Соединения олова с азотом

ОЛОВО (лат. Stannum), Sn, химический элемент с атомным номером 50, атомная масса 118,710. О происхождении слов «stannum» и «олово» существуют различные догадки. Латинское «stannum», которое иногда производят от саксонского «ста» — прочный, твердый, первоначально означало сплав серебра и свинца. «Оловом» в ряде славянских языков называли свинец. Возможно, русское название связано со словами «ол», «оловина» — пиво, брага, мед: сосуды из олова использовались для их хранения. В англоязычной литературе для названия олова используется слово tin. Химический символ олова Sn читается «станнум».

Природное олово состоит из девяти стабильных нуклидов 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 — b-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.

Физические и химические свойства: простое вещество олово полиморфно. В обычных условиях оно существует в видеb-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 b-Sn 7,228 г/см 3 . Температура плавления 231,9°C, температура кипения 2270°C.

При охлаждении, например, при морозе на улице, белое олово переходит в a-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 b-Sn a-Sn сопровождается увеличением удельного объема на 25,6% (плотность a-Sn составляет 5,75 г/см 3 ), 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).

Из-за сильного различия структур двух модификаций олова разнятся и их электрофизические свойства. Так, b-Sn — металл, а a-Sn относится к числу полупроводников. Ниже 3,72 К a-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, 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:

С концентрированной соляной кислотой олово медленно реагирует:

Возможно также образование хлороловянных кислот составов HSnCl₃, H₂SnCl₄ и других, например:

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-SnO₂·nH₂O (иногда ее 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 a-оловянная кислота:

Свежеполученная a-оловянная кислота растворяется в кислотах и щелочах:

При хранении a-оловянная кислота стареет, теряет воду и переходит в b-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 SnS₂растворяется в растворе сульфида аммония (NH₄)₂S:

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

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, 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 (оловянный камень) SnO₂, содержащий до 78,8 % олова. Гораздо реже в природе встречается станнин (оловянный колчедан) — Cu₂FeSnS₄ (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 SnO₂восстанавливают углем или алюминием (цинком) в электропечах:

Особо чистое олово полупроводниковой чистоты готовят электрохимическим рафинированием или методом зонной плавки.

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), с цинком (упаковочная фольга) и в виде оловянно-свинцовых и оловянно-цинковых припоев. Олово способно прокатываться в тонкую фольгу — 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 SnS₂применяют в составе красок, имитирующих позолоту («сусальное золото»).

Искусственный радионуклид олова 119 Sn — источник v-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.

Источник

Олово: степени окисления и реакции с ним

Химические свойства олова

Олово – это легкий металл с атомным номером 50, который находится в 14-й группе периодической системы элементов. Этот элемент был известен еще в древности и считался одним из самых редких и дорогих металлов, поэтому изделия из олова могли позволить себе самые богатые жители Римской Империи и Древней Греции. Из олова изготавливали специальную бронзу, которой пользовались еще в третьем тысячелетии до нашей эры. Тогда бронза была самым прочным и популярным сплавом, а олово служило одной из примесей и использовалось более двух тысяч лет.

На латыни этот металл называли словом «stannum», что означает стойкость и прочность, однако таким названием ранее обозначался сплав свинца и серебра. Только в IV веке этим словом начали называть само олово. Само же название «олово» имеет множество версий происхождения. В Древнем Риме сосуды для вина делались из свинца. Можно предположить, что оловом называли материал свинец, из которого изготавливали сосуды для хранения напитка оловина, употребляемого древними славянами.

В природе этот металл встречается редко, по распространенности в земной коре олово занимает всего лишь 47-е место и добывается из касситерита, так называемого оловянного камня, который содержит около 80 процентов этого металла.

Применение в промышленности

Так как олово является нетоксичным и весьма прочным металлом, он применяется в сплавах с другими металлами. По большей части его используют для изготовления белой жести, которая применяется в производстве банок для консервов, припоев в электронике, а также для изготовления бронзы.

Физические свойства олова

Этот элемент представляет собой металл белого цвета с серебристым отблеском.

Если нагреть олово, можно услышать потрескивание. Этот звук обусловлен трением кристалликов друг о друга. Также характерный хруст появится, если кусок олова просто согнуть.

Олово весьма пластично и ковко. В классических условиях этот элемент существует в виде «белого олова», которое может модифицироваться в зависимости от температуры. Например, на морозе белое олово превратится в серое и будет иметь структуру, схожую со структурой алмаза. Кстати, серое олово очень хрупкое и буквально на глазах рассыпается в порошок. В связи с этим в истории есть терминология «оловянная чума».

Раньше люди не знали о таком свойстве олова, поэтому из него изготавливались пуговицы и кружки для солдат, а также прочие полезные вещи, которые после недолгого времени на морозе превращались в порошок. Некоторые историки считают, что именно из-за этого свойства олова снизилась боеспособность армии Наполеона.

Получение олова

Основным способом получения олова является восстановление металла из руды, содержащей оксид олова(IV) с помощью угля, алюминия или цинка.

Особо чистое олово получают электрохимическим рафинированием или методом зонной плавки.

Химические свойства олова

При комнатной температуре олово довольно устойчиво к воздействию воздуха или воды. Это объясняется тем, что на поверхности металла возникает тонкая оксидная пленка.

На воздухе олово начинает окисляться только при температуре свыше 150 °С:

Если олово нагреть, этот элемент будет реагировать с большинством неметаллов, образуя соединения со степенью окисления +4 (она более характерна для этого элемента):

Взаимодействие олова и концентрированной соляной кислоты протекает довольно медленно:

Sn + 4HCl → H₂[SnCl₄] + H₂

С концентрированной серной кислотой олово реагирует очень медленно, тогда как с разбавленной в реакцию не вступает вообще.

Очень интересна реакция олова с азотной кислотой, которая зависит от концентрации раствора. Реакция протекает с образованием оловянной кислоты, H₂SnO₃, которая представляет собой белый аморфный порошок:

3Sn + 4HNO₃ + nH₂O = 3H₂SnO₃·nH₂O + 4NO

Если же олово смешать с разбавленной азотной кислотой, этот элемент будет проявлять металлические свойства с образованием нитрата олова:

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

Нагретое олово нагреть может реагировать со щелочами с выделением водорода:

Sn + 2KOH + 4H₂O = K₂[Sn(OH)₆] + 2H₂

Здесь вы найдете безопасные и очень красивые эксперименты с оловом.

Степени окисления олова

В простом состоянии степень окисления олова равняется нулю. Также Sn может иметь степень окисления +2: оксид олова(II) SnO, хлорид олова(II) SnCl₂, гидроксид олова(II) Sn(OH)₂. Степень окисления +4 наиболее характерна для оксида олова(IV) SnO₂, галогенидах(IV), например хлорид SnCl₄, сульфид олова(IV) SnS₂, нитрид олова(IV) Sn₃N₄.

Источник

Химические свойства олова и его соединений

Физические и химические свойства и электронное строение атома олова и его соединений с водородом, галогеном, серой, азотом, углеродом и кислородом. Оксиды и гидроксиды олова. Окислительно-восстановительные процессы. Электрохимические свойства металла.

Рубрика	Химия
Вид	курсовая работа
Язык	русский
Дата добавления	06.07.2015

«МАТИ»- Российский Государственный Технологический Университет

Кафедра «Общей химии, физики и химии композиционных металлов»

Тема: Химические свойства олова и его соединений

1. Нахождение в природе

3. Физические свойства

4. Электронное строение атома.

5. Соединения данного хими ческого элемент с неметаллами.

5.6 С кислородом

6. Оксиды и гидроксиды данного химического элемента.

7. Комплексные соединения

8. Окислительно-восстановительные процессы

9. Электрохимические свойства металла.

Список используемой литературы.

1. Нахождение в природе

Олово — 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 %; еще меньше Олова в мантии. Концентрирование Олова связано как с магматическими процессами (известны «оловоносные граниты», пегматиты, обогащенные Оловом), так и с гидротермальными процессами; из 24 известных минералов Олова 23 образовались при высоких температурах и давлениях. Главное промышленное значение имеет касситерит SnO₂, меньшее — станнин Cu₂FeSnS₄. В биосфере олово мигрирует слабо, в морской воде его лишь 3·10 -7 % ; известны водные растения с повышенным содержанием олова. Однако общая тенденция геохимии олова в биосфере — рассеяние.

Кристаллы касситерита, чаще всего коричневые с разной густотой окраски — миниатюрные четырехгранные призмы с венчающими их пирамидами, имеют алмазный блеск и пусть не алмазную, но достаточно высокую прочность: острая грань его кристаллов царапает не только стекло, но и лезвие бритвы (твердость 6-7 по шкале Мооса). Минерал обычно не магнитен, имеет значительный удельный вес (6,3-7,2). Существует в природе и скрытокристаллическая, волокнистая, форма этого минерала — ‘деревянистое олово’. Она образуется в зоне окисления (воздействия грунтовых и метеорных вод) руд, содержащих станнин — минерал, в котором олово находится в соединении с железом, медью и серой (Cu₂FeSnS₄). В рудах минералы олова редко присутствуют без попутчиков — минеральных форм других элементов. Кроме того, сами минералы олова содержат элементы-примеси, коммерческая стоимость которых иногда выше, чем стоимость самого олова. На этих признаках, в основном, построена принятая в нашей стране классификация оловянных месторождений.

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

Концентраты, содержащие 50-70% Олова, обжигают для удаления серы, очищают от железа действием НCl. Если же присутствуют примеси вольфрамита (Fe,Mn)WO4 и шеелита CaWO₄, концентрат обрабатывают НCl; образовавшуюся WO₃·H₂O извлекают с помощью NH₄OH. Плавкой концентратов с углем в электрических или пламенных печах получают черновое Олово (94-98% Sn), содержащее примеси Cu, Pb, Fe, As, Sb, Bi. При выпуске из печей черновое Олово фильтруют при температуре 500-600 °С через кокс или центрифугируют, отделяя этим основную массу железа. Остаток Fe и Cu удаляют вмешиванием в жидкий металл элементарной серы; примеси всплывают в виде твердых сульфидов, которые снимают с поверхности Олова. От мышьяка и сурьмы Олово рафинируют аналогично — вмешиванием алюминия, от свинца — с помощью SnCl₂. Иногда Bi и Рb испаряют в вакууме. Электролитическое рафинирование и зонную перекристаллизацию применяют сравнительно редко для получения особо чистого Олова. Около 50% всего производимого Олова составляет вторичный металл; его получают из отходов белой жести, лома и различных сплавов.

3. Физические свойства

олово соединение гидроксид металл

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 объемно-центрированной 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.

Простое вещество олово полиморфно. В обычных условиях оно существует в виде b-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 b-Sn 7,29 г/см 3 . Температура плавления 231,9°C, температура кипения 2270°C. Олово — относительно мягкий металл, используется в основном как безопасное, нетоксичное, коррозионностойкое покрытие в чистом виде или в сплавах с другими металлами.

4. Электронное строение атома

1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 6 3D 10 4S 2 4P 6 4D 10 4F 0 5S 2 5P 2

Sn — олово. Порядковый номер 50, 5 период, IV группа, главная (А) подгруппа.

Порядковый номер олова — 50, а относительная атомная масса А_r=119 (округленное значение). Соответственно, заряд ядра его атома +50 (число протонов). Следовательно, число нейтронов в ядре равно N=А_r-Z=69. Так как атом электронейтрален, то число электронов, содержащихся в атоме олова, тоже равно 50.

Валентные подуровни в электронной формуле данного химического элемента — 5S и 5P: 5S 2 5P 2 . Олово относится к P-элементам, т. к. у этого элемента в последнюю очередь заполняется пятый электронный слой, 5P-подуровень.

Возможность “эффекта провала электронов”:

Так как 4D-подуровень заполнен электронами полностью, то “эффект провала электронов” не наблюдаетс

Наборы квантовых чисел для всех валентных электронов:

Олово — металл, т.к. его атомы отдают электроны, превращаясь в положительные ионы. Т. к. олово расположено вблизи диагонали бор — астат, он обладает двойственными свойствами: в одних соединениях ведет себя как металл, в других — как неметалл (амфотерные оксиды и гидроксиды).

Так как атомы олово содержат на внешнем слое 4 электрона, они могут отдавать их, приобретая при этом степень окисления +4 (проявлять восстановительные свойства). Также олово может принимать степень окисления +2.

В соответствии с правилом Гунда суммарное спиновое число _s должно быть максимальным. Расположим 2 электрона на P-атомной орбитали

= +1/2 — 1/2 = 0 = +1/2 +1/2 = 1

Так как во втором варианте _s=max, то два электрона располагаются на P-атомной орбитали в таком положении, как во втором варианте.

Согласно принципу наименьшей энергии электроны в основном состоянии заполняют орбитали в порядке повышения уровня энергии орбиталей. В одном и том же уровне энергия подуровней возрастает:E_s Sn*

K=2 K=*4 SP 3 q 4 -гибридизация

Атом олова в возбужденном состоянии имеет ковалентность, равную 4.

С водородом олово образует гидрид SnH₄;с галогенами соединения типа SnX₂ и SnX₄. Соединения типа SnX₂ обусловлены наличием у олова неподеленной пары электронов. Соединения типа SnX₄ иSnH₄ имеют SP 3 q 4 -гибридизацию и имеют форму тетраэдра.

5. Соединения данного химического элемент с неметаллами

С водородом олово непосредственно не взаимодействует. Известен гидрид SnH₄. Sn(H)

С галогенами олово дает соединения состава SnX₂ и SnX₄. Первые солеобразны и в растворах дают ионы Sn 2+ , вторые (кроме SnF₄) гидролизуются водой, но растворимы в неполярных органических жидкостях.

Первые солеобразны и в растворах дают ионы Sn2+, вторые (кроме SnF4) гидролизуются водой, но растворимы в неполярных органических жидкостях. Взаимодействием олова с сухим хлором (Sn + 2Cl2 = SnCl4) получают тетрахлорид SnCl4; это бесцветная жидкость, хорошо растворяющая серу, фосфор, иод.

Реакция с фтором протекает при обычной температуре чрезвычайно медленно, при 100 0 С очень бурно, с появлением пламени. С хлором и бромом взаимодействует при обычной температуре, с иодом — при слабом нагревании. При нагревании олово энергично реагирует с халькогенами и фосфором. SnS, SnS₂, Sn₂S₃, Sn₃S₄

С серой Олово дает нерастворимые в воде и разбавленных кислотах сульфиды: коричневый SnS и золотисто-желтый SnS₂

C азотом олово не реагирует. Известен нитрид Sn₃N₄, который уже при 360 0 С распадается на элементы. Sn(N)

C углеродом олово также непосредственно не взаимодействует. Sn( С)

5.6 С кислородом

Кислородом воздуха олово окисляется выше 150 0 С, образуя SnO₂. Это соединение встречается в виде руды. Sn(O)

При комнатной температуре олово устойчиво к воздействию воздуха (или воды). Такая инертность объясняется образованием поверхностной пленки оксидов. Заметное окисление олова на воздухе начинается при температурах выше 150°C, образуя SnO₂ :

Это соединение встречается в виде руды. Кислород воздуха пассивирует Олово, оставляя на его поверхности пленку SnO2. Химически оксид (IV) SnO2 очень устойчив, а оксид (II) SnO быстро окисляется, его получают косвенным путем. SnO2 проявляет преимущественно кислотные свойства, SnO — основные.

6. Оксиды и гидроксиды данного химического элемента

Определим свойства оксидов олова. Олово в соединениях проявляет две степени окисления: +2 и +4. Олово имеет промежуточную степень окисления +4, поэтому его соединения носят амфотерный характер. ЭО_окс.Sn=1.96(по Полингу)

2, следовательно, оксиды носят амфотерный характер. в) Олово находится вблизи диагонали бор — астат, значит, может быть как окислителем, так и восстановителем. Химические свойства ряда оксидов в периоде изменяются так: основные оксидыамфотерные оксидыкислотные оксиды. Так как олово может быть и окислителем, и восстановителем, то образует амфотерные оксиды.

Оксиду олова(IV) +4 SnO₂ соответствуют кислоты H₄SnO₄(орто-форма) и H₂SnO₃(мета-форма) и основания Sn(OH)₄ и SnO(OH)₂ . Оксиду олова(II) +2 SnO соответствует кислота H₂SnO₂ и основание Sn(OH)₂.

Взаимодействуя с сильными кислотами, амфотерные гидроксиды и оксиды проявляют основные свойства:

Взаимодействуя со щелочами — сильными основаниями, амфотерные гидроксиды и оксиды проявляют кислотные свойства:

Пространственная структура системы “олово-фтор”:

SP 3 q 4 -гибридизация

Оксид олова (IV) SnO₂. Встречается в природе в виде минерала касситерита. Белый аморфный порошок (плотность равна 7,036 г/см 3 [2]) или бесцветные кристаллы с решеткой типа рутила (t_пл=1630 о С, плотность равна 6,95 г/см 3 [2]). Устойчив к действию воздуха или воды. Мало растворим в воде, кислотах и щелочах. Восстанавливается до металлического олова водородом, монооксидом углерода, парами спирта, магнием, алюминием. Получают сжиганием олова на воздухе или в кислороде или прокаливанием на воздухе сульфида олова (II). Применяют в производстве эмалей и для получения прозрачных и матовых стекол.

52,30Дж/моль . K [3].

1)оксид двухвалентного олова (коричневый оксид) (SnO). В воде не растворяется. В зависимости от способа получения может представлять собой серые или черные кристаллы или оливково-коричневый порошок голубоватого, красноватого или зеленоватого оттенка. Этот оксид амфотерный, и из него получают станниты товарной позиции 2841. Используется в органическом синтезе как восстановитель или катализатор;

2)оксид четырехвалентного олова (оловянный ангидрид, диоксид) (SnO2) представляет собой не растворимый в воде порошок белого (белое олово) или серого цвета (оловянная зола). Белый оксид используется в керамической или стекольной промышленности как глушитель, серый порошок используется для полировки металлов, зеркал и т.д., а также для получения стеклующихся соединений.

Этот оксид иногда известен под названием «полировальный порошок», однако этот термин означает также смеси этого оксида с оксидом свинца, который включается в товарную позицию 3824. Диоксид олова является амфотерным соединением и служит для получения станнатов (товарная позиция 2841);

Гидроксид олова (II) Sn(OH)₂. Осаждается в виде гелевидного белого осадка из растворов солей олова (II), обработанных гидроксидом аммония, щелочами или карбонатами щелочных металлов. Мало растворим в воде. Проявляет амфотерный характер.

1)оловянная кислота, или гидроксид четырехвалентного олова (Sn(OH)₄). Получается действием гидроксидов щелочных металлов на соль четырехвалентного олова. Белый порошок, превращающийся в метаоловянную кислоту;

2)метаоловянная кислота. Получается из оловянной кислоты; представляет собой не растворимый в воде порошок. Используется как глушитель в производстве керамики и как абразив в стекольной промышленности. Эти оловянные кислоты образуют станнаты товарной позиции.

7. Комплексные соединения

Тетрагалогениды SnX₄ образуют комплексные соединения с Н₂О, NH₃, оксидами азота, РСl₅, спиртами, эфирами и многими органическими соединениями. С галогеноводородными кислотами галогениды Олова 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 Н₂SnО₃·nН₂О. С серой Олово дает нерастворимые в воде и разбавленных кислотах сульфиды: коричневый SnS и золотисто-желтый SnS₂.

Олово входит в состав комплексных солей в качестве составляющей аниона или катиона.

а) Sn в составе аниона.

NaF+2SnF₂= + Na[ 2+ Sn₂F₅ — ] — фторостаннат натрия

акцептор — олово Sn

комплексообразователь (К) — олово Sn

лиганды (Л) — фтор F

координационное число n равно 5

б) Sn в составе катиона.

При взаимодействии с соединениями, являющимися сильными акцепторами фтора, SnF₂ может образовывать комплексные фториды, входя в состав катиона. В качестве противоиона здесь выступает, как правило, однозарядный анион. По данным рентгеноструктурных исследований катионные фторидные частицы являются полимерными. Подобные соединения образуются с BF₃, ZrF₄, AsF₅, SbF₃, SbF₅. величина изомерного сдвига свидетельствует, что они содержат катионы (SnF)_n n + или (Sn_nF₂_n_-1) + :

акцептор — олово Sn

комплексообразователь(К) — олово Sn

лиганды(Л) — фтор F

координационное число n равно 3

Олово в составе катиона основания и в составе аниона кислоты носит слабый характер, т. к. К_дисс. -2 . Рассмотрим 2 реакции: а) гидролиз по катиону, где олово входит в состав катиона слабого основания, и б) гидролиз по аниону, где олово входит в состав аниона слабой кислоты.

Ионное уравнение гидролиза по I стадии:

Молекулярное уравнение гидролиза по I стадии:

Так как в результате гидролиза в растворе появляются свободные ионы H + , то pH + *aq+(SnO₂) -2 *aq

Ионное уравнение гидролиза по I стадии:

Молекулярное уравнение гидролиза по I стадии:

Так как в результате гидролиза в растворе появляются свободные ионы OH — , то pH>7(щелочная среда).

Рассчитаем pH среды для соли Sn(NO₃)₂ с C, равной 0.1 моль/л. Соль образованы слабым основанием и сильной кислотой, следовательно гидролиз по катиону, pH должна быть -10

pH=-1/2lg=-1/2lg(0.000925*10 -4 )=3.5

Гидролиз соли можно усилить, если:

1) добавить воды(уменьшить концентрацию);

2) нагреть раствор (при этом усиливается эндотермическая реакция воды: H₂O H + +OH—57кДж, следовательно увеличивается количество ионов H + и OH — , которые необходимы для осуществления гидролиза соли);

8 . Окислительно-восстановительные процессы

Мерой окислительно-восстановительной способности веществ служат их окислительно-восстановительные (электродные) потенциалы (ц 0 ). Чем больше алгебраическая величина стандартного окислительно-восстановительного потенциала данного атома или иона, тем больше его окислительные свойства, а чем меньше алгебраическое значение окислительно-восстановительного потенциала атома или иона, тем больше его восстановительные свойства.

9 . Электрохимические свойства металла

При охлаждении, например, при морозе на улице, белое олово переходит в a-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 b-Sn a-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.

Кристаллическая решетка обычного в-Sn (белого Олово) тетрагональная с периодами а = 5,813Е, с = 3,176Е; плотность 7,29 г/см 3 . При температурах ниже 13,2 °С устойчиво б-Sn (серое Олово) кубической структуры типа алмаза; плотность 5,85 г/см 3 . Переход в->б сопровождается превращением металла в порошок. t_пл 231 ,9 °С, t_кип 2270 °С. 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.

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. 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.

Для измерения величины стандартного электродного потенциала металлического электрода, данный электрод соединяют с водородным электродом проводником первого рода. При замыкании электрической цепи вследствие разности электродных потенциалов начнется движение электронов от электрода с меньшим потенциалом (обладающие избытком электронов) к электроду с большим потенциалом (обладающим меньшим количеством электронов).

Каждый электрод является окислительно-восстановительной системой, величина характеризует суммарную окислительно-восстановительную активность данной электродной системы в стандартных условиях. Так как , то red активнее ox

Термодинамический расчет стандартных величин:

Гальванический элемент — химический источник электрического тока, названный в честь Луиджи Гальвани. Принцип действия гальванического элемента основан на взаимодействии двух металлов через электролит, приводящем к возникновению в замкнутой цепи электрического тока. ЭДС гальванического элемента зависит от материала электродов и состава электролита. Гальванический элемент состоит из катода и анода. Одним из электродов в нашем случае будет электрод кадмия, другим электродом будет инертный угольный электрод.

Запишем схему электрода.

Гальванический элемент состоит из пластины, опущенной в раствор соли, поскольку РН 2 равно 1,75 В. Это значит, что кислород данной реакции выделятся не будет и на аноде возможны только две электрохимические реакции:

Как видно из значений электродных потенциалов на аноде будет происходить реакция окисления олова: , потенциал которой будет ниже, чем потенциал восстановления NO₃. Мы будем иметь дело с рафинированием олова.

Рассмотрим электродные процессы на катоде. Материал катода — уголь или графит, катод инертен и не будет брать участия в электрохимических процессах. На катоде также возможны несколько реакций, рассмотрим их. РН среды равно 4. На графите при температуре 20єС перенапряжение выделения водорода при плотности тока 1 А/см 2 равно 1,2 В, а при плотности тока 1 мА/см 2 всего лишь 0,6 В. За уравнением Нернста мы можем вычислить значение потенциала перенапряжения водорода при РН=4. потенциал водородного электрода находится в линейной зависимости от РН среды.

при РН=4 мы получим перенапряжение равное:

При плотности тока равной 1 А/см 2 перенапряжение равно: а при плотности тока 1 мА/см 2 .

Перенапряжением восстановления ионов олова на графитовом электроде можно пренебречь, поскольку оно довольно мало по значению. Из полученных расчетов видно что при малых плотностях тока на графитовом электроде возможны две конкурирующие реакции:

При плотности тока на катоде будет выделятся водород по уравнению , поскольку потенциал восстановления водорода будет равен , что больше потенциала восстановления олова . При плотности тока будут происходить конкурирующие реакции:

При этих условиях потенциал восстановления водорода равен около . При плотности тока равной 1 А/см 2 перенапряжение равно: , при этих условиях мы можем вести выделение кадмия из раствора по уравнению: . Тогда водород на электродах выделяться не будет.

При проведении электролиза надо учитывать повешение температуры, при повышении температуры на 1єС перенапряжение уменьшается на 2 — 3 мВ. Оно также зависит от вида поверхности электрода и от наличия некоторых органических добавок в электролите.

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. 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.

Цены на металлическое олово в 2006 году составили в среднем 12—18 долл/кг, двуокись олова высокой чистоты около 25 долл/кг, монокристаллическое олово особой чистоты около 210 долл/кг.

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 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.

Список используемой литературы

1. Мартыненко Л.И, Спицын В.Н — Неорганическая химия,1994

2. Глинка Н. Л. Общая химия. — Л.: Химия, 1988.

3. Крешков А. П., Ярославцев А. А. Курс аналитической химии. — М.: Химия, 1964.

4. Физическая химия. Практическое и теоретическое руководство. Под ред. Б. П. Никольского, Л.: Химия, 1987.

5. Скуг Д., Уэст Д. Основы аналитической химии. В 2 т. Пер с англ. М.: Мир, 1979

Подобные документы

Электронное строение и степени окисления олова. Нахождение элемента в природе и способ получения. Химические и физические свойства металла и его соединений. Оловянные кислоты. Влияние олова на здоровье человека. Область применения металла и его сплавов.

курсовая работа [60,6 K], добавлен 24.05.2015

Оксиды, кислоты, основания, амфотерность, соли. Оксиды в трех агрегатных состояниях: в твердом, жидком и газообразном. Химические свойства кислот. Соляная кислота и хлороводород. Амфотерные оксиды и гидроксиды. Химические свойства солей.

шпаргалка [73,6 K], добавлен 11.09.2003

Рассмотрение положения железа в периодической системе Менделеева. Изучение нахождения в природе; роль в жизнедеятельности разных организмов. Физические и химические свойства металла; строение атома. Оксиды и гидроксиды, основные качественные реакции.

презентация [4,3 M], добавлен 09.03.2014

История и свойства олова. Происхождение названия титана, его аллотропические модификации, химические и физические свойства. Основные характеристики, позволяющие использовать данный металл. Применение титана и его сплавов в отраслях промышленности.

реферат [32,0 K], добавлен 27.05.2014

Каталитическое ацилирование алкинов в присутствии соединений меди. Основные методы анализа и идентификации синтезированных соединений. Очистка исходных веществ и растворителей. Взаимодействие тетраалкинилидов олова с хлорангидридами карбоновых кислот.

дипломная работа [474,8 K], добавлен 09.10.2013

Периодическая система химических элементов. Строение атомов и молекул. Основные положения координационной теории. Физические и химические свойства галогенов. Сравнение свойств водородных соединений. Обзор свойств соединений p-, s- и d-элементов.

лекция [558,4 K], добавлен 06.06.2014

Классификация и закономерности протекания химических реакций. Переходы между классами неорганических веществ. Основные классы бинарных соединений. Оксиды, их классификация и химические свойства. Соли, их классификация, номенклатура и химические свойства.

лекция [316,0 K], добавлен 18.10.2013

Физические и химические свойства йода. Важнейшие соединения йода, их свойства и применение. Физиологическое значение йода и его солей. Заболевания, связанные с его нехваткой. Применение йода в качестве антисептика, антимикробные свойства его соединений.

реферат [26,7 K], добавлен 26.10.2009

Материаловедение. Свинец: в химической промышленности, электротехнике, транспорте, медицине и культуре. Олово: свойства и применение, месторождения. Производство олова. Олово в сплавах. Соединения с неметаллами. Оловоорганика. Изотопы. Дефицит олова.

реферат [170,8 K], добавлен 22.01.2008

Строение атома кремния, его основные химические и физические свойства. Распространение силикатов и кремнезема в природе, использование кристаллов кварца в промышленности. Методы получения чистого и особо чистого кремния для полупроводниковой техники.

реферат [243,5 K], добавлен 25.12.2014

Источник

Читайте также: Что можно спаять оловом

Нитрид олова
Систематическое наименование	Нитрид олова
Традиционные названия	Тетранитрид триолова
Хим. формула	Sn₃N₄
Состояние	кристаллы
Молярная масса	412,16 г/моль
Плотность	7,4 г/см³
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.

Соединения олова с азотом

Нитрид олова

Содержание

Получение

Физические свойства