Олово

Химический элемент - Олово (лат. Stannum)

Олово (Sn) – порядковый номер этого элемента в таблице Менделеева №14, в 5 периоде имеет атомный номер пятьдесят. Состоит в группе металлов «лёгких». Находясь в своём привычном состоянии, представляет собой серо-белое вещество, легко поддающееся ковке, плавке и другим механическим воздействиям. Олово может быть представлено в одном из четырех аллотропических модификаций: альфа-Sn обычно наблюдается при температуре не превышающий +13.2 градусов по Цельсию, если данный температурный режим превышен, то образуется состояние бета-олово. Также имеется два состояния игрик-олово и гамма-олово, как правило, наблюдается при высоких давлениях.

История

О существовании этого элемента стало известно еще в четвертом тысячелетии до нашей эры. В то время олово как металл было редким и дорогим продуктом, и по этим причинам среди древних находок изделия из олова очень редки. Как известно олово является наиважнейшим элементов входящих в состав оловоносной бронзы, в древние времена бронза на много превосходило по прочности все остальные металлы, и как следствие, олово было наиболее необходимым из тяжелых металлов на протяжении нескольких тысячелетий.

Характеристики, присущие олову вне химического взаимодействия

• Плотность твердого олова составляет 7.3 г/см3. В жидком состоянии у олова показатель плотности составляет 6.98 г/см3.
• Данные по температурам – доходит до состояния плавления при 232 градусах Цельсия, доходит до состояния кипения при 2620 градусах Цельсия
• Емкость тепловыделения: когда олово находится в состоянии отвердевания – 226 Дж/(кг•К); соответственно в состоянии жидкости – 268 Дж/(кг•К);
• Емкость тепловыделения молярная при условии постоянного давления: (белое олово (Sn)) – 27,11 Дж/(моль•К), (серое олово (Sn)) – 25,79 Дж/(моль•К);
• Когда плавится, выделяет теплоту – 7,19 кДж/моль;
• Когда испаряется, выделяет теплоту – 296 кДж/моль;
• Проводимость тепла при двадцати градусах Цельсия составляет – 65,26 Вт/(м•К);
• Сопротивление электроэнергии примерно равно — 0,115 мк Ом•м;
• Удельная электропроводность при двадцати градусах Цельсия – 8,69 МСм/м;
• Упругость наблюдается в пределах от 55 ГПа до 48 ГПа при температурах от 0 градуса Цельсия до 100 градусов Цельсия.
• Сопротивляемость разрыву равна – двадцати МПа;
• Удлинение около – сорока процентов;
• Твердость белого олова составляет 152 МПа, серого олова – шестидесяти двух МПа;
• Температурный режим литья составляет от 260 до 300 градусов Цельсия;
• Хрупкость олова наблюдается при +170 градусов Цельсия.

Категории раздела олово:

• Баббит чушка
• Припои

ОКОНЧАТЕЛЬНАЯ ЦЕНА НА ОЛОВО ЗАВИСИТ ОТ УСЛОВИЙ ПОСТАВКИ (КОЛИЧЕСТВА, УСЛОВИЙ ОПЛАТЫ, ДОСТАВКИ), ДАННЫЙ ПРАЙС-ЛИСТ НОСИТ ИСКЛЮЧИТЕЛЬНО ИНФОРМАЦИОННЫЙ ХАРАКТЕР!

Олово - характеристики механические

Различия олова: серого и белого

Как известно олово является полиморфным металлом. Наиболее часто, в повседневной жизни олово встречается в бета-модификации (белое олово), её устойчивость от +14 градусов Цельсия и выше. Эта разновидность представляет собой светлый, мягкий, гибкий металл, структура которого состоит в построении кристаллической решётки в виде тетрагональной сингонии. Атомы такого строения координационно окружены октаэдрами. Плотность в свою очередь составляет примерно 7.2 г/см³. Если попробовать согнуть пруты из олова, можно услышать характерный хруст который раздается от трения между собой кристаллитов.

Если белое олово начать охлаждать, то постепенно из бета-версии оно превратится в альфа-версию и станет серым. Это значит, что кристаллы образуют новую структуру типа кубической сингонии (структуру алмаза). Атомы такого строения координационно окружены тетраэдрами. При переходе из бета-версии в альфа-версию увеличивается объем, что непременно сказывается на физическом состоянии и наблюдается распад олова до порошкового состояния. Переход между модификациями в данном случае напрямую зависит от температуры, с понижением температуры окружающей среды быстрее происходит сам переход, наиболее высокий уровень скорости достигается при температуре минус тридцать три градуса Цельсия. Также кроме температурного фактора на переход из бета-версии в альфа-версии может повлиять ионизирующее излучение. Кроме всего перечисленного существует возможность охлаждения белого олова до гелиевого состояния.

Электрофизические свойства напрямую зависят от строения олова, и естественно, что их показатели разнятся. Более конкретно можно объяснить так: бета-версия – это метал, а альфа-версия – это полупроводник. Однако ниже 3.72 К альфа-версия становится сверхпроводником. Состояние электронных атомов кристаллической решётки бета-версии находятся в s2p2, в свою очередь в альфа-версия в sp3-состоянии. Олово бета-версии слабо парамагнитно и легко переходит до состояния диамагнитно. В свою очередь, серое олово и вовсе диамагнитно.

Если рассмотреть условия, в которых олово двух версий будут соприкасаться, то олово бета-версия получит ускорение при трансформации в альфа-версию. Это объясняется тем, что структура альфа-версии олово трансформируется в структуру бета-версии олово, так сказать происходит заражение. Это доказано еще в 1870, а название такому процессу дали в 1911 году – «оловянная чума».

Если необходимо остановить процесс «оловянная чума» можно использоваться такой компонент как висмут. В противоположную сторону, если нужно ускорить переход от бета-версии олово до альфа-версии, можно воспользоваться веществом, которое ускорит химическую реакцию – хлорстаннатом аммония.

В 1912 году «оловянная чума» главной причиной того, что экспедиция Скотта к Южному полюсу закончилась раньше времени. Получилось так, что канистры с топливом были запаяны оловянными крышками, но из-за климатических условий олово было поражено «оловянной чумой», таким образом все топливо находящееся в этих канистрах просто просочилось наружу из-за разрушения герметичности упаковки.

Изотопы

У олова имеется девять постоянных нуклидов. Так как число протонов у олово равно 50, оно является как бы магическим, потому, что протоны полностью заполняют пространство вокруг ядра, придавая ему больше энергии. Благодаря этому, олово является элементом, у которого наибольшее количество постоянных изотопов. У олова имеется 2 магических изотопа, оба они из-за удаления от бета-стабильности являются радиоактивными.

Олово в природе

Олово в природных условиях встретить можно гораздо реже остальных тяжелых металлов, и занимает всего 47 позицию по встречаемости на нашей планете. Количество олова в недрах земли по приблизительным подсчетам варьируется от 2*10-4 до 8*10-3 % относительно массы. Касситерит – это основной минерал, из которого добывают олово, массовая доля олова в этом камне составляет около 79%.

Первое место появления олова

Основные месторождения олова приходятся на азиатские страны, такие как КНР и Япония. Однако и в Южной Америке и РФ также найдены хорошие месторождения с богатыми запасами олова.

Распространенность в природе

Олово содержится как в открытых водах, так и в скрытых под землей источниках. На сегодняшний день ученые предполагают, что накопление олова ничтожно мало. В оловорудных залежах, накопление Sn заметно увеличивается. Обнаружение олова в воде связано с тем, что разрушаются сульфаты минералов, нестабильных в зонах окисления.

Кристаллы касситерита — оловянная руда

Как амфотерный элемент олово способно проявлять как кислотные, так и основные свои характеристики. Благодаря этим характеристикам можно определить особенности распространения олова в окружающей среде. По своей природе олово близится к кварцу, что позволяет определить связь олова как окись с кранитоидами кислот. Обогащенное олово иногда образует кварц-касситеритовые жилы. Так как олово обладает щелочным характером, можно наблюдать множество различных сульфитных соединений.

Формы нахождения

Как правило, олово можно встретить в веществах, которые слагают земную кору и минералах. Также олово может образовывать минеральные образования, в основном кислые продукты магматической деятельности, но иногда это залежи в крупнейших масштабах (вероятнее всего в окисном виде).

Твёрдая фаза. Минералы

Существует несколько видов нахождения олова в окружающей среде.

- рассеянный вид: в какой форме находится олово этого вида неизвестно. Как правило, вещество находится в изоморфном рассеянном состоянии наряду с другими элементами (Nb, W, Ta – где происходит образование кислотных соединений; а также Sc, Ti, V, и др. – где происходит образование как сульфидных, так и кислотных соединений). Когда концентрация Sn находится в состоянии, не превышающем критическое, то в таком случае перечисленные выше элементы изоморфно замещаются, механизмы замещения могут быть отличны друг от друга.

- минеральный вид: на самой высокой накаляемостью Sn встречается в минералах. Зачастую такие минералы содержат Fe+2: турмалины, гранаты, магнетиты и многие другие. Как правило, их связь обусловлена изменением химического состава минерала при сохранении его кристаллической структуры. Было выявлено, что в оловоносных скарнах наблюдается наибольшая накаляемость Sn (в основном это гранаты, эпидоты и иные породы).

Сульфидные залежи богаты оловом как изоморфным элементом пиритов, халькопиритов, и сфалеритов, залежи таких типов открыты на территории РФ (Приморье). Так как изоморфизм ограничен, происходит распад минералов с частичным выделением филлита PbSnS2 или Cu2+1Fe+2SnS4.

Интерметаллические связи, природные элементы и сплавы олова

Ниже приведены виды образования олова и некоторых иных элементов, которые могут образовываться в образованиях геологических, разделены по группам:

- рудообразования на сегодняшний день: это могут быть осадки пелагические всем известного Тихого океана, или на Камчатке система Узон (гидротермальная), а также продукты извержения Тол Бачинского и многое другое;

- магматические породы как эффузивных так и интрузивных: на Сибирской платформе могут быть пикриты и траппы, кроме этого на Камчатке габброиды и гипербазиты, а также гранитоиды и многое другое;

- измененные пароды под действием гидротермального и метосоматического воздействия: это могу быть как золоторудные объекты Узбекистана, Урала и другие, так и медно-никелевые руды.

Осадочные породы и их происхождение

Окисные связи олова

Самым распространенным является касситерит SnO2 один из главных минералов олова, который представлен в виде оксида олова соединённого с кислородом, по некоторым данным минерал содержит гамма-резонансные спектроскопии Sn+4.

Касситерит

Касситерит это основной источником добычи олова, по некоторым данным в нем находится до 79% образований олова. Если рассмотреть породу, то можно заметить оловянные образования отдельным зерном, размеры которых достигают до трех – четырех мм, а иногда и превышают данные значения.

Гидроокисные связи

По полученным данным гидроокисные соединения занимают далеко не первое место в добыче олова. Их обычно рассматривают в виде солей полиоловянных кислот. Примеры таких кислот: минерал сукулаит, варламовит (как правило это смесь полуаморфных соединений олова), отверделый раствор олова в магнетите. Кроме этого существуют продукты окисления такие как: гидростаннат меди, гидромартит и другие.

Силикаты

Обнаружена некоторая группа силикатов олова, лидирующую позицию в которых занимает малахит, который может образовывать скопления промышленного объема.

Шпинелиды

Также были обнаружены окисные соединения группы шпинелиды, основным видом которой является минерал нигерит.

Сульфидные связи олова

Это группа соединений олова с породами серы. В промышленном производстве олова она занимает второе место. Одним из важнейших соединений является станин, как известно он является одним из важнейших минералов по добыче олова. Существуют и более сложные сульфидные оловянные связи с такими металлами как медь, серебро или свинец, которые имеют в своей основе минералогическое значение.

Станнин

Станнин еще называют оловянным колчеданом, относится к группе сульфидов. Наиболее распространенный минерал среди олово-рудных залежей в Российской Федерации. В этом минерале массовая доля оловянных образований составляет от десяти до сорока процентов. С завидной периодичностью могут наблюдаться признаки, неполного разрушения станина, при этом происходит выпадение касситерита.

Коллоидная форма

Несмотря на то, что геохимия олова до конца не изучена, существуют соединения, такие как олово-кремнистые или коллоидные. Важнейшую роль в геологии олово отводят продуктам, которые образуют благодаря своим кристаллическим превращениям, так называемым скрытокристаллическим разностям, а также коломорфным связям, которые имеют иное состояние и рассматриваются как гелеобразные растворы.

Проводимые исследования над SnO2 выявили, что данный метал, легко растворим в хлор-кремневых растворах.

Помимо всего прочего было обнаружено, что при осаждении олова из различного рода растворов коллоидная форма будет использована как промежуточное звено.

Рассмотрим модели, в которых можно найти олово в жидком состоянии

Самая неизученная глава геохимии олова. К сожалению конкретных разработок, по изучению данного вопроса нет, вся полученная информация опирается на выводы проводимых исследований, и носит предположительный характер. При этом нахождение олова в растворах подразделяется на:

- ионные связи – как правило все описания ионных связей и их строения основаны на стереохимических и валентных представлениях. В них можно выделить подгруппы:

- простые ионы Sn+2 и Sn+4 они были обнаружены в растворах с незначительным содержанием рН и магматических распадах. Вместе с тем подобные условия в газовом либо жидком состояниях, гидротермических систем, установлены небыли. галогениды – как известно роль вещества фтор в процессах отложения и переноса олова менее значительна, чем у хлора.

- гидроксильные связи – на основе минеральных форм, в щелочных условиях зачастую исходными соединениями принимают соединения H2SnO(2,3,4). Некоторые эти формы могут иметь натуральное либо искусственное происхождение.

Исследованиями показано, что в кислотах данные соединения проявляют себя как слабые основания и могут образовывать соединения типа варламовит.

- сульфидные связи – не устойчивы в кислой среде.

- комплексные связи – были получены путём проведения исследований по раствору касситерита в средах фтор-растворов. Как было выявлено отличительной чертой хлоридных растворов является те же самые свойства. Путем экспериментов было выявлено несколько вариантов соединений данного типа. В качестве примера можно привести такой тип комплексного соединения как Na2[Sn(OH)2F4]. Помимо данного примера существуют и многие другие.

О существовании таких связей как олово-кремневые и коллоидные, говорит касситерит, который присутствует почти во всех месторождениях олова.

Производство олова

Как правило, при изготовлении олова, заготовленная порода в заводских мельницах подлежит размельчению до небольших кусочков, которые не должны превышать десяти миллиметров. Затем касситерит извлекается из породы благодаря своей плотности и удельной массе с использованием вибрационно-гравитационного метода. Вместе с этим методом одновременно используется флотационный способ или метод обогащения. После этих манипуляций над породой остается концентрат, в котором содержится приблизительно до семидесяти процентов олова. После чего происходит дальнейшая обработка в кислоте для избавления концентрата от серы и мышьяка. Далее полученный концентрат поступает на выплавку в печи, где он слоями чередуется с древесным углем, для лучшей фильтрации ненужных компонентов. Также могут добавлять цинк, медь или свинец. Для приготовления более чистого олова проводят процедуру способом плавки.

Применение олова

Основное использование олова заключается в его стойкости к коррозии, как в сплавах, так и в чистом виде. Существенный упор в использовании сделан на покрытие оловянными сплавами, изготовлении подшипниковых изделий, для пайки микросхем, при изготовлении белой жести и многое другое. Самый известный и необходимый сплав олова - это бронза. Также имеется другие сплавы как, например, пьютер, использование, которого направлено на изготовление различного рода посуды. Всё выше перечисленное использует лишь треть добываемого олова. Львиная доля олова уходит на сплавы с чистой медью, или несколькими компонентами медь + цинк, медь + сурьма, или просто с цинком. Также изготавливаются оловянно-цинковые либо оловянно-свинцовые припои. Из-за того, что олово наиболее экологичный метал среди всех тяжелых, начинает возвращаться производство сверхпроводниковых кабелей на основе сплава из олова.

Также дисульфид олова могут применять при производстве лакокрасочных изделий, для имитации золотого покрытия.

Соединение олова с цинком имеет высокий порог плавление выше 2000 градусов Цельсия, при этом практически не подвержен коррозии. Все это позволяет расширить ряд где может использоваться данный сплав.

Вместе с тем олово остается наиболее важным компонентом при изготовлении сплава типа «Титан».

Изомеры олова искусственно выведенные, источники гамма излучения находят свое применение в гамма-резонансной спектроскопии.

Так же олово может быть использовано как основной металл в химических испытаниях электричества в качестве материала для производства анода. Одним из направлений такого использование является изготовление свинцово-оловянных аккумуляторов. Если сравнить обычный свинцовый аккумулятор и свинцово-оловянный, то у последнего ряд преимуществ в виде усиленной в два с половиной раза ёмкости и пятикратным преимуществом энергетической плотности, при этом сопротивление намного меньше.

И в завершении, олово имеет семь солей, которые охотно добавляют в красители для шерсти.