Химические элементы

Олово

О́лово (лат. Stannum), Sn, химический элемент IV группы короткой формы (14-й группы длинной формы) ; атомный номер 50, атомная масса 118,710. Природное олово содержит 10 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 , β-излучатель, Т1/2 более 1017 лет). Искусственно получены радиоизотопы с массовыми числами 100–137.

Историческая справка

Олово известно с доисторических времён, упоминается в . По свидетельству Гомера, добывали на Касситеридах – . олова с () известны с 3-го тыс. до н. э., чистый металл – со 2-го тыс. до н. э. В древности из олова делали украшения, посуду, утварь. В из олова делали украшения, напаянные на другие металлы. С конца 13 в. в Западной Европе из олова изготавливали сосуды, церковную утварь, парадные чаши, блюда, кубки с рельефными изображениями (гербы, мифологические, жанровые сцены). В России изделия из олова (рамы зеркал, утварь) получили широкое распространение в 17–18 вв.

Латинское название элемента, вероятно, связано с санскр. stha – стойко держаться, sthavan – прочно. Происхождение русского названия «олово» точно не установлено.

Распространённость в природе

Содержание олова в 8·10–3 % по массе. Самородное олово в природе не встречается. Известно около 20 олова. Промышленное значение имеет (оловянный камень) SnO2, в меньшей степени – (оловянный колчедан) Cu2FeSnS4. Концентрирование олова связано как с магматическими процессами (известны «оловоносные граниты», , обогащённые оловом), так и с ; касситерит встречается также в россыпях. В олово мигрирует слабо, в его лишь 3·10–7 %; известны водные растения с повышенным содержанием Sn.

Свойства

Конфигурация внешней электронной оболочки атома олова 5s25p2; в соединениях обычно проявляет +2 и +4, последняя более устойчива; при переходе от Sn0 к Sn5+ соответственно 7,34; 14,63; 30,50; 40,73 и 70,30 эВ; по Полингу 1,8; 158 пм.

В свободном состоянии олово – блестящий серебристо-белый металл, тяжёлый, мягкий и пластичный; tпл 231,9 °C, tкип 2629 °C. Образует две модификации. обычного β-Sn (белого олова) тетрагональная, плотность 7265 кг/м3 (20 °С). Ниже 13,2 °С устойчиво α-Sn (серое олово) кубической структуры типа с плотностью 5769 кг/м3. Переход белого олова в серое сопровождается превращением металла в порошок и разрушением металлических изделий, обусловленным значительным (на 25 %) увеличением удельного объёма металла («оловянная чума»). Температурный коэффициент линейного расширения (273 К) 1,99·10–5 К–1, теплопроводность (293 К) 65,26 Вт/(м·К); теплоёмкость β-Sn 27,11 Дж/(моль·К), α -Sn 25,79 Дж/(моль·К); удельное электрическое сопротивление 11,5·10–8 Ом·м (293 К). Механические свойства олова зависят от его чистоты и температуры обработки, по Бринеллю для α-Sn при 293 К составляет 62 МПа, для β-Sn – 152 МПа. При изгибании прутков олова слышен характерный хруст от взаимного трения кристаллитов («оловянный крик»). Белое олово слабо , при температуре плавления оно становится . Серое олово диамагнитно. Температура перехода в состояние 3,72 К.

Образец оловаОбразец олова. Фото: Björn Wylezich / alamy / legion-media.ru воздуха пассивирует олово, оставляя на его поверхности плёнку химически устойчивого SnO2. Поэтому на и в воде до 100 °C олово практически не окисляется. Из разбавленных HCl и H2SO4 на холоду олово восстанавливает , образуя соответственно хлорид SnCl2 и сульфат SnSO4. Соединения Sn(II) – сильные восстановители. В горячей концентрированной H2SO4 при нагревании олово растворяется, образуя Sn(SO4)2 и SO2. Холодная разбавленная HNO3 переводит олово в Sn(NO3)2. При нагревании с концентрированной HNO3 олово окисляется с образованием осадка гидратированного оксида олова(IV) SnO2·xH2O. При нагревании олова в концентрированных растворах выделяется водород и образуются гидроксостаннаты M2[Sn(OH)6] (M – Na, K).

При сжигании на воздухе образуется SnO2. Низший оксид SnO получают только косвенным путём, на воздухе он быстро окисляется. SnO2 проявляет преимущественно кислотные свойства, SnO – оснóвные. С водородом олово непосредственно не реагирует; неустойчивый станнан SnH4 образуется при взаимодействии Mg2Sn и HCl.

С олово даёт соединения состава SnX2 и SnX4. Последние (кроме SnF4) водой, но растворимы в неполярных органических жидкостях. Взаимодействием олова с сухим хлором получают тетрахлорид SnCl4 (бесцветная жидкость, хорошо растворяющая , , ). Тетрагалогениды SnX4 образуют с H2O, NH3, , PCl5, , и многими органическими соединениями. С галогеноводородными кислотами галогениды олова дают комплексные кислоты, устойчивые в растворах, например H[SnCl3] и H2[SnCl6]. При разбавлении водой или нейтрализации простые и комплексные хлориды гидролизуются и дают малорастворимые продукты: соответственно оснóвные соли олова(II) типа SnOHCl и гидратированный оксид олова(IV) SnO2·xH2O. С серой олово образует нерастворимые в воде и разбавленных кислотах сульфиды: коричневый SnS и золотисто-жёлтый SnS2.

Олово и большинство его неорганических соединений . Вдыхание паров или пыли олова в производственных условиях может приводить к развитию (форма ). Станнан SnH4 высокотоксичен (для острых отравлений характерны , нарушение равновесия; возможен смертельный исход). Органические соединения олова высокотоксичны.

Получение

Промышленное получение олова целесообразно, если содержание его в россыпях 0,01 % по массе, в рудах 0,1 %. Обычно в рудах олова сопутствуют W, Zr, Cs, Rb, Та, Nb, и другие элементы. Первичное сырьё обогащают: россыпи – преимущественно , руды – или флотогравитационным методом. Концентраты, содержащие 50–70 % олова, для удаления серы, очищают от действием HCl; если присутствуют примеси (Fe,Mn)WO4 и CaWO4, концентрат обрабатывают HCl; образовавшуюся WO3·H2O извлекают с помощью раствора NH3. Плавкой концентратов с в электрических или пламенных печах получают черновое олово (94–98 % Sn), содержащее примеси Cu, Pb, Fe, As, Sb, Bi. При выпуске из печей черновое олово фильтруют при температуре 500–600 °C через или , отделяя основную массу примеси железа. Остаточное количество Fe и Cu удаляют, добавляя в жидкий металл серу; примеси всплывают в виде твёрдых , которые снимают с поверхности олова. От примесей и олово , добавляя , от – с помощью SnCl2. Примеси Bi и Pb отделяют также вакуумированием. и получают особо чистое олово. Значительная часть всего производимого олова составляет вторичный металл; его получают из отходов белой жести, лома и различных сплавов (степень рециркуляции олова составляет более 20 %). Объём мирового производства олова 329 тыс. т/год (2019).

Применение

Олово – компонент сплавов: с медью (бронзы), медью и (), сурьмой (), свинцом (), , , (, , ) и др. Олово используется для нанесения покрытия на металлы, в том числе на белой , изготовление фольги, деталей , , художественных изделий и др. Оксид SnO2 применяется для изготовления жаростойких и . Соли олова(II) используются в . Кристаллический SnS2 («сусальное золото») входит в состав , имитирующих позолоту, – добавка во фторсодержащих зубных пастах.

Первая публикация: Большая российская энциклопедия, 2014.
  • Группа 14 (IVA, IVB)
  • Подгруппа углерода
  • p-элементы