Олово (Stannum), Sn
Химические элементы / Олово (Stannum), Sn

Олово - химический элемент IV группы периодической системы Менделеева; атомный номер 50, атомная масса 118,69; белый блестящий металл, тяжёлый, мягкий и пластичный. Элемент состоит из 10 изотопов с массовыми числами 112, 114-120, 122, 124; последний слабо радиоактивен; изотоп 120 Sn наиболее распространён (около 33%).

Историческая справка. Сплавы О. с медью - бронзы были известны уже в 4-м тыс. до н. э., а чистый металл во 2-м тыс. до н. э. В древнем мире из О. делали украшения, посуду, утварь. Происхождение названий "stannum" и "олово" точно не установлено.

Распространение в природе. О. - характерный элемент верхней части земной коры, его содержание в литосфере 2,5·10=4% по массе, в кислых изверженных породах 3·10=4%, а в более глубоких основных 1,5·10=4%; ещё меньше О. в мантии. Концентрирование О. связано как с магматическими процессами (известны "оловоносные граниты", пегматиты, обогащённые О.), так и с гидротермальными процессами; из 24 известных минералов О. 23 образовались при высоких температурах и давлениях. Главное промышленное значение имеет касситерит SnO2, меньшее - станнин Cu2FeSnS4 (см. Оловянные руды). В биосфере О. мигрирует слабо, в морской воде его лишь 3·10=7%; известны водные растения с повышенным содержанием О. Однако общая тенденция геохимии О. в биосфере - рассеяние.

Физические и химические свойства. О. имеет две полиморфные модификации. Кристаллическая решётка обычного b-Sn (белого О.) тетрагональная с периодами а = 5,813 , с =3,176 ; плотность 7,29 г/см3. При температурах ниже 13,2 °C устойчиво a-Sn (серое О.) кубической структуры типа алмаза; плотность 5,85 г/см3. Переход b ? a сопровождается превращением металла в порошок (см. Оловянная чума), tпл 231,9 °C, tkип 2270 °C. Температурный коэффициент линейного расширения 23·10=6 (0-100 °C); удельная теплоёмкость (0°C) 0,225 кдж/(кг·К), т. е. 0,0536 кал/(г·°C); теплопроводность (0 °C) 65,8 вт/(м·К), т. е. 0,157 кал/(см·-сек·°C); удельное электрическое сопротивление (20 °C) 0,115·10=6 ом·м, т. е. 11,5·10=6 ом ·см.Предел прочности при растяжении 16,6 Мн/м2 (1,7 кгс/мм2)', относительное удлинение 80-90%; твёрдость по Бринеллю 38,3-41,2 Мн/м2 (3,9-4,2 кгс/мм2).При изгибании прутков О. слышен характерный хруст от взаимного трения кристаллитов.

В соответствии с конфигурацией внешних электронов атома 5s2 5p2 О. имеет две степени окисления: +2 и +4; последняя более устойчива; соединения Sn (П) - сильные восстановители. Сухим и влажным воздухом при температуре до 100 °C О. практически не окисляется: его предохраняет тонкая, прочная и плотная плёнка SnO2. По отношению к холодной и кипящей воде О. устойчиво. Стандартный электродный потенциал О. в кислой среде равен - 0,136 в. Из разбавленных HCl и H2SO4 на холоду О. медленно вытесняет водород, образуя соответственно хлорид SnCl2 и сульфат SnSO4. В горячей концентрированной H2SO4 при нагревании О. растворяется, образуя Sn (SO4)2 и SO2. Холодная (О °C) разбавленная азотная кислота действует на О. по реакции:

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

При нагревании с концентрированной HNO3 (плотность 1,2-1,42 г/см3) О. окисляется с образованием осадка метаоловянной кислоты H2SnO3, степень гидратации которой переменна:

3Sn+ 4HNO3 + n H2O = 3H2SnO3·n H2O + 4NO.

При нагревании О. в концентрированных растворах щелочей выделяется водород и образуется гексагидростаннат:

Sn + 2КОН + 4Н2О = K2[Sn (OH) 6] + 2H2.

Кислород воздуха пассивирует О., оставляя на его поверхности плёнку SnO2. Химически двуокись SnO2 очень устойчива, а окись SnO быстро окисляется, её получают косвенным путём. SnO2 проявляет преимущественно кислотные свойства, SnO - основные.

С водородом О. непосредственно не соединяется; гидрид SnH4 образуется при взаимодействии Mg2Sn и соляной кислоты:

Mg2Sn + 4HCl = 2MgCl2 + SnH4.

Это бесцветный ядовитый газ, tkип -52 °C; он очень непрочен, при комнатной температуре разлагается на Sn и H2 в течение нескольких суток, а выше 150 °C - мгновенно. Образуется также при действии водорода в момент выделения на соли О., например:

SnCl2 + 4HCl + 3Mg = 3MgCl2 + SnH4.

С галогенами О. даёт соединения состава SnX2 и SnX4. Первые солеобразны и в растворах дают ионы Sn2+, вторые (кроме SnF4) гидролизуются водой, но растворимы в неполярных органических жидкостях. Взаимодействием О. с сухим хлором (Sn + 2Cl2 = SnCl4) получают тетрахлорид SnCl4; это бесцветная жидкость, хорошо растворяющая серу, фосфор, йод. Раньше по приведённой реакции удаляли О. с вышедших из строя лужёных изделий. Сейчас способ мало распространён из-за токсичности хлора и высоких потерь О.

Тетрагалогениды SnX4 образуют комплексные соединения с H2O, NH3, окислами азота, PCl5, спиртами, эфирами и многими органическими соединениями. С галогеноводородными кислотами галогениды О. дают комплексные кислоты, устойчивые в растворах, например H2SnCl4 и H2SnCl6. При разбавлении водой или нейтрализации растворы простых или комплексных хлоридов гидролизуются, давая белые осадки Sn (OH) 2 или H2SnO3·n H2O.С серой О. даёт нерастворимые в воде и разбавленных кислотах сульфиды: коричневый SnS и золотисто-жёлтый SnS2.

Получение и применение. Промышленное получение О. целесообразно, если содержание его в россыпях 0,01%, в рудах 0,1%; обычно же десятые и единицы процентов. О. в рудах часто сопутствуют W, Zr, Cs, Rb, редкоземельные элементы, Та, Nb и др. ценные металлы. Первичное сырьё обогащают: россыпи - преимущественно гравитацией, руды - также флотогравитацией или флотацией.

Концентраты, содержащие 50-70% О., обжигают для удаления серы, очищают от железа действием HCl. Если же присутствуют примеси вольфрамита (Fe, Mn) WO4 и шеелита CaWO4, концентрат обрабатывают HCl; образовавшуюся WO3·H2O извлекают с помощью NH4OH. Плавкой концентратов с углём в электрических 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 температуре 500-600 °C через кокс или центрифугируют, отделяя этим основную массу железа. Остаток Fe и Cu удаляют вмешиванием в жидкий металл элементарной серы; примеси всплывают в виде твёрдых сульфидов, которые снимают с поверхности О. От мышьяка и сурьмы О. рафинируют аналогично - вмешиванием алюминия, от свинца - с помощью SnCl2. Иногда Bi и Pb испаряют в вакууме. Электролитическое рафинирование и зонную перекристаллизацию применяют сравнительно редко для получения особо чистого О.

Около 50% всего производимого О. составляет вторичный металл; его получают из отходов белой жести, лома и различных сплавов. До 40% О. идёт на лужение консервной жести, остальное расходуется на производство припоев, подшипниковых и типографских сплавов (см. Оловянные сплавы). Двуокись SnO2 применяется для изготовления жаростойких эмалей и глазурей. Соль - станнит натрия Na2SnO3·3H2O используется в протравном крашении тканей. Кристаллический SnS2 ("сусальное золото") входит в состав красок, имитирующих позолоту. Станнид ниобия Nb3Sn - один из наиболее используемых сверхпроводящих материалов.
 

      Смотрите также

      Модификация вторичных полимеров для изготовления изделий различного функционального назначения
      ...

      Устойчивость дисперсных систем, седиментация и диффузия
      ...

      Марганец
      Во второй половине ХХ века основную опасность для здоровья населения и проблему для здравоохранения стали представлять неинфекционные заболевания, в первую очередь болезни ЦНС, и сердечно-сосу ...