Олово какие свойства проявляет
Олово — легкий цветной металл, простое неорганическое вещество. В таблице 
Менделеева обозначается Sn, stannum (станнум). В переводе с латинского это значит «прочный, стойкий». Первоначально этим словом называли сплав свинца и серебра, и только значительно позже так стали именовать чистое олово. Слово «олово» имеет славянские корни и обозначает «белый».
Металл относится к рассеянным элементам, и не самым распространенным на земле. В природе он встречается в виде различных минералов. Самые важные для промышленной добычи: касситерит — оловянный камень, и станнин — оловянный колчедан. Добывают олово из руд, как правило, содержащих не более 0,1 процента этого вещества.
Свойства олова
Легкий мягкий пластичный металл серебристо-белого цвета. Имеет три структурные модификации, переходит из состояния α-олово (серое олово) в β-олово (белое олово) при температуре +13,2 °С, а в состояние γ-олово при t +161 °С. Модификации весьма сильно отличаются своими свойствами. α-олово — серый порошок, который относят к полупроводникам, β-олово («обычное олово» при комнатной температуре) — серебристый ковкий металл, γ-олово — белый хрупкий металл.
В химических реакциях олово проявляет полиморфизм, то есть кислотные и оснóвные свойства. Реактив достаточно инертный на воздухе и в воде, так как быстро покрывается прочной оксидной пленкой, защищающей его от коррозии.
Олово легко вступает в реакции с неметаллами, с трудом — с концентрированной серной и соляной кислотой; с этими кислотами в разбавленном состоянии не взаимодействует. С концентрированной и разбавленной азотной кислотой реагирует, но по-разному. В одном случае получается оловянная кислота, в другом — нитрат олова. Со щелочами вступает в реакции только при нагревании. С кислородом образует два оксида, со степенью окисления 2 и 4. Является основой целого класса оловоорганических соединений.
Воздействие на человеческий организм
Олово считается безопасным для человека, оно есть в нашем организме и каждый день мы получаем его в минимальных количествах с пищей. Его роль в функционировании организма пока не изучена.
Пары олова и его аэрозольные частицы опасны, так как при длительном и регулярном вдыхании оно может вызвать заболевания легких; ядовиты также органические соединения олова, поэтому работать с ним и его соединениями надо в средствах защиты.
Такое соединение олова как оловянистый водород, SnH4, может служить причиной тяжелых отравлений при употреблении в пищу очень старых консервов, в которых органические кислоты вступили в реакцию со слоем олова на стенках банки (жесть, из которой делают консервные банки — это тонкий лист железа, покрытый с двух сторон оловом). Отравление оловянистым водородом может быть даже смертельным. К его симптомам относятся судороги и чувство потери равновесия.
Это интересно
При понижении температуры воздуха ниже 0 °С белое олово переходит в модификацию серого олова. При этом объем вещества увеличивается почти на четверть, оловянное изделие трескается и превращается в серый порошок. Это явление стали называть «оловянной чумой».
Некоторые историки считают, что «оловянная чума» послужила одной из причин поражения армии Наполеона в России, так как превратила пуговицы на одежде французских солдат и пряжки для ремней в порошок, и тем самым оказала на армию деморализующее влияние.
А вот настоящий исторический факт: экспедиция английского полярного исследователя Роберта Скотта к Южному полюсу закончилась трагически в том числе потому, что все их топливо вылилось из запаянных оловом баков, они лишились своих мотосаней, а дойти пешком сил не хватило.
Применение
— Большая часть выплавляемого олова используется в металлургии для производства различных сплавов. Эти сплавы идут на изготовление подшипников, фольги для упаковки, белой пищевой жести, бронзы, припоев, проводов, литер типографских шрифтов.
— Олово в виде фольги (станиоль) востребовано в производстве конденсаторов, посуды, изделий искусства, органных труб.
— Используется для легирования конструкционных титановых сплавов; для нанесения антикоррозионных покрытий на изделия из железа и иных металлов (лужение).
— Сплав с цирконием обладает высокой тугоплавкостью и стойкостью к коррозии.
— Оксид олова (II) — используется в качестве абразива при обработке оптических стекол.
— Входит в состав материалов, применяющихся для изготовления аккумуляторов.
— При производстве красок «под золото», красителей для шерсти.
— Искусственные радиоизотопы олова применяются как источник γ-излучения в спектроскопических методах исследования в биологии, химии, материаловедении.
— Двухлористое олово (оловянную соль) используют в аналитической химии, в текстильной индустрии для крашения, в химпроме для органического синтеза и производства полимеров, в нефтепереработке — для обесцвечивания масел, в стекольной отрасли — для обработки стекол.
— Олово борфтористое применяется для изготовления жести, бронзы, других нужных промышленности сплавов; для лужения; ламинирования.
Источник
[Deposit Photos]
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.
Касситерит
[Deposit Photos]
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.
Серое и белое олово
[Wikimedia]
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».
via GIPHY
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.
SnO₂ + C = Sn + CO₂
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:
Sn + O₂ → SnO₂
Волокна SnO₂ в оптическом микроскопе
[Wikimedia]
Если олово нагреть, этот элемент будет реагировать с большинством неметаллов, образуя соединения со степенью окисления +4 (она более характерна для этого элемента):
Sn + 2Cl₂ → SnCl₄
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
Металл олово был открыт раньше железа, а его сплав с медью — самый первый, созданный людьми.
Люди отметили значимость бронзы, назвав эпоху своего развития Бронзовым веком.
Неизвестная история
История открытия олова и сплавов из него покрыта пылью времен. Никто не назовет имени первооткрывателя металла, никто не знает — кто догадался первым сплавить олово с медью. Зато известно, что еще 6000 лет назад люди пользовались изделиями из металла.
Происхождение латинского названия ученые выводят из санскритского sta — прочный.
Русское наименование относят к греческим корням. Alophoys по-гечески белый, что указывает на цвет металла.
Свойства Sn
Stannum (Sn) — латинское наименование этого гибкого, пластичного, легкоплавкого металла. Имеет № 50 в периодической таблице Менделеева.
По химическим свойствам металл подобен своим «соседям» — германию и свинцу.
В реакциях проявляет степени окисления +2, +4.
С водой или воздухом не реагирует. Причина этому — пленка оксида на поверхности металла.
Растворяется в разбавленных кислотах; с неметаллами реагирует при нагреве.
Физические свойства олова:
- плотность β-Sn 7,3 г/см3;
- плотность жидкого олова 6,98 г/см³;
- удельная электропроводность 8,69 МСм/м.
Металл обладает редким свойством: плавится при низкой температуре (232°С), а кипит при высокой (2620°С).
В природном олове 10 стабильных изотопов — это рекорд среди всех элементов таблицы Менделеева.
| Свойства атома | |
|---|---|
| Название, символ, номер | О́лово / Stannum (Sn), 50 |
| Атомная масса (молярная масса) | 118,710(7)[1] а. е. м. (г/моль) |
| Электронная конфигурация | [Kr] 4d10 5s2 5p2 |
| Радиус атома | 162 пм |
| Химические свойства | |
| Ковалентный радиус | 141 пм |
| Радиус иона | (+4e) 71 (+2) 93 пм |
| Электроотрицательность | 1,96 (шкала Полинга) |
| Электродный потенциал | −0,136 |
| Степени окисления | +4, +2 |
| Энергия ионизации (первый электрон) | 708,2 (7,34) кДж/моль (эВ) |
| Термодинамические свойства простого вещества | |
| Плотность (при н. у.) | 7,31 г/см³ |
| Температура плавления | 231,91 °C[2] |
| Температура кипения | 2893 K, 2620 °C[3] |
| Уд. теплота плавления | 7,19[2]; кДж/моль |
| Уд. теплота испарения | 296[4] кДж/моль |
| Молярная теплоёмкость | 27,11[4] Дж/(K·моль) |
| Молярный объём | 16,3 см³/моль |
| Кристаллическая решётка простого вещества | |
| Структура решётки | тетрагональная |
| Параметры решётки | a=5,831; c=3,181 Å |
| Отношение c/a | 0,546 |
| Температура Дебая | 170,00 K |
| Прочие характеристики | |
| Теплопроводность | (300 K) 66,8 Вт/(м·К) |
| Номер CAS | 7440-31-5 |
Аллотропные свойства олова
Аллотропия — свойство элемента менять свою кристаллическую решетку при изменении температуры. Модификация альфа (серое олово) устойчиво при низких температурах (ниже 13 °С). Имеет кубическую решетку, по типу алмаза. Практического применения не имеет.
Бета-модификация (белое, металлическое олово), из которого делают солдатиков, им же покрывают консервные банки. Кристаллическая структура тетрагональная.
Серое и белое олово
В гамма-модификацию металл переходит при температуре 161-232°С.
Печально: в музее А.В. Суворова случилось несчастье. В запаснике, где хранилась ценная коллекция оловянных солдатиков, зимой лопнули трубы отопления, и коллекция просто рассыпалась в пыль.
Маркировка металла
Промышленность выпускает металл в проволоке, чушках, прутках.
| Марки олова | Форма выпуска, содержание Sn |
| ОВЧ-000 | Допустимо не более 0,001% примесей |
| О1пч О1 | Содержание Sn 99,915% Примесей не более 0,1% |
| О2 | 99,565% Sn |
| О3 | Содержит 98,49% олова |
| О4 | Самое «грязное» олово; допустимо содержание примесей до 3,5% |
Месторождения оловянных руд
Д.И. Менделеев писал:
«Олово встречается в природе редко, в жилах древних пород, почти исключительно в виде окиси SnO2, называемой оловянным камнем».
Олово относится к редким рассеянным металлам. В природе среди элементов занимает 47-е место по распространенности.
Мировые запасы оловянных руд расположены в:
- Китае;
- Малайзии;
- Индонезии;
- Бразилии;
- Перу;
- Австралии.
Значимые месторождения российских оловянных руд сосредоточены на Дальнем Востоке (в Приморском крае, в Якутии, в Хабаровском крае). Добыча металла большей частью происходит в подземных шахтах.
Основные руды:
- оловянный камень, касситерит — содержит до 78% металла;
Кристаллы касситерита
- оловянный колчедан (станин), 27,5% олова;
- тиллит.
Печально: по подсчетам ученых, оловосодержащих минералов на Земле осталось лет на 30. Потом придется добывать его из лома, или искать замену…
Сплавы
По своей классификации оловянные сплавы делятся на припои, подшипниковые и легкоплавкие.
- Баббиты. В них добавляют свинец, медь, сурьма. Баббиты могут иметь легирующие присадки. Маркировки баббитов: Б88, Б83, Б83С.
- Бронза — сплав меди с оловом. Любая бронза содержит небольшие добавки фосфора, цинка, свинца, никеля и других элементов. Марки бронзы: Бр ОФ 6,5-0,15; Бр.ОЦ 4-3; Бр.ОЦ10-2; Бр.ОФ 10-1; Бр.ОНС 11-4-3.
- Пьютер. Сплав с висмутом, сурьмой, медью, изредка со свинцом.
- Припои. Бывают твердые и легкоплавкие. В сплав добавляют свинец и другие элементы. Марки припоев: ПОС-30, ПОС-40, ПОС-90.
Плюсы и минусы олова
К достоинствам относим:
- Нетоксичность, это позволяет использовать металл в пищевой промышленности, в производстве посуды.
- Достойная антикоррозионная устойчивость в агрессивных средах.
- Не реагирует с серой; поэтому используют везде, где металл «завернут» в резиновую или пластиковую изоляцию.
Недостатки:
- Подвержен «оловянной чуме».
- Довольно высокая стоимость ограничивает широкое применение металла.
- Невысокая температура плавления (всего 232°С).
Производство изделий из олова и его сплавов
Продукция из олова была востребована с давних времен. Дети играют в оловянных солдатиков уже 4000 лет.
Познавательно: в музеях Санкт-Петербурга хранятся крупные коллекции оловянных солдатиков.
- Электроника с ее платами сейчас повсюду, и любые контакты соединяются припоем из олова и его сплавов. Оловянное напыление для медных проводов полезно, это защита от воздействия серы (она входит в состав резиновой изоляции).
- Оловянные сплавы баббиты обладают прекрасными антифрикционными свойствами. Ни один из механизмов (от велосипеда до могучего КРАЗа) не обходится без подшипников.
- Используют металл в типографском сплаве гарте. Полиграфическое производство невозможно без оловянных сплавов.
Расплавленное олово
Воздействие на организм оловянных изделий минимально. Поэтому применение металла в пищевой промышленности вполне оправдано.
Простая консервная банка и гибель полярной экспедиции
Французский повар Франсуа Аппер придумал, как долго хранить пищу. Он предложил герметично закрывать продукты в банки из белой жести (это тонкий лист из железа, покрытый оловянным напылением). Теперь мы не можем представить жизни без баночки вкусных консервов.
Но те же консервные банки (вернее, «оловянная чума») способствовали гибели экспедиции Р. Скотта к Южному полюсу. Из баков, запаянных оловянным припоем, вылилось горючее. Металл перешел в альфа-модификацию и просто раскрошился на морозе.
Стоимость олова
Главная мировая площадка инвесторов в металлы находится в Лондоне. Это LME (Лондонская биржа металлов).
Цена тонны олова на LME составляла 15590,0 US$ за тонну (данные на 28.05.2020).
Источник
Олово — металл, служивший человеку с незапамятных времен. Физические свойства олова обеспечили его основополагающую роль в истории человечества. Без него невозможно существование бронзы, остававшейся на протяжении многих веков единственным сплавом, из которого человек изготовлял практически все — от орудий труда до ювелирных украшений.
Олово – металл использующийся человеком с давних времен
Физические свойства олова
При нормальном давлении и температуре 20°C олово идентифицируется как металл с блеском бело-серебристого цвета. Медленно тускнеет на воздухе вследствие образования оксидной пленки.
Для олова, как и для всех металлов, характерна непрозрачность. Свободные электроны металлической кристаллической решетки заполняют межатомное пространство и отражают световые лучи, не пропуская их. Поэтому находясь в кристаллическом состоянии, металл имеет характерный блеск, а в порошкообразном виде этот блеск утрачивает.
Обладает отличной ковкостью, т. е. легко подвергается обработке с помощью давления. Ковкость олову придает его высокая пластичность в сочетании с низким сопротивлением деформации. Пластичность металла позволяет раскатать его в тонкую фольгу, называемую станиолем или оловянной бумагой. Ее толщина колеблется от 0,008 до 0,12 мм. Ранее станиоль находил применение в качестве подложки при изготовлении зеркал и в электротехнике при производстве конденсаторов, пока не был полностью вытеснен алюминиевой фольгой.
У олова свойства достаточно мягкого металла. Его твердость по шкале Бринелля составляет 3,9–4,2 кгс/мм².
Относится к легкоплавким металлам. Температура плавления олова – 231,9°C – способствует быстрому извлечению его из руды. Олово просто сплавляется с другими металлами, что обеспечивает его обширное применение в промышленности.
Плотность при температуре 20°C составляет 7,29 г/см³. По этому показателю олово в 2,7 раза тяжелее алюминия, но легче серебра, золота, платины и приближено к плотности железа (7,87 г/см³).
Металл закипает при высокой температуре, равной 2620°C, долго оставаясь жидким в расплаве.
Химически чистое олово при обычной температуре обладает незначительной прочностью. При растяжении предел механической прочности составляет всего 1,7 кгс/мм², а относительное удлинение – 80–90%. Эти характеристики говорят о том, что деформировать оловянный прут можно без особых усилий в разных направлениях. При этом смещение слоев кристаллической решетки металла относительно друг друга сопровождается специфичным треском.
Полиморфизм олова
Полиморфизм (аллотропия) — физическое явление, основанное на перестроении атомов или молекул веществ в твердом состоянии, что влечет за собой изменение их свойств. Каждая полиморфная модификация устойчиво существует только в строго определенном интервале значений температур и давлений.
Любой металл обладает специфической кристаллической решеткой. При изменении внешних физических условий кристаллическая решетка может меняться. Полиморфизм металлов используют при их термической обработке в промышленности.
Олово – металл по разному реагирующий на химические воздействия
Химические свойства олова определяются его положением в периодической системе элементов Д. И. Менделеева и предусматривают амфотерность, т. е. способность проявлять как основные, так и кислотные свойства. Напрямую зависят от полиморфизма олова физические свойства.
Для металла известны три аллотропные модификации: альфа, бета и гамма. Полиморфная перестройка кристаллических решеток возможна вследствие изменения симметрии электронных оболочек атомов под воздействием разных температур.
- Для серого олова (α-Sn) характерна гранецентрированная кубическая кристаллическая решетка. Размер элементарной ячейки решетки здесь большой. Это напрямую отражается на плотности. Она меньше, чем у белого олова: 5,85 и 7,29 г/см³ соответственно. По электропроводности альфа-модификация относится к полупроводникам. По магнетизму — к диамагнетикам, т. к. под внешним магнитным воздействием намагничивается против направления внутреннего магнитного поля. Альфа-олово существует до температуры 13,2°C в виде мелкодисперсного порошка и практического значения не несет.
- Белое олово (β-Sn) является самой устойчивой аллотропной модификацией с объемноцентрированной тетрагональной кристаллической решеткой. Существует в диапазоне температурных значений от 13,2 до 161°С. Очень пластично, мягче золота, но тверже свинца. Среди остальных металлов обладает средним значением теплопроводности. Металл относят к проводникам, хотя электропроводность у бета-модификации относительно низкая. Этим свойством пользуются, чтобы уменьшить электропроводность какого-либо сплава путем добавления олова. Является парамагнетиком, т. е. во внешнем магнитном поле намагничивается в направлении внутреннего магнитного поля.
- Гамма-модификация (γ-Sn) обладает ромбической кристаллической решеткой, устойчива в диапазоне температур от 161 до 232°С. С увеличением температуры пластичность возрастает, но, достигнув температуры фазового перехода в 161°С, металл полностью утрачивает это свойство. Гамма-модификация имеет большую плотность при высокой степени хрупкости, т. е. сразу рассыпается в порошок, поэтому практического применения не имеет.
Особенности полиморфного перехода β→α
Процесс перехода из одной полиморфной модификации в другую происходит при изменении температуры. При этом наблюдают скачкообразные изменения физико-химических свойств металла.
Выше температуры 161°С бета-олово обратимо превращается в хрупкую гамма-модификацию. Ниже температуры 13°С бета-модификация необратимо переходит в порошкообразное серое олово. Данный полиморфный переход совершается с очень малой скоростью, но стоит только на бета-олово попасть крупинкам альфа-модификации, как плотный металл рассыпается в пыль. Поэтому полиморфный переход β→α иногда называют «оловянной чумой». Обратно альфа-модификация переводится в бета-модификацию только путем переплавки.
Фазовый переход β→α значительно ускоряется при минусовых температурах окружающей среды и сопровождается увеличением удельного объема металла примерно на 25%, что приводит к его рассыпанию в порошок.
У олова есть уникальная реакция на мороз “оловянная чума”
В истории есть случаи, когда оловянные изделия на морозе становились серым порошком, обескураживая своих хозяев. «Оловянная чума» встречается редко и характерна лишь для химически чистого вещества. При наличии даже мельчайших примесей переход металла в порошок сильно замедляется.
Интересно предположение некоторых историков, что победу российскому императору Александру I над французской армией под командованием Наполеона Бонапарта помогла одержать «оловянная чума». При сильных морозах пуговицы на шинелях французов просто рассыпались в прах, и солдаты, замерзая, потеряли боеспособность.
Заключение
Олово обладает всеми типичными физическими свойствами металлов, а его полиморфизм по-своему удивителен. Без уникальной тягучести и пластичности этого металла невозможно представить себе современную промышленность. Почти половина от мировой добычи олова используется для производства пищевой жести. Оставшаяся половина расходуется для изготовления сплавов и различных соединений, применяемых во всех хозяйственных отраслях.
Источник