Полная характеристика элемента олово

Олово

Олово — пластичный, ковкий и легкоплавкий блестящий металл серебристо-белого цвета. Используется в основном как безопасное, нетоксичное, коррозионностойкое покрытие в чистом виде или в сплавах с другими металлами. Главные промышленные применения олова — в белой жести (луженое железо) для изготовления тары, в припоях для электроники, в домовых трубопроводах, в подшипниковых сплавах и в покрытиях из олова и его сплавов.Элемент состоит из 10 изотопов с массовыми числами 112, 114-120, 122, 124; последний слабо радиоактивен; изотоп 120 Sn наиболее распространен (около 33%).

СТРУКТУРА

Олово имеет две аллотропные модификации: a-Sn (серое олово) с гранецентрированной кубической кристаллической решеткой и b-Sn (обычное белое олово) с объемноцентрированной тетрагональной кристаллической решеткой. Фазовый переход b -> a ускоряется при низких температурах (-30° С) и в присутствии зародышей кристаллов серого олова; известны случаи, когда оловянные изделия на морозе рассыпались в серый порошок («оловянная чума»), но это превращение даже при очень низких температурах резко тормозится наличием мельчайших примесей и поэтому редко встречается, представляя скорее научный, чем практический интерес.

СВОЙСТВА

Плотность b-Sn 7,29 г/см 3 , плотность a-Sn 5.85 г/см 3 ,. Температура плавления 231,9°C, температура кипения 2270°C.
Температурный коэффициент линейного расширения 23·10 -6 (0-100 °С); удельная теплоемкость (0°С) 0,225 кдж/(кг·К), то есть 0,0536 кал/(г·°С); теплопроводность (0°С) 65,8 вт/(м·К.), то есть 0,157 кал/(см·сек·°С); удельное электрическое сопротивление (20 °С) 0,115·10 -6 ом·м, то есть 11,5·10 -6 ом·см. Серое олово является диамагнетиком, а белое — парамагнетиком.

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

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

ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА

Олово — редкий рассеянный элемент, по распространенности в земной коре олово занимает 47-е место. Кларковое содержание олова в земной коре составляет, по разным данным, от 2·10 −4 до 8·10 −3 % по массе. Основной минерал олова — касситерит (оловянный камень) SnO2, содержащий до 78,8 % олова. Гораздо реже в природе встречается станнин (оловянный колчедан) — Cu2FeSnS4 (27,5 % Sn). Мировые месторождения олова находятся в основном в Китае и Юго-Восточной Азии — Индонезии, Малайзии и Таиланде. Также есть крупные месторождения в Южной Америке (Боливии, Перу, Бразилии) и Австралии.

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

В процессе производства рудоносная порода (касситерит) подвергается дроблению до размеров частиц в среднем

10 мм, в промышленных мельницах, после чего касситерит за счет своей относительно высокой плотности и массы отделяется от пустой породы вибрационно-гравитационным методом на обогатительных столах. В дополнение применяется флотационный метод обогащения/очистки руды. Таким образом удается повысить содержание олова в руде до 40-70 %. Далее проводят обжиг концентрата в кислороде для удаления примесей серы и мышьяка. Полученный концентрат оловянной руды выплавляется в печах. В процессе выплавки восстанавливается до свободного состояния посредством применения в восстановлении древесного угля, слои которого укладываются поочередно со слоями руды, или алюминием (цинком) в электропечах: SnO2 + C = Sn + CO2. Особо чистое олово полупроводниковой чистоты готовят электрохимическим рафинированием или методом зонной плавки.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

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

В общем можно выделить следующие формы нахождения олова в природе:

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

На сульфидных месторождениях олово входит как изоморфный элемент в сфалериты (Силинское месторождение, Россия, Приморье), халькопириты (Дубровское месторождение, Россия, Приморье), пириты. Высокие концентрации олова выявлены в пирротине грейзенов Смирновского месторождения (Россия, Приморье). Считается, что из-за ограниченного изоморфизма происходит распад твёрдых растворов с микровыделениями Cu2 +1 Fe +2 SnS4 или тиллита PbSnS2 и других минералов.

ПРИМЕНЕНИЕ

Олово используется в основном как безопасное, нетоксичное, коррозионностойкое покрытие в чистом виде или в сплавах с другими металлами. Главные промышленные применения олова — в белой жести (лужёное железо) для изготовления тары пищевых продуктов, в припоях для электроники, в домовых трубопроводах, в подшипниковых сплавах и в покрытиях из олова и его сплавов. Важнейший сплав олова — бронза (с медью). Другой известный сплав — пьютер — используется для изготовления посуды. Для этих целей расходуется около 33 % всего добываемого олова. До 60 % производимого олова используется в виде сплавов с медью, медью и цинком, медью и сурьмой (подшипниковый сплав, или баббит), с цинком (упаковочная фольга) и в виде оловянно-свинцовых и оловянно-цинковых припоев. В последнее время возрождается интерес к использованию металла, поскольку он наиболее «экологичен» среди тяжёлых цветных металлов. Используется для создания сверхпроводящих проводов на основе интерметаллического соединения Nb3Sn.
Дисульфид олова SnS2 применяют в составе красок, имитирующих позолоту («поталь»).

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

Олово является важнейшим легирующим компонентом при получении конструкционных сплавов титана.
Двуокись олова — очень эффективный абразивный материал, применяемый при «доводке» поверхности оптического стекла.
Смесь солей олова — «жёлтая композиция» — ранее использовалась как краситель для шерсти.

Олово применяется также в химических источниках тока в качестве анодного материала, например: марганцево-оловянный элемент, окисно-ртутно-оловянный элемент. Перспективно использование олова в свинцово-оловянном аккумуляторе; так, например, при равном напряжении, по сравнению со свинцовым аккумулятором свинцово-оловянный аккумулятор обладает в 2,5 раза большей емкостью и в 5 раз большей энергоплотностью на единицу объёма, внутреннее сопротивление его значительно ниже.
Исследуются изолированные двумерные слои олова (станен), созданные по аналогии с графеном.

Источник

Олово (Sn, Stannum)

История олова

Олово – один из древнейших известных человечеству металлов, первые изделия из оловянной бронзы (сплав, где наряду с оловом присутствует медь) датируются III тысячелетием до н.э. Латинское название stannum связано с санскритом, где есть похожий термин для определения сплава серебра и свинца, который был чрезвычайно прочный (calorizator). Собственно название олово было образовано от нескольких слов в славянских языках, обозначающих белый или жёлтый цвет.

Общая характеристика олова

Олово является элементом XIV группы V периода периодической таблицы химических элементов Д.И. Менделеева, имеет атомный номер 50 и атомную массу 118,710. Принятое обозначение – Sn (от латинского stannum).

Нахождение в природе

Олово считается редким рассеянным элементом, основное количество содержится в минерале касситерите (оловянном камне), основные месторождения олова на территории Китая, Индонезии, Таиланда, Малайзии, Перу, Боливии и Бразилии.

Физические и химические свойства

Олово является лёгким, пластичным, легкоплавким и ковким металлом, имеет блестящую поверхность серебристо-белого цвета. Инертен к воздействию воздуха при обычных температурах благодаря образующейся на поверхности оксидной плёнке.

Суточная потребность в олове

Суточная потребность в олове чётко не установлена, считается, что человеку достаточно 2-10 мг в день. Ежедневно организм с едой получает до 50 мг микроэлемента (при заявленной токсичной дозе в 20 мг), но отравления не происходит потому, что усваивается не более 5% олова, остальное естественным путём выводится с мочой.

Продукты питания богатые оловом

Основными поставщиками олова для организма человека традиционно считаются говядина, свинина, индейка и курица, молоко и молочные продукты, фасоль, горох и семечки подсолнуха, свёкла и картофель.

Признаки нехватки олова

Недостаточное количество олова в организме человека встречается крайне редко и характеризуется следующими признаками:

  • замедление роста;
  • ухудшение слуха;
  • потеря веса;
  • выпадение волос;
  • дисбаланс минерального состава.

Признаки избытка олова

Избыток олова случается у работающих с солями олова и у тех, кто часто питается консервами в железных банках, которые имеют свойство разрушаться при длительном хранении, поэтому, если содержимое банки не используется сразу, есть смысл переложить продукты в стеклянную или пластиковую ёмкость. Избыток олова характеризуется:

  • анемией;
  • мигренями и головокружениями;
  • металлическим привкусом во рту;
  • увеличением печени;
  • воспалительными реакциями на коже;
  • снижением аппетита, рвотой, поносом;
  • изменением цвета кожи (бледность с серым оттенком) и дёсен (синева);
  • возбуждением и немотивированной агрессией.

Применение олова в жизни

Олово применяют как в чистом виде, так и в сплавах для изготовления безопасных и стойких к коррозии покрытий, также в химической промышленности, стекольном деле и для окраски шерсти.

Полезные свойства олова и его влияние на организм

Роль олова на процессы, происходящие в организме, изучена не в полном объёме, на сегодняшний день понятно, что микроэлемент участвует в процессах роста и в окислительно-восстановительных реакциях, присутствует в желудочном ферменте (гастрин), способствует нормальному развитию костных тканей.

Источник

Олово, свойства атома, химические и физические свойства

Олово, свойства атома, химические и физические свойства.

118,710(7) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 5s 2 5p 2

Олово — элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 50. Расположен в 14-й группе (по старой классификации — главной подгруппе четвертой группы), пятом периоде периодической системы.

Физические свойства олова

Атом и молекула олова. Формула олова. Строение атома олова:

Олово (лат. Stannum) – химический элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с обозначением Sn и атомным номером 50. Расположен в 14-й группе (по старой классификации – главной подгруппе четвертой группы), пятом периоде периодической системы.

Олово – амфотерный металл. Относится к группе лёгких, цветных металлов.

Олово обозначается символом Sn.

Как простое вещество олово при нормальных условиях представляет собой ковкий, мягкий, пластичный, легкоплавкий, серебристо-белый, блестящий металл (белое олово, β-олово) либо серый порошок (серое олово, α-олово).

Молекула олова одноатомна.

Химическая формула олова Sn.

Электронная конфигурация атома олова 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 5s 2 5p 2 . Потенциал ионизации (первый электрон) атома олова равен 708,58 кДж/моль (7,343918(12) эВ).

Строение атома олова. Атом олова состоит из положительно заряженного ядра (+50), вокруг которого по пяти оболочкам движутся 50 электронов. При этом 46 электронов находятся на внутреннем уровне, а 4 электрона – на внешнем. Поскольку олово расположен в пятом периоде, оболочек всего пять. Первая – внутренняя оболочка представлена s-орбиталью. Вторая – внутренняя оболочка представлены s- и р-орбиталями. Третья и четвертая – внутренние оболочки представлены s-, р- и d-орбиталями. Пятая – внешняя оболочка представлена s-орбиталью. На внешнем энергетическом уровне атома олова на 5s-орбитали находятся два спаренных электрона, на 5p-орбитали – два неспаренных электрона. В свою очередь ядро атома олова состоит из 50 протонов и 69 нейтронов. Олово относится к элементам p-семейства.

Радиус атома олова (вычисленный) составляет 145 пм.

Атомная масса атома олова составляет 118,710(7) а. е. м.

Изотопы и модификации олова:

Свойства олова (таблица): температура, плотность, давление и пр.:

100 Общие сведения
101 Название Олово
102 Прежнее название
103 Латинское название Stannum
104 Английское название Tin
105 Символ Sn
106 Атомный номер (номер в таблице) 50
107 Тип Металл
108 Группа Амфотерный, лёгкий, цветной металл
109 Открыт Известно с древних времен.
110 Год открытия в XXXV веке до н. э.
111 Внешний вид и пр. Ковкий, мягкий, пластичный, серебристо-белый, блестящий металл (белое олово, β-олово) либо серый порошок (серое олово, α-олово)
112 Происхождение Природный материал
113 Модификации
114 Аллотропные модификации 4 аллотропные модификации, в т.ч.:

– α-олово, серое олово, с кубической алмазной кристаллической решёткой,

– β-олово, белое олово, с тетрагональной объёмно-центрированной кристаллической решёткой,

– σ-олово

115 Температура и иные условия перехода аллотропных модификаций друг в друга
116 Конденсат Бозе-Эйнштейна
117 Двумерные материалы
118 Содержание в атмосфере и воздухе (по массе) 0 %
119 Содержание в земной коре (по массе) 0,00022 %
120 Содержание в морях и океанах (по массе) 1,0·10 -9 %
121 Содержание во Вселенной и космосе (по массе) 4,0·10 -7 %
122 Содержание в Солнце (по массе) 9,0·10 -7 %
123 Содержание в метеоритах (по массе) 0,00012 %
124 Содержание в организме человека (по массе) 0,00002 %
200 Свойства атома
201 Атомная масса (молярная масса) 118,710(7) а. е. м. (г/моль)
202 Электронная конфигурация 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 5s 2 5p 2
203 Электронная оболочка K2 L8 M18 N18 O4 P0 Q0 R0

204 Радиус атома (вычисленный) 145 пм
205 Эмпирический радиус атома* 145 пм
206 Ковалентный радиус* 139 пм
207 Радиус иона (кристаллический) Sn 4+

(в скобках указано координационное число – характеристика, которая определяет число ближайших частиц (ионов или атомов) в молекуле или кристалле)

208 Радиус Ван-дер-Ваальса 217 пм
209 Электроны, Протоны, Нейтроны 50 электронов, 50 протонов, 69 нейтронов
210 Семейство (блок) элемент p-семейства
211 Период в периодической таблице 5
212 Группа в периодической таблице 14-ая группа (по старой классификации – главная подгруппа 4-ой группы)
213 Эмиссионный спектр излучения
300 Химические свойства
301 Степени окисления -4, -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4
302 Валентность II, IV
303 Электроотрицательность 1,96 (шкала Полинга)
304 Энергия ионизации (первый электрон) 708,58 кДж/моль (7,343918(12) эВ)
305 Электродный потенциал Sn 2+ + 2e – → Sn, E o = -0,136 В,

Sn 4+ + 2e – → Sn 2+ , E o = +0,151 В,

Sn 4+ + 4e – → Sn, E o = +0,01 В

306 Энергия сродства атома к электрону 107,2984(3) кДж/моль (1,112070(2) эВ)
400 Физические свойства
401 Плотность* 7,265 г/см 3 (при 20 °C и иных стандартных условиях , состояние вещества – твердое тело) – β-олово (белое олово),

5,769 г/см 3 (при 20 °C и иных стандартных условиях , состояние вещества – твердое тело) – α-олово (серое олово),

6,99 г/см 3 (при температуре плавления 231,93 °C и иных стандартных условиях , состояние вещества – жидкость)

402 Температура плавления* 231,93 °C (505,08 K, 449,47 °F)
403 Температура кипения* 2602 °C (2875 K, 4716 °F)
404 Температура сублимации
405 Температура разложения
406 Температура самовоспламенения смеси газа с воздухом
407 Удельная теплота плавления (энтальпия плавления ΔHпл)* 7,03 кДж/моль – β-олово (белое олово)
408 Удельная теплота испарения (энтальпия кипения ΔHкип) 296,1 кДж/моль – β-олово (белое олово)
409 Удельная теплоемкость при постоянном давлении
410 Молярная теплоёмкость 27,112 Дж/(K·моль) – β-олово (белое олово)
411 Молярный объём 16,3 см³/моль
412 Теплопроводность 66,8 Вт/(м·К) (при стандартных условиях ),

66,8 Вт/(м·К) (при 300 K)

500 Кристаллическая решётка
511 Кристаллическая решётка #1 β-олово (белое олово)
512 Структура решётки Тетрагональная объёмно-центрированная

513 Параметры решётки a = 5,8197 Å, c = 3,175 Å
514 Отношение c/a 0,546
515 Температура Дебая 170 K
516 Название пространственной группы симметрии I41/amd
517 Номер пространственной группы симметрии 141
521 Кристаллическая решётка #2 α-олово (серое олово)
522 Структура решётки Кубическая алмазная

523 Параметры решётки a = 6,46 Å
524 Отношение c/a
525 Температура Дебая
526 Название пространственной группы симметрии Fd_ 3m
527 Номер пространственной группы симметрии 225
900 Дополнительные сведения
901 Номер CAS 7440-31-5

205* Эмпирический радиус атома олова согласно [1] и [3] составляет 140 пм и 162 пм соответственно.

206* Ковалентный радиус олова согласно [1] и [3] составляет 139±4 пм и 141 пм соответственно.

401* Плотность белого олова согласно [4] составляет 7,29 г/см 3 (при 20 °C и иных стандартных условиях , состояние вещества – твердое тело) и 6,98 г/см 3 (при температуре плавления 232 °C и иных стандартных условиях , состояние вещества – жидкость). Плотность серого олова согласно [4] составляет 5,85 г/см 3 (при 14 °C и иных стандартных условиях , состояние вещества – твердое тело).

402* Температура плавления олова согласно [3] и [4] составляет 231,91 °С (505,06 K, 449,44 °F) и 231,9 °С (505,05 K, 449,42 °F) соответственно.

403* Температура кипения олова согласно [3] и [4] составляет 2619,85 °C (2893 K, 4747,73 °F) и 2620 °С (2893,15 K, 4748 °F) соответственно.

407* Удельная теплота плавления (энтальпия плавления ΔHпл) белого олова согласно [4] составляет 7,2 кДж/моль.

Источник