 4NH 3 + 6H 2 O = H 2 + 4NH 4 Cl.
H 2 = -SnO 2 ·nH 2 OЇ + 3H 2 O.
Свежеполученная альфа-оловянная кислота растворяется в кислотах и щелочах:
a-SnO 2 ·nH 2 O + KOH = K 2 ,
a-SnO 2 ·nH 2 O + HNO 3 = Sn(NO 3) 4 + H 2 O.
При хранении альфа-оловянная кислота стареет, теряет воду и переходит в бета-оловянную кислоту, которая отличается большей химической инертностью. Данное изменение свойств связывают с уменьшением числа активных HO–Sn группировок при стоянии и замене их на более инертные мостиковые –Sn–O–Sn– связи. При действии на раствор соли Sn(II) растворами сульфидов выпадает осадок сульфида олова(II):
Sn 2+ + S 2– = SnS
Этот сульфид может быть легко окислен до SnS 2 раствором полисульфида аммония:
SnS + (NH 4) 2 S 2 = SnS 2 + (NH 4) 2 S
Образующийся дисульфид SnS 2 растворяется в растворе сульфида аммония (NH 4) 2 S:
SnS 2 + (NH 4) 2 S = (NH 4) 2 SnS 3 . Четырехвалентное олово образует обширный класс оловоорганических соединений, используемых в органическом синтезе, в качестве пестицидов и других.
Применение
Важное применение олова - лужение железа и получение белой жести, которая используется в консервной промышленности. 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 (см. БАББИТЫ) ), с цинком (упаковочная фольга) и в виде оловянно-свинцовых и оловянно-цинковых припоев (см. ПРИПОЙ) . Олово способно прокатываться в тонкую фольгу - станиоль (см. СТАНИОЛЬ) , такая фольга находит применение при производстве конденсаторов, органных труб, посуды, художественных изделий. Олово применяют для нанесения защитных покрытий на железо и другие металлы, а также на металлические изделия (лужение). Дисульфид олова SnS 2 применяют в составе красок, имитирующих позолоту («сусальное золото»). Искусственный радионуклид олова 119 Sn - источник гамма-излучения в мессбауэровской спектроскопии.
Физиологическое действие
О роли олова в живых организмах практически ничего не известно. В теле человека содержится примерно (1-2)· 10 –4 % олова, а его ежедневное поступление с пищей составляет 0,2-3,5 мг. Олово представляет опасность для человека в виде паров и различных аэрозольных частиц, пыли. При воздействии паров или пыли олова может развиться станноз - поражение легких. Очень токсичны некоторые оловоорганические соединения. Временно допустимая концентрация соединений олова в атмосферном воздухе 0,05 мг/м 3 , ПДК олова в пищевых продуктах 200 мг/кг, в молочных продуктах и соках - 100 мг/кг. Токсическая доза олова для человека - 2 г.

Энциклопедический словарь . 2009 .

Смотреть что такое "олово" в других словарях:

олово - олово, а … Русский орфографический словарь

- (символ Sn), переходный элемент IV группы периодической таблицы, известный с древнейших времен. Основная руда КАССИТЕРИТ. Мягкое, пластичное, устойчивое к коррозии, олово используется в качестве защитного покрытия для железа, стали, меди и других … Научно-технический энциклопедический словарь

- (лат. Stannum) Sn, химический элемент IV группы периодической системы, атомный номер 50, атомная масса 118,710. Серебристо белый металл, мягкий и пластичный; tпл 231,91 .С. Полиморфно; т. н. белое олово (или? Sn) с плотностью 7,228 г/см³… … Большой Энциклопедический словарь

Ср. крушец (металл) пепельно серебристый, белее свинца, весьма мягкий, легкоплавкий, легкий весом, более прочих удобный для паянья и для отливки простых мелких вешиц; | ·стар. свинец, откуда пословица: Слово олово, веско. Лить олово, святочное… … Толковый словарь Даля ОЛОВО - ОЛОВО, а, ср. Химический элемент, мягкий ковкий серебристо белый металл. | прил. оловянный, ая, ое. О. солдатик (игрушечная фигурка солдата). Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова