Описание олова

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Омлово (лат. Stannum; обозначается символом Sn) - элемент 14-й группы периодической таблицы химических элементов (по устаревшей классификации - элемент главной подгруппы IV группы), пятого периода, с атомным номером 50^[3]. Относится к группе лёгких металлов. При нормальных условиях простое вещество олово - пластичный, ковкий и легкоплавкий блестящий металл серебристо-белого цвета. Олово образует две аллотропические модификации: ниже 13,2°C устойчиво б-олово (серое олово) с кубической решёткой типа алмаза, выше 13,2°C устойчиво в-олово (белое олово) с тетрагональной кристаллической решеткой^[2].

История открытия:

Происхождение названия

Латинское название stannum, связанное с санскритским словом, означающим «стойкий, прочный», первоначально относилось к сплаву свинца и серебра, а позднее к другому, имитирующему его сплаву, содержащему около 67% олова; к IV веку этим словом стали называть собственно олово.

Слово олово - общеславянское, имеющее соответствия в балтийских языках (ср. лит. alavas, alvas - «олово», прусск. alwis - «свинец»). Оно является суффиксальным образованием от корня ol - (ср. древневерхненемецкое elo - «жёлтый», лат. albus - «белый» и пр.), так что металл назван по цвету^[4].

Олово считается одним из древнейших химических элементов, которым пользовался человек. Историки прелполагают, ч то оловом человек знаком более 6000 лет. В природе олово встречается преимущественно в виде касситерита (SnO2) - оловянного минерала. Получение олова широко применялось в Индии, Персии, на побережье Средиземного моря. С оловом человек познакомиля практически одновременно с медью. Из меди и олова получали сплав - бронзу. Олово выплавлялось не только в вышеупомянутых регионах, но и Британии. В 16 веке олово использовалось и в Мексике для производства монет.

В древности олово, помимо использования для производства бронзы, применялось для изготовления украшений, посуды, лужения медных листов с целью предотвращения коррозии.

Примерно до XIII века олово в Европе производилось только в Англии. Первоначально оно использовалось для изготовления ювелирных изделий, так как оно хорошо подвергалось механической обработке и сохраняло свой первозданный вид в течение длительного промежутка времени.
Позже олово стало промышленно применяться для изготовления белой жести. Название станнум происходит от сан-скритского стана. В переводе означает «твердый», хотя олово не является таковы металлом. Русское происхождение названия учеными не выяснено.

Олово было известно человеку уже в IV тысячелетии до н.э. Этот металл был малодоступен и дорог, поэтому изделия из него редко встречаются средиримских и греческих древностей. Об олове есть упоминания в Библии, Четвёртой Книге Моисеевой. Олово является (наряду с медью) одним из компонентовбронзы, изобретённой в конце или середине III тысячелетия до н.э. Поскольку бронза являлась наиболее прочным из известных в то время металлов и сплавов, олово было «стратегическим металлом» в течение всего «бронзового века», более 2000 лет (очень приблизительно: 35-11 века до н.э.).

Распространение в природе:

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)

Месторождения:

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)

Распространённость в природе

В незагрязнённых поверхностных водах олово содержится в субмикрограммовых концентрациях. В подземных водах его концентрация достигает единиц микрограмм на дмі, увеличиваясь в районе оловорудных месторождений, оно попадает в воды за счёт разрушения в первую очередь сульфидных минералов, неустойчивых в зоне окисления. ПДК_Sn = 2 мг/дмі.

Олово является амфотерным элементом, то есть элементом, способным проявлять кислотные и основные свойства. Это свойство олова определяет и особенности его распространения в природе. Благодаря этой двойственности олово проявляет литофильные, халькофильные и сидерофильные свойства. Олово по своим свойствам проявляет близость к кварцу, вследствие чего известна тесная связь олова в виде окиси (касситерита) с кислыми гранитоидами (литофильность), часто обогащёнными оловом, вплоть до образования самостоятельных кварц-касситеритовых жил. Щелочной характер поведения олова определяется в образовании довольно разнообразных сульфидных соединений (халькофильность), вплоть до образования самородного олова и различных интерметаллических соединений, известных в ультраосновных породах (сидерофильность).

Физические свойства:

1. Плотность: в твердом состоянии при 20°С - 7,3 г/смі; в жидком состоянии при температуре плавления - 6,98 г./смі;

2. Температура: плавления - 231,9°С; кипения - 2600°С;

3. Коэффициент линейного расширения при температуре 20?100°С - 22,4*10^?6 К^?1;

4. Удельная теплоемкость: в твердом состоянии при 20°С - 226 Дж/(кг*К); в жидком состоянии при температуре плавления - 268 Дж/(кг*К);

5. Теплопроводность при 20°С - 65,8 Вт/(м*К);

6. Удельное электросопротивление при 20°С - 0,115 мкОм*м;

7. Удельная электропроводность при 20°С - 8,69 МСм/м;

8. Механические и технологические свойства олова:

9. Модуль упругости 55 ГПа при 0°С и 48 ГПа при 100°С

10. Временное сопротивление разрыву - 20 МПа;

11. Относительное удлинение - 80%;

12. Твердость по Бринеллю - 50 МПа;

13. Температура литья - 260?300°С;

Простое вещество олово полиморфно. В обычных условиях оно существует в виде в-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 нём - октаэдр. Плотность в-Sn 7,228 г./см³.

При охлаждении, например, при морозе на улице, белое олово переходит в б-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 в-Sn в б-Sn сопровождается увеличением удельного объёма на 25,6% (плотность б-Sn составляет 5,75 г./см³), 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. (Подробнее об «оловянной чуме» см. интересные факты об олове, ссылка внизу этой страницы). Белое олово превращается в серое также под действием ионизирующего излучения^[15].

Из-за сильного различия структур двух модификаций олова разнятся и их электрофизические свойства. Так, в-Sn - металл, а б-Sn относится к числу полупроводников. Ниже 3,72 К -Sn переходит в сверхпроводящее состояние. Стандартный электродный потенциал E°Sn²⁺/Sn равен ?0.136 В, а E пары°Sn⁴⁺/Sn²⁺ 0.151 В.

Химические свойства:

При комнатной температуре олово, подобно соседу по группе германию, устойчиво к воздействию воздуха или воды. Такая инертность объясняется образованием поверхностной пленки оксидов. Заметное окисление олова на воздухе начинается при температурах выше 150°C:

При нагревании олово реагирует с большинством неметаллов. При этом образуются соединения в степени окисления +4, которая более характерна для олова, чем +2. Например:

Олово медленно реагирует c концентрированной соляной кислотой:

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 -SnO₂·nH₂O (иногда её формулу записывают как H₂SnO₃). При этом олово ведет себя как неметалл:

При взаимодействии с разбавленной азотной кислотой олово проявляет свойства металла. В результате реакции образуется соль нитрат олова (II):

При нагревании олово, подобно свинцу, может реагировать с водными растворами щелочей. При этом выделяется водород и образуется гидроксокомплекс Sn (II), например:

Гидрид олова - станнан SnH₄ - можно получить по реакции:

Этот гидрид весьма нестоек и медленно разлагается уже при температуре 0°C.

Олову отвечают два оксида SnO₂ (образующийся при обезвоживании оловянных кислот) и SnO. Последний можно получить при слабом нагревании гидроксида олова (II) Sn(OH)₂ в вакууме:

При сильном нагреве оксид олова (II) диспропорционирует:

При хранении на воздухе монооксид SnO постепенно окисляется:

При гидролизе растворов солей олова (IV) образуется белый осадок - так называемая -оловянная кислота:

Свежеполученная -оловянная кислота растворяется в кислотах и щелочах:

При хранении -оловянная кислота стареет, теряет воду и переходит в -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):

Этот сульфид может быть легко окислен до SnS₂ раствором полисульфида аммония:

Образующийся дисульфид SnS₂ растворяется в растворе сульфида аммония (NH₄)₂S:

Четырёхвалентное олово образует обширный класс оловоорганических соединений, используемых в органическом синтезе, в качестве пестицидов и других.

Использование:

С применением олова и его сплавов изготавливаются разные виды луженой жести, которая используется достаточно широко. Также олово является основным материалом, который применяется в качестве припоя для пайки электронных схем, проводки и коммутирующих цепей. За счет своей мягкости олово применяется при изготовлении различных видов подшипников и втулок, что снижает трение в агрегатах различных машин и механизмов.

В быту олово используется для пайки, для изготовления различных изделий, позволяющих украсить помещение, а также в качестве тонкой фольги, которая называется станиоль. Мягкость олова и дешевизна его изготовления в промышленных количествах позволяют использовать его часто и в больших объемах.

Биологическая роль олова в организме окончательно не изучена. Олово входит в состав желудочного фермента гастрина, оказывает влияние на активность флавиновых ферментов, способно усиливать процессы роста.

Размещено на Allbest.ru