Олово

Олово / Stannum (Sn)
Атомный номер	50
Внешний вид	серебристо-белый мягкий, пластичный металл
Свойства атома
Атомная масса (молярная масса)	118,71 а. е. м. (г/моль)
Радиус атома	162 пм
Энергия ионизации (первый электрон)	708,2 (7,34) кДж/моль (эВ)
Электронная конфигурация	[Kr] 4d10 5s2 5p2
Химические свойства
Ковалентный радиус	141 пм
Радиус иона	(+4e) 71 (+2) 93 пм
Электроотрицательность (по Полингу)	1,96
Электродный потенциал	0
Степени окисления	+4, +2
Термодинамические свойства
Плотность	7,31 г/см³
Удельная теплоёмкость	0,222 Дж/(K·моль)
Теплопроводность	66,8 Вт/(м·K)
Температура плавления	505,1 K
Теплота плавления	7,07 кДж/моль
Температура кипения	2 543 K
Теплота испарения	296 кДж/моль
Молярный объём	16,3 см³/моль
Кристаллическая решётка
Структура решётки	тетрагональная
Период решётки	5,820 Å
Отношение c/a	n/a
Температура Дебая	170,00 K

О́лово (лат. Stannum) — химический элемент, расположенный в пятом периоде в IVА группе периодической системы Менделеева; атомный номер 50, атомная масса 118,69; белый блестящий металл, тяжёлый, мягкий и пластичный. 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 ¹²⁴Sn (5,94 %). ¹²⁴Sn — β-излучатель, его период полураспада очень велик и составляет T_1/2 = 10¹⁶-10¹⁷ лет.

История

Олово было известно человеку уже в 4 тысячелетии до н. э. Этот металл был малодоступен и дорог, так как изделия из него редко встречаются среди римских и греческих древностей. Об олове есть упоминания в Библии, Четвертой Книге Моисеевой.

Происхождение названия

Происхождение слова «олово» неизвестно. В Древнем Риме олово называли «белым свинцом» (plumbum album), в отличие от plumbum nigrum — чёрного, или обыкновенного, свинца. По-гречески белый — алофос. По-видимому, от этого слова и произошло «олово», что указывало на цвет металла. В русский язык оно попало в XI веке и означало как олово, так и свинец (в древности эти металлы плохо различали).

Латинское название stannum, связанное с санскритским словом, означающим стойкий, прочный, первоначально относилось к сплаву свинца и серебра, а позднее к другому, имитирующему его сплаву, содержащему около 67 % олова; к IV веку этим словом стали называть олово. Происхождение английского (а также голландского и датского) tin неизвестно.

Нахождение в природе

Олово — редкий рассеянный элемент, по распространённости 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).

Добыча

Мировые месторождения касситерита разрабатывают в Юго-Восточной Азии, в основном в Китае, Индонезии, Малайзии и Тайланде. Другие важные месторождения касситерита находятся в Южной Америке (Боливии, Перу, Бразилии) и Австралии. В России оловянные руды добываются на Дальнем Востоке и в Якутии.

Физические и химические свойства

Простое вещество олово полиморфно. В обычных условиях оно существует в виде β-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.

При охлаждении, например, при морозе на улице, белое олово переходит в α-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.

Из-за сильного различия структур двух модификаций олова разнятся и их электрофизические свойства. Так, β-Sn — металл, а α-Sn относится к числу полупроводников. Ниже 3,72 К α-Sn переходит в сверхпроводящее состояние. Стандартный электродный потенциал Sn²⁺/Sn равен −0.136 В, пары Sn⁴⁺/Sn²⁺ 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:

Sn + O₂ = SnO₂.

При нагревании олово реагирует с большинством неметаллов. При этом образуются соединения в степени окисления +4, которая более характерна для олова, чем +2. Например:

Sn + 2Cl₂ = SnCl₄.

С концентрированной соляной кислотой олово медленно реагирует:

Sn + 4HCl = SnCl₄ + H₂↑.

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

Sn + 3HCl = HSnCl₃ + 2H₂↑.

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 β-SnO₂·nH₂O (иногда ее формулу записывают как H₂SnO₃). При этом олово ведет себя как неметалл:

Sn + 4HNO_{3 (конц.)} = β-SnO₂·H₂O + 4NO₂↑ + H₂O.

При взаимодействии с разбавленной азотной кислотой олово проявляет свойства металла. В результате реакции образуется соль — нитрат олова (II):

3Sn + 8HNO_{3 (разб.)} = 3Sn(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O.

При нагревании олово, подобно свинцу, может реагировать с водными растворами щелочей. При этом выделяется водород и образуется гидроксокомплекс олова (II), например:

Sn + 2KOH + 2H₂O = K₂[Sn(OH)₄] + H₂↑.

Гидрид олова — станнан SnH₄ — можно получить по реакции:

SnCl₄ + Li[AlH₄] = SnH₄ + LiCl + AlCl₃.

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:

Sn(OH)₂ = SnO + H₂O.

При сильном нагреве оксид олова (II) диспропорционирует:

2SnO = Sn + SnO₂.

При хранении на воздухе SnO постепенно окисляется:

2SnO + O₂ = 2SnO₂.

При гидролизе растворов солей олова (IV) образуется белый осадок — так называемая α-оловянная кислота:

SnCl₄ + 4NH₃ + 6H₂O = H₂[Sn(OH)₆] + 4NH₄Cl.

H₂[Sn(OH)₆] = α-SnO₂·nH₂O↓ + 3H₂O.

Свежеполученная α-оловянная кислота растворяется в кислотах и щелочах:

α-SnO₂·nH₂O + KOH = K₂[Sn(OH)₆],

α-SnO₂·nH₂O + HNO₃ = Sn(NO₃)₄ + H₂O.

При хранении α-оловянная кислота стареет, теряет воду и переходит в β-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 олова (II) растворами сульфидов выпадает осадок сульфида олова (II):

Sn²⁺ + S^2- = SnS↓.

Этот сульфид может быть легко окислен до SnS₂ раствором полисульфида аммония:

SnS + (NH₄)₂S₂ = SnS₂ + (NH₄)₂S.

Образующийся дисульфид SnS₂ растворяется в растворе сульфида аммония (NH₄)₂S:

SnS₂ + (NH₄)₂S = (NH₄)₂SnS₃.

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

Оловянная чума

При температуре ниже 13,2 градусов Цельсия белое олово переходит в серое, происходит увеличение удельного объема на 25,6 %, и металл рассыпается в серый порошок после нескольких сотен циклов. Это превращение называется «оловянной чумой».

«Оловянная чума» — одна из причин гибели экспедиции Скотта к Южному полюсу в 1912 г. Она осталась без горючего из-за того, что оно просочилось через запаянные оловом баки, поражённые «оловянной чумой».

Применение

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). В последнее время возрождается интерес к использованию металла, поскольку он наиболее «экологичен» среди тяжёлых цветных металлов. Так же активно используется для создания сверхпроводящих проводов на основе 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.

Олово применяется так же 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 с 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.

Искусственный радионуклид олова ¹¹⁹Sn — источник нейтронного 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 лёгких. Очень токсичны некоторые оловоорганические соединения. Временно допустимая концентрация соединений олова в атмосферном воздухе 0,05 мг/м³, ПДК олова в пищевых продуктах 200 мг/кг, в молочных продуктах и соках — 100 мг/кг. Токсическая доза олова для человека — 2 г.

Ссылки

• Олово на Webelements
• Олово в Популярной библиотеке химических элементов
• "Олово" - Статья в Физической энциклопедии

Периодическая система элементов

H

He

Li

Be

B

C

N

O

F

Ne

Na

Mg

Al

Si

P

S

Cl

Ar

K

Ca

Sc

Ti

V

Cr

Mn

Fe

Co

Ni

Cu

Zn

Ga

Ge

As

Se

Br

Kr

Rb

Sr

Y

Zr

Nb

Mo

Tc

Ru

Rh

Pd

Ag

Cd

In

Sn

Sb

Te

I

Xe

Cs

Ba

*

Hf

Ta

W

Re

Os

Ir

Pt

Au

Hg

Tl

Pb

Bi

Po

At

Rn

Fr

Ra

**

Rf

Db

Sg

Bh

Hs

Mt

Ds

Rg

Uub

Uut

Uuq

Uup

Uuh

Uus

Uuo

*

La

Ce

Pr

Nd

Pm

Sm

Eu

Gd

Tb

Dy

Ho

Er

Tm

Yb

Lu

**

Ac

Th

Pa

U

Np

Pu

Am

Cm

Bk

Cf

Es

Fm

Md

No

Lr

ar:قصدير ast:Estañu az:Qalay bg:Калай bs:Kalaj ca:Estany (element) ceb:Etain co:Stagnu cs:Cín cy:Tun da:Tin de:Zinn el:Κασσίτερος en:Tin eo:Stano es:Estaño et:Tina fi:Tina fr:Étain gl:Estaño (elemento) he:בדיל hr:Kositar hu:Ón hy:Անագ id:Timah io:Stano is:Tin it:Stagno ja:スズ jbo:tinci ko:주석 (원소) ku:Pîl (metal) kw:Sten la:Stannum lb:Zënn lt:Alavas lv:Alva nah:Āmochitl nds:Tinn nl:Tin (element) nn:Grunnstoffet tinn no:Tinn (grunnstoff) oc:Estanh pl:Cyna pt:Estanho qu:Chayanta sh:Kalaj simple:Tin sk:Cín sl:Kositer sr:Калај sv:Tenn tg:Қалъ th:ดีบุก tr:Kalay ug:Qeley uk:Олово uz:Qalay zh:锡 zh-min-nan:Sn (goân-sò͘) zh-yue:錫