Олово химический элемент

Олово это химический элемент, простое вещество, относится к группе лёгких металлов и постпереходных металлов.

Основное применение в металлургии, в получении сплавов, легировании и в радиоэлектронике.

Что такое олово

(Stannum), Sn — химический элемент 14-й группы пятого периода (устаревшая классификация: IVА группы периодической системы элементов).

Атомный номер 50, атомная масса 118,69.

В соединениях проявляет степени окисления 2 и + 4.

Природное олово состоит из 10 изотопов с массовыми числами ¹¹²Sn, ¹¹⁴Sn-¹²⁰Sn, ¹²²Sn и ¹²⁴Sn.

Изотоп ¹²⁴Sn слабо радиоактивен. Получено также более 10 искусственных радиоактивных изотопов.

Олово известно с глубокой древности. Начало его пром. применения относится к 14 в. Содержание олова в земной коре 4-10 %.

Из минералов промышленное значение имеют касситерит (оловянный камень) SnО₂ и станнин (оловянный колчедан) Cu₂FeSnS₄.

Физические свойства

Чистое олово — серебристо — белый блестящий металл с плотностью 7,3 г/см³ и температурой плавления 231,9°C . Белое олово (обычное) устойчиво при температуре выше + 13°C.

Олово полиморфно, ниже т-ры 13,2° С существует альфа-модификация (серое Олово) с кубической структурой типа алмаза и периодом решетки а = 6,4891 А (т-ра 20° С).

Выше т-ры 13,2° С устойчива бета-модификация (белое Sn), кристаллическая решетка к-рой — тетрагональная с периодами а = 5,831 А и с = 3,181 А (т-ра 25° С).

При переходе бета— в альфа-модификацию значительно (на 25,6%) увеличивается удельный объем металла, к-рый рассыпается в серый порошок.

Процесс резко ускоряется при наличии зародышей альфа-олова («оловянная чума»).

Плотность олова (т-ра 20° С) 7,30 г/см³; t_пл 231,9°С; t_кип 2270° С; температурный коэфф. линейного расширения 22,4-10-6 град-1.

Коэфф. теплопроводности (т-ра 20° С) 0,156 кал/см х сек — град, удельная теплоемкость (т-ра 20° С) 0,0540 кал/ г-град; удельное электрическое сопротивление (т-ра 20° С) 11,5-10—6 ом-см.

Механические свойства олова (т-ра 20° С): предел прочности на растяжение 1—4 кгс/мм², относительное удлинение 40%.

Относительное сужение 75%; модуль норм, упругости 5500 кгс/мм²; НВ = 5. Зависят они от чистоты, обработки и т-ры металла.

Химические свойства

1. В разбавленной соляной к-те HCl олово растворяется очень медленно.
2. В концентрированной к-те (особенно при нагревании) быстро.
3. Разбавленная серная к-та H₂SO₄ на него почти не действует.
4. Концентрированная азотная к-та HNO₃ взаимодействует с образованием двуокиси олова.
5. В разбавленной холодной азотной к-те медленно растворяется с образованием нитрата Sn(NО₃)₂.

Растворяется в сильных щелочах, что используют при его регенерации. На воздухе при нормальной т-ре олово не окисляется, поскольку покрыто тонкой защитной пленкой окиси SnО₂.

Заметное окисление наблюдается при т-ре 150° С, с повышением т-ры окисляемость увеличивается.

Галогены на холоду с оловом взаимодействуют медленно с образованием галогенидов. Наблюдается энергичное взаимодействие при нагревании.

Сера образует с оловом сульфиды.

С углеродом, азотом, бором, молибденом, осмием, рением и вольфрамом олово не взаимодействует.

С алюминием, висмутом, кадмием, галлием, германием, индием, свинцом, кремнием, таллием и цинком образует простые эвтектические смеси.

В заметных количествах растворяет в твердом состоянии висмут, кадмий, индий, свинец, сурьму и цинк.

Многие металлы в твердом олове растворяются в очень малых количествах, но образуют интерметаллические соединения.

С водородом олово образует разлагающийся при комнатной т-ре гидрид SnH₄ — ядовитый газ.

При низких температурах, например во время сильных морозах , белое олово легко превращается в серое.

Соединения олова известны с различными степенью окисления — +2 , +4.

Олово медленно растворяется в разбавленных соляной кислоте и серной кислоте, так как в электрохимическом ряду напряжений стоит почти рядом с водородом (влево от него).

Олово растворяется в концентрированной соляной кислоте и хлоре но очень медленно:

Sn + 2Cl₂ → SnCl₄

Sn + 4HCl → H₂[SnCl₄] + H₂

В реакции с азотной кислотой олово ведёт себя по разному в зависимости от концентрации кислоты.

С концентрированной образуется оловянная кислота H₂SnO₃ (или метаоловянная кислота):

Sn + 4HNO₃ → SnO₂ · H₂O + 4NO₂ + H₂O

С разбавленной образует нитрат олова (II):

3Sn + 8HNO₃ → 3Sn(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

С кислородом олово образует оксид олова (II) SnO и оксид олова (IV) SnO₂:

Sn + O₂ → SnO

Оксид олова также можно в результате слабого нагрева гидроксида олова (II):

Sn(OH )₂ (t) → SnO + H₂O

При хранении на воздухе оксид олова (II) медленно окисляется до оксида (IV):

2SnO + O₂ → 2SnO₂

Оксиды олова (II) отвечает гидроксид олова (II) Sn(OH), обладая амфотерными свойствами, например:

SnCI₂ + 2NaOH = Sn(OH)₂ + 2NaCl

Гидроксид олова (II) растворяется в кислотах и щелочах.

Уравнение реакции в ионном виде :

Sn(OH)₂ + 2H⁺ = Sn²⁺ + 2H₂O

Sn(OH)₂ + 2OH⁻ = SnO²₂^— + 2H₂O

Соли, имеющие в своём составе ион SnO²₂^—, называются станнитами.

Например, Na₂SnO₂ — станнит натрия.

Оксид олова (IV) имеет свойства кислотного ангидрида.

Ему отвечают оловянные кислоты и их соли станнаты: H₂SnO₃ (оловянная кислота или метаоловянная кислота), Na₂SnO₃ — (станнат натрия)

Получение

Олово получают из руд, содержащих касситерит.

Руду обогащают методами гравитационного разделения, флотации и магнитной сепарации.

Концентрат подвергают предварительной очистке от примесей обжигом (удаляя серу и мышьяк).

И выщелачиванием соляной к-той (очищая от железа, мышьяка, висмута и сурьмы) с последующим магн. отделением магнетита и вольфрамита.

Очищенный концентрат плавят в смеси с углем и флюсами, получая черновой металл.

Восстановительную плавку ведут в условиях, при к-рых окись олова восстанавливается до металла, а окись железа — только до закиси, переходящей в шлак.

Из бедных концентратов олово извлекают хлорированием, основанном на летучести хлоридов олова.

Черновое олово очищают от железа медленным охлаждением расплава и отфильтровыванием выпадающих в осадок интерметаллических соединений.

Олово очищают от меди добавлением к расплаву элементарной серы и отделением всплывающих сульфидов меди.

От мышьяка и сурьмы — введением в расплав алюминия и удалением всплывающих интерметаллических соединений AlAs и AlSb.

От свинца — присадками хлористого олова, к-рые взаимодействуют со свинцом с образованием удаляемого хлористого свинца.

Для более глубокой очистки металл подвергают электролитическому рафинированию. Олово высокой чистоты получают зонной плавкой.

Олово — мягкий и пластичный металл, прокатываемый в тонкие листы и фольгу.

Если олово заражено «оловянной чумой», его переплавляют.

Применение

Олово применяют гл. обр. для произ-ва белой жести, различных припоев, баббитов, бронз и латуней, для изготовления фольги, типографских сплавов, химикатов, предохранительных легкоплавких сплавов.

Sn высокой чистоты — материал полупроводниковой техники.

Химически устойчиво, его соли безвредны, поэтому оно применяется для лужения консервных банок и пищевой посуды.

Двуокись олова используют в произ-ве эмалей и глазурей, для полирования стекла; окись олов о— в стекольном произ-ве (для получения рубинового стекла).

Кристаллическое SnS₂ («сусальное золото») входит в состав красок, имитирующих позолоту; станнат натрия Na₂SnО₃ используют в протравном крашении тканей.

Из металлического олова главным образом изготавливают белую жесть, или луженое железо, а из него — консервные банки.

Большое практическое значение имеют сплавы олова с медью бронзы.

Литература

Мурач Н. Н. [и др.]. Металлургия олова. М., Селиванов И. М., Баймаков А. Ю. Полупромышленное производство олова высокой чистоты.