Что такое Олово, stannum, характеристики, свойства

Олово — это химический элемент Sn

Олово класс химических элементов

Элемент Sn — относится к группе, классу хим элементов ( (химический символ — Sn; лат. Stannum) — элемент 14-й группы периодической системы химических элементов (по устаревшей классификации — элемент главной подгруппы IV группы), пятого периода, с атомным номером 50.

Относится к группе лёгких металлов. При нормальных условиях простое вещество олово — пластичный, ковкий и легкоплавкий блестящий металл серебристо-белого цвета. Известны четыре аллотропические модификации олова: ниже +13,2 °C устойчиво α-олово (серое олово) с кубической решёткой типа алмаза, выше +13,2 °C устойчиво β-олово (белое олово) с тетрагональной кристаллической решёткой[4]. При высоких давлениях обнаружены также γ-олово и σ-олово.

Олово было известно человеку уже в IV тысячелетии до н. э. Этот металл был малодоступен и дорог, поэтому изделия из него редко встречаются среди римских и греческих древностей. Об олове есть упоминания в Библии, Четвёртой Книге Моисея. Олово является (наряду с медью) одним из компонентов оловяннистой бронзы, изобретённой в конце или середине III тысячелетия до н. э. Поскольку бронза являлась наиболее прочным из известных в то время металлов и сплавов, олово было «стратегическим металлом» в течение всего «бронзового века», более 2000 лет (очень приблизительно: XXXV—XI века до н. э.).)

Элемент Sn свойство химического элемента Олово Stannum

Основные характеристики и свойства элемента Sn…, его параметры. Чистое олово получено не ранее XII в., о нем упоминает в своих трудах Р. Бэкон . До этого олово всегда содержало переменное количество свинца. Хлорид SnCl 4 впервые получил А. Либавий в 1597 г. Аллотропию олова и явление «оловянной чумы» объяснил Э. Кохен в 1899 г.

Расплавленное олово

Происхождение названия

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 н. э. этим словом стали называть собственно олово .

Слово олово — общеславянское, однако в некоторых славянских языках такое же или однокоренное слово ( польск. ołów, чеш. olovo, серб. олово и др.) используется для обозначения другого, внешне похожего металла — свинца . Слово олово имеет соответствия в балтийских языках (ср. лит. alavas, alvas, латыш. alva — «олово», прусск.alwis — «свинец»). Оно является суффиксальным образованием от корня ol- (ср. древневерхненемецкоеelo — «жёлтый», лат. albus — «белый» и пр.), так что металл назван по цвету .

Физические свойства

Плотность: в твёрдом состоянии при +20 °С — 7,3 г/см³; в жидком состоянии при температуре плавления — 6,98 г/см³.
Температура: плавления — 231,91 °С ; кипения — 2620 °С.

Коэффициент линейного расширения:

при температуре 0 °С равен 1,99·10 −5 К −1 ;
при +100 °С равен 2,38·10 −5 К −1;
средний в диапазоне 0—100 °C равен 2,62·10 −5 К −1 .
Удельная теплоёмкость: в твёрдом состоянии при +20 °С — 226 Дж/(кг·К); в жидком состоянии при температуре плавления — 268 Дж/(кг·К).
Молярная теплоёмкость при постоянном давлении: при 0 °C равна 27,11 Дж/(моль·К) (белое олово), 25,79 Дж/(моль·К) (серое олово).
Теплота плавления равна 7,19 кДж/моль.
Теплота испарения равна 296 кДж/моль.
Теплопроводность при +20 °С — 65,26 Вт/(м·К) .
Удельное электрическое сопротивление при +20 °С — 0,115 мкОм·м (по другим данным 0,128 мкОм·м при +25 °С ).
Термический коэффициент сопротивления равен 4,5·10 −3 К −1.
Удельная электропроводность при +20 °С — 8,69 МСм/м.
Температура Дебая равна 200 К (белое олово), 212 К (серое олово)/

Механические и технологические свойства:

модуль упругости 55 ГПа при 0 °С и 48 ГПа при 100 °С;
модуль сдвига 16,8—8,1 ГПа ;
временное сопротивление разрыву — 20 МПа;
относительное удлинение — 40 %;
твёрдость по Бринеллю — 152 МПа (белое олово), 62 МПа (серое олово) ;
температура литья — 260—300 °С.

При температуре немного выше 170 °С олово становится хрупким.

Стандартный электродный потенциал E °Sn 2+ /Sn равен −0,136 В, а E пары °Sn 4+ /Sn 2+ около 0,151 В.

Серое и белое олово

Серое и белое олово

Простое вещество олово полиморфно. В обычных условиях оно существует в виде β-модификации (белое олово), устойчивой выше +13,2 °C. Белое олово — серебристо-белый, мягкий, пластичный металл, образующий кристаллы тетрагональной сингонии , пространственная группаI 4/ amd , параметры ячейки a = 0,58197 нм, c = 0,3175 нм, Z = 4. Координационное окружение каждого атома олова в нём — октаэдр. Плотность β-Sn равна 7,228 г/см 3 . При сгибании прутков олова слышен характерный хруст от взаимного трения кристаллитов.

При охлаждении белое олово переходит в α-модификацию (серое олово). Серое олово образует кристаллы кубической сингонии , пространственная группаFd 3m , параметры ячейки a = 0,646 нм, Z = 8 со структурой типа алмаза . В сером олове координационный полиэдр каждого атома — тетраэдр, координационное число 4. Фазовый переход β-Sn в α-Sn сопровождается увеличением удельного объёма на 25,6 % (плотность α-Sn составляет 5,75 г/см 3 ), что приводит к рассыпанию олова в порошок. Энтальпия перехода α → β Δ H = 2,08 кДж/моль. Одна модификация переходит в другую тем быстрее, чем ниже температура окружающей среды. При −33 °C скорость превращений становится максимальной. Тем не менее белое олово можно переохладить до гелиевых температур. Белое олово превращается в серое также под действием ионизирующего излучения .

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. Атомы в кристаллической решётке белого олова находятся в электронном s2 p2 -состоянии. Серое олово — ковалентный кристалл со структурой алмаза и электронным sp 3 -состоянием. Белое олово слабо парамагнитно , атомная магнитная восприимчивость χ = +4,5·10 −6 (при 303 К), при температуре плавления становится диамагнитным, χ = −5,1·10 −6 . Серое олово диамагнитно , χ = −3,7·10 −5 (при 293 К).

Соприкосновение серого олова и белого приводит к «заражению» последнего, то есть к ускорению фазового перехода по сравнению со спонтанным процессом из-за появления зародышей новой кристаллической фазы. Совокупность этих явлений называется «оловянной чумой». Нынешнее название этому процессу в 1911 году дал Г. Коэн . Начало научного изучения этого фазового перехода было положено в 1870 году работами петербургского учёного, академика Ю. Фрицше . Много ценных наблюдений и мыслей об этом процессе высказано Менделеевым.

Одним из средств предотвращения «оловянной чумы» является добавление в олово стабилизатора, например висмута . С другой стороны, ускоряет процесс перехода белого олова в серое при не очень низких температурах катализатор хлорстаннат аммония (NH 4 )2 SnCl 6.

«Оловянная чума» — одна из причин гибели экспедиции Скотта к Южному полюсу в 1912 году . Она осталась без горючего из-за того, что топливо просочилось из запаянных оловом баков, поражённых «оловянной чумой».

Некоторые историки указывают на «оловянную чуму» как на одно из обстоятельств поражения армии Наполеона в России в 1812 году — сильные морозы привели к превращению оловянных пуговиц на мундирах солдат в порошок.

«Оловянная чума» погубила многие коллекции оловянных солдатиков. Например, в запасниках петербургского музея Александра Суворова превратились в труху десятки фигурок — в подвале, где они хранились, лопнули зимой батареи отопления.

При высоких давлениях обнаружены ещё две модификации олова: γ-олово (переход при температуре 161 °C и давлении около 4 ГПа, при комнатной температуре и давлении 10 ГПа) и σ-олово (переход при температуре около 1000 °C и давлении выше 21 ГПа) .

Изотопы

Природное олово состоит из десяти 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 124 (5,94 %). Для некоторых из них энергетически возможен двойной бета-распад , однако экспериментально он пока (2018 г.) не наблюдался, поскольку предсказываемый период полураспада очень велик (более 10 20 лет) .

Олово обладает наибольшим среди всех элементов числом стабильных изотопов , что связано с тем, что 50 (число протонов в ядрах олова) является магическим числом — оно составляет заполненную протонную оболочку в ядре и повышает тем самым энергию связи и стабильность ядра. Известны два дважды магических изотопа олова, оба они радиоактивны, так как удалены от полосы бета-стабильности: нейтронодефицитное 100 Sn (Z =N = 50) и нейтроноизбыточное 132 Sn (Z = 50, N = 82).

Изотопы олова 117 Sn и 119 Sn являются мёссбауэровскими изотопами и применяются в гамма-резонансной спектроскопии .

Химические свойства

При комнатной температуре олово, подобно соседу по группе германию, устойчиво к воздействию воздуха или воды. Такая инертность объясняется образованием поверхностной плёнки оксидов. Заметное окисление олова на воздухе начинается при температурах выше 150 °C:

{\\mathsf {Sn+O_{2}\\rightarrow SnO_{2}}}

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

{\\mathsf {Sn+2Cl_{2}\\rightarrow SnCl_{4}}}

Олово медленно реагирует c концентрированной соляной кислотой:

{\\mathsf {Sn+4HCl\\rightarrow H_{2}[SnCl_{4}]+H_{2}}}

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-SnO 2 · n H2 O (иногда её формулу записывают как H2 SnO 3 ). При этом олово ведёт себя как неметалл:

{\\mathsf {Sn+4HNO_{3}\\rightarrow \\ SnO_{2}\\cdot H_{2}O+4NO_{2}+H_{2}O}}

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

{\\mathsf {3Sn+8HNO_{3}\\rightarrow 3Sn(NO_{3})_{2}+2NO+4H_{2}O}}

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

{\\mathsf {Sn+2KOH+2H_{2}O\\rightarrow K_{2}[Sn(OH)_{4}]+H_{2}}}

Гидрид олова — станнан SnH 4 — можно получить по реакции:

{\\mathsf {SnCl_{4}+Li[AlH_{4}]\\rightarrow SnH_{4}+LiCl+AlCl_{3}}}

Этот гидрид весьма нестоек и медленно разлагается уже при температуре 0 °C.

Олову отвечают два оксида SnO 2 (образующийся при обезвоживании оловянных кислот) и SnO . Последний можно получить при слабом нагревании гидроксида олова(II) Sn(OH) 2 в вакууме:

{\\mathsf {Sn(OH)_{2}\\rightarrow SnO+H_{2}O}}

При сильном нагреве оксид олова(II) диспропорционирует:

{\\mathsf {2SnO\\rightarrow Sn+SnO_{2}}}

При хранении на воздухе монооксид SnO постепенно окисляется:

{\\mathsf {2SnO+O_{2}\\rightarrow 2SnO_{2}}}

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

{\\mathsf {SnCl_{4}+4NH_{3}+6H_{2}O\\rightarrow H_{2}[Sn(OH)_{6}]+4NH_{4}Cl}}

{\\mathsf {H_{2}[Sn(OH)_{6}]\\rightarrow \\ SnO_{2}\\cdot nH_{2}O+3H_{2}O}}

Свежеполученная α-оловянная кислота растворяется в кислотах и щелочах:

{\\mathsf {SnO_{2}\\cdot nH_{2}O+2KOH\\rightarrow K_{2}[Sn(OH)_{6}]}}
{\\displaystyle {\\mathsf {SnO_{2}\\cdot nH_{2}O+4HNO_{3}\\rightarrow Sn(NO_{3})_{4}+(n+2)H_{2}O}}}

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 Sn(II) растворами сульфидов выпадает осадок сульфида олова(II) :

{\\mathsf {Sn^{{2+}}+S^{{2-}}\\rightarrow SnS\\downarrow }}

Этот сульфид может быть легко окислен до SnS 2 раствором полисульфида аммония:

{\\mathsf {SnS+(NH_{4})_{2}S_{2}\\rightarrow SnS_{2}+(NH_{4})_{2}S}}

Образующийся дисульфид SnS 2 растворяется в растворе сульфида аммония (NH 4 )2 S:

{\\mathsf {SnS_{2}+2(NH_{4})_{2}S\\rightarrow (NH_{4})_{4}[SnS_{4}]}}

Четырёхвалентное олово образует обширный класс оловоорганических соединений, используемых в органическом синтезе, в качестве пестицидов и др.

Нахождение в природе

Олово — редкий рассеянный элемент, по распространённости в земной коре олово занимает 47-е место. Кларковое 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) SnO 2 , содержащий до 78,8 % олова. Гораздо реже в природе встречается станнин ( оловянный колчедан ) — Cu 2 FeSnS 4 (27,5 % Sn).

Месторождения

Мировые месторождения олова находятся в основном в Китае и Юго-Восточной Азии — Индонезии , Малайзии и Таиланде . Также есть крупные месторождения в Южной Америке ( Боливии , Перу , Бразилии ) и Австралии .

В России запасы оловянных руд расположены в Хабаровском крае ( Солнечный район — месторождения Фестивальное и Соболиное ; Верхнебуреинский район — Правоурмийское месторождение ), в Чукотском автономном округе ( Пыркакайские штокверки ; рудник/посёлок Валькумей , Иультин — разработка месторождений закрыта в начале 1990-х годов), в Приморском крае ( Кавалеровский район ), в Якутии ( месторождение Депутатское ) и других районах.

Распространённость в природе

Распространённость в природе отражена в следующей таблице:

Геол. объект Камен. метеориты Дуниты и др. Базальты и др. Диориты и др. Гранитоиды Глины и др. Вода океанов Живое вещество(% на живой вес) Почва Зола растений
Содержание, вес. % 001⋅10 −4 05⋅10 −5 01,5⋅10 −4 0000− 0003⋅10 −4 1⋅10 −3 07⋅10 −7 00005⋅10 −5 1⋅10 −3 005⋅10 −4

В незагрязнённых поверхностных водах олово содержится в субмикрограммовых концентрациях. В подземных водах его концентрация достигает единиц микрограмм на литр, увеличиваясь в районе оловорудных месторождений, оно попадает в воды за счёт разрушения в первую очередь сульфидных минералов , неустойчивых в зоне окисления. ПДК Sn = 2 мг/дм³.

Кристаллы касситерита — оловянная руда

Олово является амфотерным элементом, то есть элементом, способным проявлять кислотные и основные свойства. Это свойство олова определяет и особенности его распространения в природе. Благодаря этой двойственности олово проявляет литофильные, халькофильные и сидерофильные свойства. Олово по своим свойствам проявляет близость к кварцу, вследствие чего известна тесная связь олова в виде окиси (касситерита) с кислыми гранитоидами ( литофильность ), часто обогащёнными оловом, вплоть до образования самостоятельных кварц -касситеритовых жил. Щелочной характер поведения олова определяется в образовании довольно разнообразных сульфидных соединений ( халькофильность ), вплоть до образования самородного олова и различных интерметаллических соединений, известных в ультраосновных породах ( сидерофильность ).

Формы нахождения

Основная форма нахождения олова в горных породах и минералах — рассеянная (или эндокриптная). Однако олово образует и минеральные формы, и в этом виде часто встречается не только как акцессорий в кислых магматических породах, но и образует промышленные концентрации преимущественно в окисной (касситерит SnO 2 ) и сульфидной (станнин) формах.

Твёрдая фаза. Минералы

Кристаллы касситерита

В общем можно выделить следующие формы нахождения олова в природе:

  1. Рассеянная форма ; конкретная форма нахождения олова в этом виде неизвестна. Здесь можно говорить об изоморфно рассеянной форме нахождения олова вследствие наличия изоморфизма с рядом элементов (Ta, Nb, W — с образованием типично кислородных соединений; V, Cr, Ti, Mn, Sc — с образованием кислородных и сульфидных соединений). Если концентрации олова не превышают некоторых критических значений, то оно изоморфно может замещать названные элементы. Механизмы изоморфизма различны.
  2. Минеральная форма : олово установлено в минералах-концентраторах . Как правило, это минералы, в которых присутствует железо Fe +2 : биотиты , гранаты , пироксены , магнетиты , турмалины и так далее. Эта связь обусловлена изоморфизмом, например, по схеме Sn +4 + Fe +2 → 2Fe +3 . В оловоносных скарнах высокие концентрации олова установлены в гранатах (до 5,8 вес. %) (особенно в андрадитах ), эпидотах (до 2,84 вес. %) и так далее.

На сульфидных месторождениях олово входит как изоморфный элемент в сфалериты ( Силинское месторождение , Россия, Приморье), халькопириты ( Дубровское месторождение , Россия, Приморье), пириты. Высокие концентрации олова выявлены в пирротине грейзенов Смирновского месторождения (Россия, Приморье). Считается, что из-за ограниченного изоморфизма происходит распад твёрдых растворов с микровыделениями Cu 2+1 Fe +2 SnS 4 или тиллита PbSnS 2 и других минералов.

Собственно минеральные формы

Самородные элементы, сплавы и интерметаллические соединения

Хотя концентрации этих минералов в породах очень низки, однако распространены они в широком круге генетических образований. Среди самородных форм вместе с Sn выявлены Fe, Al, Cu, Ti, Cd и так далее, не считая уже известные самородные платиноиды , золото и серебро . Эти же элементы образуют между собой и различные сплавы: (Cu + Sn + Sb), (Pb + Sn + Sb) и другие, а также твёрдые растворы. Среди интерметаллических соединений установлены стистаит SnSb, атакит (Pd,Pt) 3 Sn, штумырлит Pt(Sn,Bi), звягинцевит (Pd,Pt) 3 (Pb,Sn), таймырит (Pd,Cu,Pt) 3 Sn и другие.

Приведённые формы нахождения олова и других элементов встречаются в различных геологических образованиях:

  1. Группа интрузивных и эффузивных магматических пород: траппы , пикриты Сибирской платформы, гипербазиты и габброиды Камчатки, кимберлиты Якутии, лампроиты Алдана и так далее; гранитоиды Приморья, Дальнего Востока, Тянь-Шаня.
  2. Группа метасоматически и гидротермально изменённых пород: медно-никелевые руды Сибирской платформы, золоторудные объекты Урала, Кавказа, Узбекистана и так далее.
  3. Группа современного рудообразования: пелагические осадки Тихого океана, продукты Большого Трещинного Толбачинского извержения, гидротермальная система Узон на Камчатке и прочие.
  4. Группа осадочных пород различного происхождения.
Окисные соединения олова

Наиболее известной формой является главный минерал олова — касситерит SnO 2 , представляющий собой соединение олова с кислородом . В минерале по данным ядерной гамма-резонансной спектроскопии присутствует Sn +4 .

Касситерит

Касситерит (от греч. kassiteros — олово) — главный рудный минерал для получения олова, химическая формула SnO 2 . Теоретически содержит 78,62 % Sn. Образует отдельные выделения, зерна, сплошные массивные агрегаты, в которых зёрна минерала достигают в размере 3—4 мм и даже больше. В чистом виде бесцветные кристаллы, примеси придают минералу самые различные цвета.

  • Плотность 6040—7120 кг/м³ (наиболее низкая у светлоокрашенных касситеритов).
  • Твёрдость по Моосу 6,5.
  • Блеск — матовый, на гранях — алмазный.
  • Спайность несовершенная.
  • Излом раковистый.

Основные формы выделения касситерита:

  • микровключения в других минералах;
  • акцессорные выделения минерала в породах и рудах;
  • сплошные или вкрапленные руды: игольчатые радиально-лучистые агрегаты (месторождения Приморья ), коломорфные и криптокристаллические выделения и скопления (месторождения Приморья); кристаллическая форма — главная форма выделения касситерита.

В России месторождения касситерита имеются на Северо-Востоке, в Приморье, Якутии , Забайкалье ; за рубежом — в Малайзии , Таиланде , Индонезии , КНР , Боливии , Нигерии и других странах.

Гидроокисные соединения

Второстепенное место занимают гидроокисные соединения олова , которые можно рассматривать как соли полиоловянных кислот. К ним можно отнести минерал сукулаит Ta 2 Sn 2+2 O; твёрдый раствор олова в магнетите вида Fe 2 SnO 4 или Fe 3 SnO 3 (Бретштейн Ю. С., 1974; Воронина Л. Б., 1979); « варламовит » — продукт окисления станнина ; считается, что он представляет собой смесь аморфных и полуаморфных соединений Sn, метаоловянной кислоты, поликонденсированной фазы и гидрокасситеритовой фазы. Известны также гидратированные продукты окисления — гидромартит 3SnO·H 2 O; мушистонит (Cu,Zn,Fe)Sn(OH) 6 ; гидростаннат меди CuSn(OH) 6 и другие.

Силикаты

Известна многочисленная группа силикатов олова , представленная малаяитом CaSn[SiO 5 ]; пабститом Ba(Sn, Ti)Si 3 O9 , стоказитом Ca 2 Sn 2 Si 6 O18 ·4H 2 O и др. Малаяит образует даже промышленные скопления.

Шпинелиды

Из других окисных соединений известны также шпинелиды , например, минерал нигерит Sn 2 Fe 4 Al 16 О 32 (Peterson E. U., 1986).

Сульфидные соединения олова

Включает различные соединения олова с серой. Это вторая по промышленному значению группа минеральных форм нахождения олова. Наиболее важным из них является станнин , второй по значению минерал. Кроме этого, отмечаются франкеит Pb 5 Sn 3 Sb 2 S14 , герценбергит SnS, берндтит SnS 2 , тиллит PbSnS 2 и кестерит Cu 2 ZnSnS 4 . Выявлены и более сложные сульфидные соединения олова со свинцом , серебром , медью , имеющие в основном минералогическое значение. Тесная связь олова с медью обусловливает частое присутствие на оловорудных месторождениях халькопирита CuFeS 2 с образованием парагенезиса касситерит — халькопирит.

Станнин

Станнин (stannum — олово), оловянный колчедан, минерал из класса сульфидов с общей формулой вида Cu 2 FeSnS 4 . Она следует из формулы халькопирита путём замены одного атома Fe на Sn. Содержит 29,58 % Cu, 12,99 % Fe, 27,5 % Sn и 29,8 S, а также примеси Zn, Sb, Cd, Pb и Ag. Широко распространённый минерал в оловорудных месторождениях России. На ряде месторождений России (Приморье, Якутия) и Средней Азии (Таджикистан) он является существенным элементов сульфидных минералов и часто вместе с варламовитом составляет 10—40 % общего олова. Часто образует вкрапленность в сфалерите ZnS, халькопирите. Во многих случаях наблюдаются явления распада станнина с выделением касситерита.

Коллоидная форма

Коллоидные и олово-кремнистые соединения играют значительную роль в геохимии олова, хотя детально она не изучена. Значительное место в геологии элемента играют коломорфные соединения и продукты его кристаллических превращений в скрытокристаллические разности. Коломорфный касситерит рассматривается как форма выражения вязких гелеобразных растворов.

Независимые исследования выявили аномально высокую растворимость SnO 2 в хлор-кремниевых растворах. Максимальная растворимость достигается при отношении

SnO2SiO2=1,5 {\\displaystyle {\\frac {{\\mathsf {SnO}}_{2}}{{\\mathsf {SiO}}_{2}}}=1{,}5}{\\frac {{\\mathsf {SnO}}_{2}}{{\\mathsf {SiO}}_{2}}}=1{,}5 .

Анализ свойств соединения Sn(OH) 4 и близость их к соединению Si(OH) 4 выявляет способность его к полимеризации с образованием в конечном счёте соединений H2 Sn k O 2k +1 , Sn k O 2k −1 (OH) 2 . В обоих случаях возможно замещение группы (ОН) на анионы F и Cl.

Таким образом, полимеризация молекул Sn(OH) 4 и соединение их с молекулами Si(OH) 4 ведёт к образованию геля (коллоида) и появлению цепочек Hm Sn 2n Si n Op , причём m ≤ 8[23] , или Hs [SiO 2n (SnO m )d ] (Некрасов И. Я. и др., 1973).

Имеющиеся данные говорят о том, что коллоидная форма является естественным промежуточным звеном при осаждении олова из гидротермальных растворов.

Формы нахождения олова в жидкой фазе

Наименее изученная часть геохимии олова, хотя в газово-жидких включениях установлены касситериты в виде минералов-узников (Кокорин А. М. и др., 1975). Работ по анализу конкретных оловосодержащих природных растворов нет. В основном вся информация основана на результатах экспериментальных исследований, которые говорят только о вероятных формах нахождения олова в растворах. Существенную роль в разработке методики этих исследований принадлежит академику В. Л. Барсукову.

Вся совокупность экспериментально установленных форм нахождения олова в растворах разбивается на группы:

  1. Ионные соединения . Эти соединения и их структура описываются с позиций классических валентных и стереохимических представлений. Выделяются подгруппы:
    1. Простые ионы Sn +2 и Sn +4 в основном обнаружены в магматических расплавах, а также в гидротермальных растворах, обладающих низкими значениями рН. Однако в существующих гидротермальных системах, отражаемых составом газово-жидких включений, такие условия не установлены.
    2. Галогениды — SnF 2 , SnF 40 , SnCl 40 . Считается, что роль хлора в переносе и отложении олова и сопутствующих металлов более значительна, чем роль фтора.
    3. Гидроксильные соединения . В щелочных условиях исходными являются соединения H2 SnO 2 , H2 SnO 4 , H2 SnO 3 . Эти формы часто устанавливаются на основе известных минеральных форм. Часть этих форм имеет как искусственное (CaSnO 3 , Ca 2 SnO 4 ), так и природное (FeSnO 2 , Fe 2 SnO 4 ) происхождение. В кислых средах эти соединения ведут себя как слабые основания типа Sn(OH) 2 , Sn(OH) 4 . Считается, что одной из форм проявления подобных соединений является варламовит . Согласно экспериментальным данным Sn(OH) 4 отлагается только при Т < 280 °C в слабокислых или нейтральных условиях при рН = 7—9. Соединения Sn(OH) 4 и Sn(OH) 3+ устойчивы при рН= 7—9, тогда как Sn(OH) 2+2 и Sn(OH) +2 — при рН < 7. Довольно часто группы (ОН) −1 замещаются на F и Cl, создавая галогенозамещённые модификации гидросоединений олова. В общем виде эти формы представлены соединениями Sn(OH) 4- k Fk или Sn(OH) 4− k Fk-n Cl n . В целом соединение Sn(OH) 3 F устойчиво при Т = +25…+50 °C, а Sn(OH) 2 F2 — при Т = 200 °C.
    4. Сульфидные соединения . По экспериментальным данным в растворе присутствуют соединения SnS 4−4 или SnS 3−2 при рН > 9; SnS 2 O−2 (pH = 8—9) и Sn(SH) 4 (pH = 6). Имеется упоминание о существовании соединения типа Na 2 SnS 3 , неустойчивого в кислой среде.
  2. Комплексные соединения олова изучены при растворении касситерита во фторированных средах. Эти соединения отличаются высокой растворимостью. Этими же свойствами обладают соединения, полученные в хлоридных растворах. В качестве основных форм комплексных соединений, известных из экспериментов, можно назвать Na 2 [Sn(OH) 6 ], Na 2 [SnF 6 ], Na 2 [Sn(OH) 2 F4 ] и пр. Эксперименты показали, что комплекс Sn(OH) 4 F2−2 будет преобладать при Т = 200 °C.
  3. Коллоидные и олово-кремнистые соединения . Об их существовании говорит присутствие на многих месторождениях коломорфных выделений касситерита.

Промышленные типы месторождений олова

Описанные выше геохимические особенности олова находят косвенное отражение в формационной классификации оловорудных месторождений, предложенной Е. А. Радкевич с последующими дополнениями.

А. Формация оловоносных гранитов . Касситерит установлен в акцессорной части гранитов.
Б. Формация редкометальных гранитов . Это граниты литионит-амазонит-альбитового типа (апограниты по А. А. Беусу). Касситерит в акцессорной части вместе колумбит-татнатлитом, микролитом и прочими.
В. Формация оловоносных пегматитов . Оловянная минерализация характерна для Be-Li-, Be-Ta-, F-Li- типов.
Г. Формация полевошпат-кварц-касситеритовая . Выделена Ив. Ф. Григорьевым. Это кварц-полевошпатовые жилы с касситеритом и другими минералами.
Д. Формация кварц-касситеритовая . Распространена на северо-востоке России. Это жильные зоны, грейзены с кварцем, мусковитом, вольфрамитом, касситеритом и другим.
Е. Формация касситерит-силикатно-сульфидная с турмалиновым и хлоритовым типами. Одна из основных продуктивных формаций Приморья России.
Ж. Формация касситерит-сульфидная . Также основная оловопродуктивная формация. В ней выделяют основные типы:

1) штокверковое олово-вольфрамовое оруденение;
2) рудные тела квар-касситерит-арсенопиритового типа;
3) продуктивные кварцевые жилы сульфидно-касситерит-хлоритового типа.
З. Формация оловянно-скарновая .
И. Формация деревянистого олова (риолитовая формация).
К. Формация основных и ультраосновных пород (по И. Я. Некрасову).
Л. Формация щелочных пород Украины (по В. С. Металлиди, 1988).

Производство

В процессе производства рудоносная порода ( касситерит ) подвергается дроблению до размеров частиц в среднем ~10 мм, в промышленных мельницах, после чего касситерит за счет своей относительно высокой плотности и массы отделяется от пустой породы вибрационно-гравитационным методом на обогатительных столах. В дополнение применяется флотационный метод обогащения/очистки руды. Таким образом удается повысить содержание олова в руде до 40—70 %. Далее проводят обжиг концентрата в кислороде для удаления примесей серы и мышьяка. Полученный концентрат оловянной руды выплавляется в печах. В процессе выплавки восстанавливается до свободного состояния посредством применения в восстановлении древесного угля, слои которого укладываются поочередно со слоями руды, или алюминием (цинком) в электропечах:

SnO2+C=Sn+CO2 {\\displaystyle {\\mathsf {SnO_{2}+C=Sn+CO_{2}}}}{\\displaystyle {\\mathsf {SnO_{2}+C=Sn+CO_{2}}}} . Особо чистое олово полупроводниковой чистоты готовят электрохимическим рафинированием или методом зонной плавки] .

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). Другой известный сплав — пьютер — используется для изготовления посуды. Для этих целей расходуется около 33 % всего добываемого олова. До 60 % производимого олова используется в виде сплавов с медью, медью и цинком, медью и сурьмой (подшипниковый сплав, или баббит ), с цинком (упаковочная фольга) и в виде оловянно-свинцовых и оловянно-цинковых припоев. В последнее время возрождается интерес к использованию металла, поскольку он наиболее «экологичен» среди тяжёлых цветных металлов. Используется для создания сверхпроводящих проводов на основе интерметаллического соединения Nb 3 Sn .
  • Дисульфид олова SnS 2 применяют в составе красок, имитирующих позолоту («поталь»).
  • Искусственные радиоактивные ядерные изомеры олова 117m Sn и 119m Sn — источники гамма-излучения , являются мёссбауэровскими изотопами и применяются в гамма-резонансной спектроскопии .
  • 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 .
  • Смесь солей олова — « жёлтая композиция » — ранее использовалась как краситель для шерсти .
  • Олово применяется также 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, по сравнению со свинцовым аккумулятором свинцово-оловянный аккумулятор обладает в 2,5 раза большей ёмкостью и в 5 раз большей энергоплотностью на единицу объёма, внутреннее сопротивление его значительно ниже.
  • Исследуются изолированные двумерные слои олова ( станен ), созданные по аналогии с графеном.

Физиологическое действие

О роли олова в живых организмах практически ничего не известно. Ежедневное поступление олова с пищей составляет 0,2—3,5 мг, при регулярном потреблении консервированной пищи — до 38 мг. В теле человека содержится примерно (1—2)·10 −4 % олова, наибольшая концентрация наблюдается в кишечнике.

Металлическое олово не токсично, что позволяет применять его в пищевой промышленности. Олово представляет опасность для человека в виде паров, различных аэрозольных частиц и пыли. При воздействии паров или пыли олова может развиться станноз — поражение лёгких. Станнан (оловянистый водород) — сильнейший яд. Также очень токсичны некоторые оловоорганические соединения. Временно допустимая концентрация соединений олова в атмосферном воздухе 0,05 мг/м 3 , ПДК олова в пищевых продуктах 200 мг/кг, в молочных продуктах и соках — 100 мг/кг. Токсическая доза олова для человека — 2 г, интоксикация организма начинается при содержании в организме 250 мг/кг.

Вредные примеси, содержащиеся в олове в обычных условиях хранения и применения, в том числе в расплаве при температуре до 600 °C, не выделяются в воздух в объёмах, превышающих предельно допустимую концентрацию (в частности, определенную по ГОСТ 12.1.005—76. Длительное (в течение 15—20 лет) воздействие пыли олова оказывает фиброгенное воздействие на лёгкие и может вызвать заболевание работающих пневмокониозом

формула химического элемента Олово Stannum

Химическая формула Олова:

Атомы Олово Stannum химических элементов

Атомы Stannum хим. элемента

Stannum Олово ядро строение

Строение ядра химического элемента Stannum — Sn,

История открытия Олово Stannum

Открытие элемента Stannum —

Олово Stannum происхождение названия

Откуда произошло название Stannum …

Распространённость Олово Stannum

Как любой хим. элемент имеет свою распространенность в природе, Sn …

Получение Олово Stannum

Stannum — получение элемента

Физические свойства Олово Stannum

Основные свойства Stannum

Изотопы Stannum Олово

Наличие и определение изотопов Stannum

Sn свойства изотопов Олово Stannum

Химические свойства Олово Stannum

Определение химических свойств Stannum

Меры предосторожности Олово Stannum

Внимание! Внимательно ознакомьтесь с мерами безопасности при работе с Stannum

Стоимость Олово Stannum

Рыночная стоимость Sn, цена Олово Stannum

Примечания

Список примечаний и ссылок на различные материалы про хим. элемент Sn