Физические свойства олова таблица

Свойства олова

Олово представляет собой металл с характерным серебристо-белым цветом. В периодической системе химических элементов имеет 50 номер и обозначается в химической номенклатуре символом Sn (с латинского Stannum). Олово входит в группу легких металлов. В нормальных условиях существования металл проявляет свою пластичность, а также легко поддается ковке и плавке.

Олово является достаточно редким металлом, который встречается только в рассеянном состоянии. Среди перечня всех содержащихся в земной коре химических элементов, олово располагается на 47 месте. Основным материалом, из которого добывается олово, являются руды и пески. Максимальное количество содержания олова найдено в кассетирите ,минерале, доля которого достаточно велика в песках, находящихся на океанском дне. Содержание металла в кассетирите достигает 80%. Также достаточное для добычи содержание олова находится и в оловянном колчедане. Однако, его существование в природе – настоящая редкость.

Характеристики олова

Свойства олова заключаются в следующем. Это твердый металл, который при температуре 20 0 С имеет плотность, равную 7,3 г/см 3 , когда олово переходит в жидкое состояние, что возможно только при температуре плавления, его плотность составляет 6,98 г/см 3 . Плавится металл при 231,9 0 С, закипает при 2600 0 С. Т.е. предельной температурой, при которой металл способен сохранять свое твердое состояние, является 231 0 С. Стоит отметить, что металл достаточно гибкий в охлажденном состоянии. Если воздействовать элемент незначительным повышением температуры, то при нажатии металл легко поддается деформации, подобно пластилину.

Олово имеет коэффициент линейного расширения при температуре в диапазоне от 20 0 С до 100 0 С, который составляет 22,4*10 -6 К -1 . Металл имеет удельную теплоемкость, которая при 20 0 С равняется 226 Дж/(кг*К), а в жидком состоянии – 268 Дж/(кг*К).

При температуре, равной 20 0 С, теплопроводность олова составляет 65,8 Вт(м*К), его удельное электросопротивление и удельная электропроводность при той же температуре составляют 0,115 мкОм*м и 8,69 МСм/м, соответственно.

Как уже говорилось, металл является достаточно мягким и без труда поддающимся резанию ножом. Его твердость по Бринеллю составляет 50 МПа. Относительное удлинение металла равняется 80%. Литье осуществляется, когда температура металла достигает 260-300 0 С.

Олово имеет молекулярную массу 50, в связи, с чем считается легким металлом. Вес металла практически такой же, как и у алюминия.

На поверхности металла находится оксид олова, который является отличной защитной пленкой, призванной предотвратить появление на нем коррозии. Данное свойство присуще металлу даже во влажном воздухе при температуре 100 0 С. Олово не обладает химической стойкостью, легко реагируя с азотной и серной кислотами. Также вступает в реакцию и с галогенами.

Таблица 1. Свойства олова

Атомная масса (молярная масса)

Химические свойства олова

Энергия ионизации (первый электрон)

Термодинамические свойства простого вещества

Плотность (при н. у.)

Уд. теплота плавления

Уд. теплота испарения

Кристаллическая решётка простого вещества

Прочие характеристики олова

Виды олова

Очень важным значением является структура металла, от которой зависит его качество и многие свойства. Некоторые металлы могут иметь различную модификацию, не исключением в данном случае является и олово. Согласно его модификации различают следующие виды олова:

• белый металл (или олово β-модификации). Это именно тот вид олова, для которого характерными являются серебристый оттенок, легкость, пластичность, а также ковкость. Белое олово плавится при относительно низкой температуре — +231 0 С, а закипает при +2270 0 С. Белое олово проявляет типичные металлические свойства. Стоит отметить, что данная фаза является устойчивой к повышению температуры выше +13,2 0 С.
• серое олово (α-модификация). Образуется при температуре ниже 13,2 0 С. Характеризуется кубической кристаллической решеткой, которая имеет схожесть с кристаллической решеткой алмаза. Серое олово имеет более низкую плотность, не поддается ковке, а также представляет собой полупроводник. Переход из одной фазы олова в другую по причине различной плотности способствует увеличению объема. Стоит отметить, что при этом изделия из олова разрушаются, превращаясь в гору порошка. Данное явление в древние века носило название «оловянная чума», которая больше всех заставляла страдать солдат. Это связано было с тем, что в те времена, именно олово служило основным материалом для изготовления пуговиц, ложек, некоторых частей обмундирования, которые рассыпались под воздействием низких температур. В результате этого, армия становилась не боеспособной. Порошок имеет плотность, которая в несколько раз ниже, чем плотность олова в металлическом состоянии, — 5850 гр/см 3
• γ-олово является еще одной фазой металла. Данный вид способен существовать при определенном температурном режиме, который находится в диапазоне 161-232 0 С. До настоящего времени практического применения данного олова нет.

Стоит сказать, что олово относится к амфотерным элементам, способным проявлять как кислотные, так и основные свойства. Именно поэтому, металл встречается только в рассеянной форме.

Металлическое олово абсолютно не обладает токсичностью, что является основной причиной, по которой допускается применение олова в пищевой промышленности. А вот некоторые соединения олова, а точнее, их пары, представляют собой серьезную опасность для человеческого здоровья и жизни.

Источник

Олово и сферы его применения

ООО «НКМ Норд», выступая прямым представителем крупного холдинга по производству и поставке цветных металлов и сплавов, которые используются с целью легирования сталей, представляет на рынке Санкт-Петербурга и Москвы олово и его сплавы по доступным ценам.

Оглавление

Олово – абсолютно нетоксичный и пластичный металл, обладающий низкой температурой плавления. Сфера его применения во многом определяется перечисленными характеристиками. Его широко используют в пищевой промышленности, с его применением связано создание электронных плат и радиотехнических изделий. Поговорим о марках олова, о его характеристиках и ключевых особенностях.

Основные сведения об олове

Олово (Sn) – легкий металл. Отличается повышенной ковкостью и пластичностью, в периодической системе олово расположено под номером 50. В чистом виде – это металл, отличающийся серебристо-белым цветом, обладающий характерным блеском. Температура, при которой Sn переходит в жидкое состояние, равна 231,9°С, что позволяет легко плавить его даже в бытовых условиях. Закипает металл при температуре 2620°С.

В зависимости оттого, как меняется температура внешней среды, олово погружается в то или иное аллотропическое состояние:

• аллотропическое состояние с кубической молекулярной решеткой (подобным образом расположены молекулы углерода в алмазах) – характерно для температур ниже 13,2°С (в этом виде материал называют «серым оловом»);
• состояние с тетрагональной молекулярной решеткой – в эту модификацию материал начинает переходить при температуре, превышающей 13,2°С (в таком виде Sn называют «белым оловом»);
• существуют другие модификации олова, в которые материал переходит при температурах от 161°С до 231,9°С (при одновременном воздействии на него высокого давления).

Олово обладает одной достаточно интересной особенностью: при переходе в состояние «серого олова» материал начинает растрескиваться и в конечном итоге превращается в порошок. Это явление принесло немало вреда человечеству и в свое время получило название «оловянная чума». Особенно опасным оно становится при низких отрицательных температурах.

По уровню содержания в земной коре Sn занимает 47-е место среди других элементов. Больше всего присутствует олова в касситерите. Это природный материал, получивший второе название – «оловянный камень». Процент Sn в нем достигает 78,8%. Основные запасы олова на земле сконцентрированы в материковой части азиатского континента.

История открытия олова

Добывать и обрабатывать олово люди научились несколько тысяч лет назад. В настоящее время сохранились сведения об использовании Sn еще в 4-м тысячелетии до нашей эры. Это период бронзового века. В то время олово было одним из ключевых компонентов бронзовых сплавов. Разумеется, что открытие олова происходило без привлечения ученых. Мощности высокотехнологичных лабораторий для выделения олова из природных минералов изначально также не использовались.

Физические и механические свойства олова

Характеристика	Значение
Свойства атома
Название, символ, номер	О́лово / Stannum (Sn), 50

Свойство	Значение
Атомный номер	50
Атомная масса, а.е.м	118,7
Радиус атома, пм	162
Плотность, г/см³	7,31
Теплопроводность, Вт/(м·K)	66,8
Температура плавления, °С	231,9
Температура кипения, °С	2620
Теплота плавления, кДж/моль	7,07
Теплота испарения, кДж/моль	296
Молярный объем, см³/моль	16,3
Группа металлов	Легкий металл

Химические свойства олова

Свойство	Значение
Ковалентный радиус, пм	141
Радиус иона, пм	(+4e) 71 (+2) 93
Электроотрицательность (по Полингу)	1,96
Электродный потенциал	-0,136
Степени окисления	+4, +2
Энергия ионизации, кДж/моль (эВ)	708,2 (7,34)

Марки олова и сплавов

На сегодняшний день в промышленности используется олово следующих марок:

• ОВЧ-000 – практически чистое олово, которое производится в виде прутков или чушки (содержимое Sn в такой продукции достигает 99,999%);
• 01ПЧ, 01 – сплавы, которые также причислены к категории чистого олова, а содержимое примесей в них не превышает 0,085% и 0,1%, соответственно (выпускается такое олово в виде чушки, проволоки и прутков);
• 02 – чистое олово с максимальным процентным содержанием примесей – не более 0,435%;
• 03 – олово с примесью свинца, процентное содержание которого не превышает 1%;
• 04 – Sn с максимальным содержанием примесей (допустимое содержание посторонних элементов – 3,51%).

Достоинства и недостатки

Преимущества олова заключаются в следующих характеристиках металла:

• в высокой коррозионной стойкости, а также в невосприимчивости к воздействию солей и целого ряда органических кислот;
• в неспособности вступать в реакцию с серой, которая может содержаться в других материалах (это позволяет сочетать олово и, к примеру, пластик в одних и тех же изделиях);
• в отсутствии токсичности – качество, позволяющее использовать Sn в пищевой промышленности.

Олово характеризуется следующими недостатками:

• низкая температура перехода в жидкое состояние;
• подверженность «оловянной чуме».

Применение олова

Можно выделить несколько ключевых направлений использования олова. Благодаря отсутствию токсичности, а также благодаря устойчивости к воздействию агрессивных химических соединений из олова изготавливают изделия и оборудование, напрямую контактирующее с пищей. Также на основе олова формируются покрытия медных электрических проводников. Это позволяет защитить медь от негативного воздействия серы, которая содержится в пластике наружной изоляции.

Небывалое распространение получило олово в промышленных отраслях, связанных с производством электроники. Пайка деталей и электрических схем в большинстве случаев производится с применением Sn.

Существует огромное количество сплавов, в состав которых неизбежно входит олово. Это всевозможные баббиты, бронзовые сплавы, а также другие материалы, с которыми мы практически повседневно сталкиваемся в обычной жизни.

Продукция из олова

Полуфабрикаты из олова поступают на рынок в виде проволоки, прутков или чушки. Эта продукция используется в производстве сплавов, а также разнообразных деталей или покрытий.

Аноды из олова применяют для лужения поверхностей, изготовленных из других материалов.

Система менеджмента качества производств сертифицирована на соответствие международному стандарту качества ISO 9001: 2015

Источник

ОЛОВО

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.

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. Олово образует различные соединения, многие из которых находят промышленное применение. Наиболее экономически важный оловосодержащий минерал – касситерит (оксид олова). Мировые месторождения касситерита разрабатывают в Юго-Восточной Азии, в основном в Индонезии, Малайзии и Таиланде. Другие важные месторождения касситерита находятся в Южной Америке (Бразилия и Боливия), Китае и Австралии. См. также ОЛОВА ПРОИЗВОДСТВО.

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.

Таблица: Свойства b -ОЛОВА

СВОЙСТВА b -ОЛОВА
Атомный номер	50
Атомная масса	118,710
Изотопы
стабильные	112, 114–120, 122, 124
нестабильные	108–111, 113, 121, 123, 125–127
Температура плавления, °С	231,9
Температура кипения, °С	2625
Плотность, г/см 3	7,29
Твердость (по Бринеллю)	3,9
Содержание в земной коре, % (масс.)	0,0004
Степени окисления	+2, +4

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 SnCl₂). 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 HNO₃ образуется растворимый нитрат олова(II), а в концентрированной HNO₃ – нерастворимая b-оловянная кислота H₂SnO₃. Концентрированные щелочи растворяют олово с образованием станнитов – солей оловянистой кислоты H₂SnO₂; в растворах станниты существуют в гидроксоформе, например Na₂[Sn(OH)₄]. 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 SnO₂ получают из чистого металла; диоксид олова SnO₂ применяется для приготовления белых глазурей и эмалей. Из SnO₂ 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. SnCl₄ – 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.

Спиваковский В.Б. Аналитическая химия олова. М., 1975
Большаков К.А., Федоров П.И. Химия и технология малых металлов. М., 1984

Источник