Олово это метал, простое вещество, химический элемент, входит в группу легких металлов, серебристо белый метал, обозначается знаком Sn.
Чистое олово очень мягкое, ковкое вещество, при нагревании покрывается желтоватой окисной пленкой.
Что такое олово (Stannum) Sn
Олово не принадлежит к числу широко распространенных металлов (содержание его в земной коре определяется в 8•10-3 весовых процента), атомный вес олова 118,70.
Но оно легко выплавляется из руд и поэтому стало известно человеку со времен глубокой древности; человек пользовался оловом в виде его сплава с медью (бронзы) уже в самом начале своей культурной жизни (бронзовый век).
Олово изредка находится в природе в самородном состоянии, обыкновенно же оно встречается в виде кислородного соединения SnO2 — оловянного камня, из которого и получается посредством восстановления углем.
Крупнейшие месторождения оловянных руд находятся в Малайе, Вьетнаме, Боливии и Индонезии. В СНГ оловянные руды промышленного значения имеются в Восточной Сибири и в (Якутской АССР).
Выплавка олова в капиталистических странах составила в 1954 г. 178 тыс. г.
В свободном состоянии олово — серебристо-белый мягкий металл удельного веса 7,30, температура плавления олова 231,9° и обладающий ясно выраженным кристаллическим строением.
При сгибании палочки олова слышится характерный треск, вероятно, вследствие трения отдельных кристаллов друг о друга.
Олово обладает мягкостью и тягучестью и легко может быть прокатано в тонкие листы, называемые оловянной фольгой или станиолем.
Электронная конфигурация олова: [Kr] 4d105s25p2
Удельная теплоемкость олова равна 230 Дж/(кг·град) при температуре 20°С.
Плотность олова: 7,31 г/см³
Аллотропные модификации олова
Кроме обыкновенного белого олова, кристаллизующегося в тетрагональной системе, существует еще другое видоизменение олова, представляющее собой серый кристаллический порошок уд. веса 5,7.
Уже давно были известны случаи, когда на оловянных предметах, долго остававшихся на сильном морозе, появлялись серые пятна. Это явление получило название оловянной чумы.
Впоследствии было установлено, что обыкновенное олово устойчиво только при температуре выше 13,2°; ниже % этой температуры оно может превращаться в серое олово.
Чем ниже температура, тем быстрее идет превращение. При нагревании серое олово снова переходит в белое.
Появление оловянной чумы резко ускоряется при «заражении» олова некоторыми веществами, например серым оловом.
Если нагреть олово выше 161°, то оно переходит в третью (ромбическую) модификацию. В таком виде оно очень хрупко, легко растирается в порошок, а при падении с небольшой высоты разбивается на мелкие куски.
Химические свойства олова
На воздухе олово при обыкновенной температуре не окисляется, но нагретое выше температуры плавления постепенно превращается в двуокись олова SnO2.
Вода не действует на олово. Разбавленные кислоты действуют на него очень медленно, что обусловливается незначительной разностью нормальных потенциалов олова и водорода.
Легче всего растворяется олово в концентрированной соляной кислоте.
Sn + 2HCl → SnCl2 + H2↑
Очень энергично реагирует олово также и с концентрированной азотной кислотой, превращающей его в белый, нерастворимый в воде порошок — так называемую β -оловянную кислоту.
Sn + 8HNO3 → Sn(NO3)4 + 4NO2 + 4H2O
Ввиду устойчивости олова по отношению к воздуху и воде им пользуются для покрытия других металлов, как-то: меди, железа (так называемое «лужение»).
Около половины всего добываемого олова идет на изготовление белой жести, т. е. листового железа, покрытого оловом.
Большое практическое значение имеют также многие сплав меди и олова, например: бронза, баббиты и др.
Наконец, как в чистом виде, так и в сплавах со свинцом широко применяется олово для пайки.
Олово образует два окисла — окись олова (оксид олова) SnO и двуокись олова SnO2. Соответственно этим двум окислам известны и два ряда соединений олова.
В первом из них олово двухвалентно и проявляет себя главным образом как металл, во втором — четырехвалентно и приближается по свойствам к металлоидам.
Соединения двухвалентного олова. Окись олова (оксид олова) SnO — темнобурый порошок, образующийся при разложении гидрата окиси олова Sn(OH)2 в атмосфере углекислого газа.
Гидрат окиси олова Sn(OH)2
Получается в виде белого осадка Т при действии щелочей на соли двухвалентного олова;
Sn•• + 2OH’ = JSn(OH)2
Гидрат окиси олова — амфотерное соединение.
Он легко растворяется как в кислотах, так и в щелочах, в последнем случае с образованием гидроксисолей, называемых станнитами, аналогичных цинкатам :
Sn(OH)2 + NaOH = Na[Sn(OH)3]
Хлорид олова (II), или хлористое олово
SnCl2 • 2H2O получается при растворении олова в соляной кислоте, образует бесцветные кристаллы с двумя молекулами кристаллизационной воды.
При нагревании или сильном разбавлении раствора SnCl2 водой происходит частичный гидролиз с образованием осадка основной соли:
SnCl2 + Н2O ⇄ ↓SnOHCl + HCl
Хлористое олово является энергичным восстановителем.
Так, например, хлорное железо FeCl3 восстанавливается им в хлористое железо FeCl2:
2FeCl3 + SnCl2 = 2FeCl2 + SnCl4
При действии хлористого олова на раствор сулемы образуется белый осадок каломели.
При избыткеSnCl2 восстановление идет еще дальше и получается металлическая ртуть:
2HgCl2 + SnCl2 = ↓ Hg2Cl2 + SnCl4
Hg2Cl2 + SnCl2 = 2Hg + SnCl4
Соединения четырехвалентного олова
Двуокись олова SnO2 встречается в природе в виде оловянного камня — важнейшей руды олова.
Искусственно может быть получена сжиганием металла на воздухе или окислением его азотной кислотой с последующим прокаливанием полученного продукта.
Применяется для приготовления различных белых глазурей и эмалей.
Оловянные кислоты
Гидраты двуокиси олова носят название оловянных кислот и известны в двух модификациях:
1. в виде α-оловянной кислоты
2. в виде β-оловянной кислоты.
α-Оловянная кислота H2SnO3 может быть получена действием водного раствора аммиака на раствор хлорного олова SnCl4.
Образование выпадающего белого осадка обычно выражают уравнением
SnCl4 + 4NH4OH = ↓ H2SnO3 + 4NH4Cl + H2O
При высушивании осадок постепенно теряет воду, пока не останется чистая двуокись олова. Таким образом, никакой кислоты определенного состава получить не удается.
Поэтому приведенная выше формула α-оловянной кислоты является лишь простейшей из возможных. Правильнее было бы изобразить состав этой кислоты формулой mSnO2 • nН2O.
α-Оловянная кислота легко растворяется в щелочах, образуя соли, содержащие комплексный анион [Sn(OH)6]— и называемые станнатами:
H2SnO3 + 2NaOH + H2O = Na2[Sn(OH)6]
Станнат натрия выделяется из раствора в виде кристаллов, состав которых можно выразить также формулой Na2SnO3 • 3Н2O.
Эта соль применяется в качестве протравы в красильном деле и для утяжеления шелка.
Шелковые ткани, обработанные перед крашением растворами соединений олова, иногда содержат олово в количестве до 50% от веса ткани.
Кислоты также растворяют α-оловянную кислоту с образованием солей четырехвалентного олова.
Например:
H2SnO3 + 4НСl ⇄ SnCl4 + 3Н2O
При избытке соляной кислоты SnCl4 присоединяет две молекулы НСl, образуя комплексную хлороловянную кислоту H2[SnCl6].
Аммониевая соль этой кислоты NH4[SnCl6] имеет то же применение, что и станнат натрия.
β-Оловянная кислота
Получается в виде белого порошка при действии концентрированной азотной кислоты на олово. Состав ее является столь же неопределенным, как и состав α-оловянной кислоты.
В отличие от α-оловянной кислоты она не растворяется ни в кислотах, ни в растворах щелочей. Но путем сплавления со щелочами можно перевести ее в раствор в виде станната.
α-Оловянная кислота при хранении ее в соприкосновении с раствором, из которого она выделилась, постепенно тоже переходит в β-оловянную кислоту.
Хлорид олова (IV) хлорное олово SnCl4
Хлорид олова (IV), или хлорное олово, SnCl4 представляет собой жидкость, кипящую при 114° и сильно дымящую на воздухе.
Образуется при действии хлора на металлическое олово или на двухлористое олово. В технике получается главным образом путем обработки отбросов белой жести (старых консервных банок) хлором.
Хотя хлорное олово похоже по некоторым свойствам на хлористые соединения металлоидов, однако оно растворяется в воде без заметного разложения и может быть выделено из раствора в виде различных кристаллогидратов, например SnCl4 • 5H2O.
В разбавленных водных растворах SnCl4 подвергается сильному гидролитическому расщеплению, которое можно выразить уравнением
Sn•••• + 3Н2О ⇄ H2SnO3 + 4Н•
Образующаяся при этом оловянная кислота дает коллоидный раствор.
Сульфиды олова
При действии сероводорода на раствор SnCl2 получается бурый осадок сульфида олова (II) SnS.
Из раствора SnCl4 при тех же условиях выпадает желтый осадок дисульфида олова SnS2.
Последнее соединение может быть получено также сухим путем, например нагреванием оловянных опилок с серой и нашатырем.
Приготовленный по этому способу дисульфид имеет вид золотисто-желтых чешуек и под названием «сусального золота» употребляется для позолоты дерева.
Тиооловянная кислота H2SnS3
Дисульфид олова растворяется в сернистых щелочах и в растворе сульфида аммония, причем получаются легко растворимые соли тиооловянной кислоты H2SnS3:
SnS2 + (NH4)2S = (NH4)2SnS3
Свободная тиооловянная кислота (как и соответствующие тиокислоты мышьяка и сурьмы) не известна.
При действии кислот на ее соли выделяется сероводород и снова получается дисульфид олова:
(NH4)2SnS3 + 2НСl = ↓SnS2 + H2S + 2NH4Cl
Сульфид олова (II) не растворяется в сернистых щелочах, так как тиосолей, отвечающих двухвалентному олову, не существует.
Но многосернистые щелочи растворяют его с образованием солей тиооловянной кислоты:
SnS + (NH4)2S. = (NH4)aSnSs
Олововодород SnH4
Олововодород SnH4 впервые был получен в 1919 г. в виде примеси к водороду при действии соляной кислотой на сплав магния с оловом.
Это бесцветный, очень ядовитый газ, сгущающийся в жидкость при —52° и постепенно разлагающийся при обыкновенной температуре на олово и водород.
Ссылки
Сплавы олова, Олова сплавы (пример), История олова, Олово органические соединения, Оловянистая бронза, Оловянистая латунь, Оловянистый баббит, Серое олово, Соединения олова с неметаллами, Олово анализ.
Cтатья на тему Олово (Stannum)