Олово

50 Индий ← Олово → Сурьма 50Sn
Свойства атома
Имя, символ, номер	Олово, 50
Группа, период, блок	14, 5, p-элемент
Атомная масса (молярная масса)	118,7 а. е. м. (г/моль)
Радиус атома	162 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус	141 пм
Радиус иона	(+4е)71(+2)93 пм
Электроотрицательность	1,96 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	-0,136
Степени окисления	+2,+4
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	230,90°C
Температура кипения	2893 К, 2620°C
Теплота плавления	7,19 кДж/моль
Теплота испарения	296 кДж/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) (300) 66,8 Вт/(м·К)

50	Олово
Sn 118,710
4d105s25p2

О́лово (лат. «stannum» — «прочный, стойкий») — химический элемент IV группы короткой формы (14-й группы длинной формы) Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с порядковым номером №50, атомной массой 118,710 а. е. м.. Химический символ — Sn. При нормальных условиях — это пластичный, ковкий и легкоплавкий блестящий постпереходный металл серебристо-белого цвета. Природное олово имеет 10 изотопов: ¹¹²Sn (0,97 %), ¹¹⁴Sn (0,66 %), ¹¹⁵Sn (0,34 %), ¹¹⁶Sn (14,54 %), ¹¹⁷Sn (7,68 %), ¹¹⁸Sn (24,22 %), ¹¹⁹Sn (8,58 %), ¹²⁰Sn (32,59 %), ¹²²Sn (4,63 %), ¹²⁴Sn (5,79 %; слабо радиоактивен, β-излучатель, период полураспада Т1/2 более 1017 лет). Искусственно получены радиоизотопы с массовыми числами 100–137.

Историческая справка

Олово — один из металлов, который использовался людьми с древних времен. Оловянная посуда отлично сохраняла аромат и вкус напитков. Однако изделия из олова были редкими из-за высокой стоимости и ограниченной доступности этого металла.

Оловяная посуда

До наших времен дошли предметы домашнего обихода из стран древнего мира: тарелки, сосуды для хранения масла и вина. Все эти артефакты были изготовлены в третьем тысячелетии до нашей эры из бронзы, которая является сплавом меди и олова. Историки считают, что олово известно более шести тысячелетий, начиная с IV века до нашей эры. До настоящего времени оловом называли сплав серебра и свинца. Древние люди часто ошибочно считали, что белое или блестящее олово — это разновидность черного свинца. История применения олова уходит корнями в Древнюю Грецию. Термин «касситерит» или оловяная руда (SnO₂) греческого происхождения . Он получил свое название из-за месторождения. Его добывали на Британских островах, которые назывались Касситеридами. Сам термин «олово» в переводе означает стойкий, прочный.

Строение

Атом олова состоит из положительно заряженного ядра с зарядом +50, 50 протонов и 69 нейтронов, на пяти орбиталям расположены 50 электронов — +50Sn)₂)₈)₁₈)₁₈)₄. Полная электронная конфигурация атома олова — 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 5s² 5p² .

Олово в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделева

Внешний энергетический уровень атома олова содержит 4 валентных электрона. свидетельствует о том, что для олова характерна степень окисления олова +2, что объясняется наличием двух неспаренных электронов на внешнем энергетическом уровне. В возбуждённом состоянии атом олова приобретает степень окисления +4 за счёт наличия вакантных орбиталей 5d-подуровня. В соответствии с конфигурацией внешних электронов атома 5s²5р² олово имеет две степени окисления: +2 и +4; последняя более устойчива.

Нахождение в природе

Олово присутствует в земной коре в количестве 8·10^–3 % по массе, в чистом виде не обнаружено, а сконцентрировано в около 20 минералах. Наибольшее промышленное значение имеет касситерит (SnO₂), также известный как оловянный камень, в то время как станнин (Cu₂FeSnS₄), или оловянный колчедан, имеет меньшее значение. Олово обычно образуется в результате магматических и гидротермальных процессов, причем касситерит может быть найден как в гранитах, так и в россыпях. Содержание олова в биосфере невелико, и его присутствие в морской воде составляет всего лишь 3·10^–7 %. Некоторые водные растения, однако, могут содержать повышенное количество олова..

Физические свойства

Олово

Олово — мягкий легкоплавкий металл, имеющий температуру плавления 230,9 °C, а температура кипения 2620 °C, обладающий уникальными свойствами. Если быстро согнуть палочку из олова, можно услышать характерный треск — это звук трения кристаллов олова друг о друга. При температуре ниже 13,2 °С более стабильной является форма олова — серое олово. Самопроизвольный переход белого олова в серое сопровождается сильным увеличением объёма (на 25,6%), приводя к рассыпанию металла в порошок. Этот процесс ускоряется с понижением температуры и достигает максимума при -33 °С. Такой переход резко ускоряется в присутствии даже небольшого количества серого олова, которое «заражает» белое олово. Этот процесс получил назвали «оловянной чумой» и стал главной причиной гибели участника экспедиции Роберта Скотта к Южному полюсу в 1912 году, так как жестяные ёмкости с топливом были паяны оловом и при морозе они начали протекать. Олово устойчиво к коррозии, не токсично, поэтому оловом покрывают жесть консервных банок («луженая жесть»). Сплав 1/3 свинца и 2/3 олова («третник») плавится при 182 °C, что на 50 °С ниже, чем чистое олово и на 145 °С ниже, чем свинец. Сплав используют для пайки металлов.

Химические свойства

Соединения олова Sn (II) — являются сильными восстановителями. При температуре до 100 °С олово практически не подвержено окислению как сухом, так и на влажным воздухе, благодаря тонкой, прочной и плотной пленке SnO2, которая его защищает. Олово также устойчиво к воздействию холодной и кипящей воды. Стандартный электродный потенциал олова в кислой среде составляет -0,136 В.

Электронная конфигурация атома олова

При комнатной температуре олово также не подвержено воздействию воздуха или воды благодаря образованию поверхностной оксидной пленки. Окисление заметно начинается только при температурах выше 150 °C:

Sn + O₂ = SnO₂.

При воздействии разбавленных кислот, таких как соляная (HCl) и серная (H₂SO₄), на олово при низкой температуре происходит медленное вытеснение водорода. В результате образуются хлорид олова (SnCl₂) и сульфат олова (SnSO₄):

SnSO₄ + 2 HCl = H₂SO₄ + SnCl₂

При нагревании олово растворяется в горячей концентрированной серной кислоте (H₂SO₄), образуя соединение Sn(SO₄)₂ и газообразного диоксида серы (SO₂):

SnO + 3 H₂SO₄ = Sn(SO₄)₂ + SO₂ + 3 H₂O

Холодная (0°С) разбавленная азотная кислота действует на олово по реакции:

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

При нагревании олова с концентрированной азотной кислотой HNO₃ (плотность 1,2-1,42 г/мл) происходит окисление олова, в результате чего образуется осадок метаоловянной кислоты H₂SnO₃. Степень гидратации этой кислоты может изменяться.

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

При нагревании олова в концентрированных растворах щелочей выделяется водород и образуется гексагидростаниат K₂[Sn(OH)₆]  :

Sn + 2KOH + 4H₂O = K₂[Sn(OH)₆] + 2H₂.

Кислород воздуха взаимодействует с оловом, образуя на его поверхности плёнку SnO₂. Оксид (IV) SnO₂ является очень стойким, в то время как его оксид (II) SnO быстро окисляется. Оксид олова (IV) SnO₂ обладает преимущественно кислотными свойствами, в то время как SnO проявляет основные.

Олово не реагирует с водородом, гидрид олова SnH₄ образуется при взаимодействии Mg₂Sn с соляной кислотой:

Mg₂Sn + 4HCl = 2MgCl₂ + SnH₄.

Гидрид SnH₄ — то бесцветный ядовитый газ с температурой кипения -52 °С. Он очень нестабилен и при комнатной температуре разлагается на олово и водород в течение нескольких суток, а при температуре выше 150°С — мгновенно. Также образуется при действии водорода на соли олова:

SnCl₂ + 4HCl + 3Mg = 3MgCl₂ + SnH₄.

Получение

Промышленное производство олова оправдано при его содержании в россыпях на уровне 0,01 % по массе и в рудах на уровне 0,1 %. Для обогащения первичного сырья применяются различные методы: для россыпей основным способом является гравитационный метод, а для руд — флотационный или флотогравитационный. Полученные концентраты, содержащие 50–70 % олова, подвергаются обжигу для удаления серы, а затем проходят очистку от железа с использованием соляной кислоты HCl. В случае обнаружения примесей вольфрамита WO₄ и шеелита CaWO₄, концентрат обрабатывается HCl; образовавшийся WO₃·H₂O извлекается с помощью раствора аммиака. Путем плавки концентратов с углём в электрических или пламенных печах получают черновое олово (94–98% Sn), содержащее примеси меди Cu, свинца Pb, железа Fe, мышьяка As, сурьмы Sb, висмута Bi.

В процессе производства чернового олова из печей происходит фильтрация при температуре 500–600 °C с использованием кокса или центрифугирования для удаления основной массы примесей железа. Для устранения остаточного железа и меди из жидкого металла добавляется сера, что приводит к образованию твердых сульфидов, которые затем удаляются с поверхности олова. Для очистки олова от примесей мышьяка и сурьмы используется добавление алюминия, а от свинца применяется хлорид свинца SnCl₂. Примеси висмута и свинца удаляются путем вакуумирования. Для получения высокочистого олова применяется электролитическое рафинирование и зонная перекристаллизация.

Большая часть производимого олова представлена вторичным металлом, который извлекается из отходов белой жести, лома и различных сплавов. По данным за 2019 год, доля рециркуляции олова составляет более 20%. Глобальный объем производства олова в 2019 году составил 329 тыс. тонн.

Применение

Олово — компонент сплавов: с медью (бронзы), медью и цинком (латунь), сурьмой (баббит), свинцом (припой), цирконием, титаном, ниобием (атомные реакторы, турбины, сверхпроводники) и др. Олово также находит применение:

• в нанесении покрытий на металлы,
• изготовлении фольги, деталей измерительных приборов, теплообменников, художественных изделий и др.

Оксид олова SnO₂ используется для изготовления жаростойких эмалей и глазурей, а соли олова (II) применяются для протравного крашении тканей. Некоторые соединения олова, такие как кристаллический сульфид олова SnS₂ («сусальное золото») используются в составе красок для имитации позолоты, а фторид олова SnF₂ —добавляется во фторсодержащие зубные пасты.

Данная статья имеет статус «готовой». Это не говорит о качестве статьи, однако в ней уже в достаточной степени раскрыта основная тема. Если вы хотите улучшить статью — правьте смело!