Такой элемент, как олово активно используется в разных сферах человеческой деятельности. Свойства металла необходимо рассмотреть подробнее, чтобы понять, где он будет наиболее эффективным в работе. Для этого рекомендуется изучить химический состав, марки, характеристики. Такие факторы, как параметры и цена определяют распространенность и доступность металла в производстве.
Содержание:
- Основные сведения об элементе
- История открытия металла
- Физические и химические свойства олова
- Характеристика металла
- Преимущества и недостатки
Основные сведения об элементе
Если говорить про олово, то нужно упомянуть, что это устойчивый к коррозии и легкоплавкий металл. Он обозначается в периодической системе химических элементов символом Sn. Одним из его преимуществ, позволяющих применение в различных областях, является его нетоксичность. Благодаря своим химическим и физическим свойствам, металл является неотъемлемым компонентом для создания сплавов.
Основные сведения, которые нужно знать, когда речь идет про олово:
- Атомный номер химического элемента в периодической системе 50.
- Олово относится к группе легких металлов.
- Этот компонент ковкий, пластичный и имеет небольшой вес.
- Цвет серебристо-белый, поверхность блестящая.
- Показатель плотности составляет 7,31 г/см3.
Нужно обратить внимание на то, что температура плавления составляет 231,9 градуса. Что касается показателей температуры кипения, то он составляет 2620 градусов. Известно, что рассматриваемый металл может встречаться в 3 разновидностях. Его модификации зависят от температуры. Это можно рассматривать, как одну из основных особенностей элемента:
- Если показатель температуры будет составлять ниже 13,2 градуса, то принято говорить о сером олове. В этом случае его кристаллическая решетка будет близка к алмазной.
- Если температурный показатель составляет выше 13,2 градусов, то это уже белое олово. Кристаллическая решетка в этом случае тетрагональная.
- Когда температура составляет 161-232 градуса, то это γ олово.
Нужно учитывать, что при температуре окружающей среды ниже 13,2 градусов олово изменяет свое фазовое состояние и переходит в модификацию серого. При этом изменения сопровождаются появлением трещин, также металл может превратиться в порошок. Наиболее высокая скорость перехода наблюдается, когда температура опускается до значений -33 градуса. Подобное явление принято называть оловянной чумой.
Теперь нужно рассмотреть, сколько этого элемента находится в земной коре. Общее значение будет следующим - от 2·10-4 до 8·10-3% по массе. Различия связаны с тем, что залегание неравномерное. Если смотреть по рейтингу, то по количеству этот металл занимает 47 место. Найти олово можно в составе минерала касситерита. Его еще называют оловянным камнем. По содержанию на олово приходится около 79%. Лидерами по запасам рассматриваемого химического элемента являются такие страны, как:
- Китай.
- Индонезия.
- Малайзия.
- Таиланд.
Это неорганическое вещество на латинском языке называется станнум. Перевести это можно, как прочный и стойкий. Интересно, что аналогично называли ранее сплав свинца и серебра. Непосредственно слово олово имеет значение «белый», что указывает на визуальные особенности металла.
Металл относится к рассеянным элементам, что означает, что они не слишком распространены в земной коре. В природе он встречается в составе различных минералов. Самые важные для промышленной добычи: являются такие варианты, как касситерит и станнин — оловянный колчедан. Добывают олово из руд, которые в своем составе содержат не более 0,1% этого вещества.
История открытия металла
Первые сведения и упоминания об олове датируются IV тысячелетием до н.э. Наибольшее распространение в древнем мире пришлось на бронзовый век. Этот срок приблизительно равен XXXV-XI веками до н.э. Название закрепилось за рассматриваемым химическим элементом еще в IV веке. Благодаря наличию характерного серебристого цвета, металл имел особую ценность, благодаря чему сплавы стоили дорого. Олово использовалось для производства различных предметов, таких как:
- Посуда.
- Инструменты.
- Оружие.
- Доспехи.
- Украшения.
Бытовые предметы и детали интерьера также активно производились из этого металла.
Физические и химические свойства олова
Для того чтобы правильно использовать этот материал, нужно хорошо знать физические и химические свойства металла. Нужно отметить, что олово отличается тем, что относится к легким, мягким и пластичным металлам. Основные физические свойства следующие:
- Атомная масса – 118,7.
- Плотность – 7,31 г/см3.
- Температура плавления – 231,9 градусов.
- Температура кипения – 2620 градусов.
- Теплота плавления – 7,07 кДж/моль.
- Теплота испарения – 296 кДж/моль.
Молярный объем составляет 16,3 см3/моль. Теперь внимание нужно обратить на химические свойства металла. Ковалентный радиус этого металла равен значению 141 пм. Показатель электроотрицательности по Полингу составляет 1,96. Степень окисления может составлять +4,+2.
Нужно обратить внимание, что при комнатной температуре (около 20 градусов) олово химически инертно к кислороду и воде. На воздухе металл постепенно покрывается защитной оксидной пленкой. Она повышает стойкость к процессам разрушения и коррозии. Именно по этой причине этот элемент применяется в процессе создания покрытия для жестяной тары. Такие емкости затем применяются для хранения пищевых продуктов и консервов.
Еще один момент, требующий внимания, касается того, что соединения олова в большинстве относительно нестабильны в разбавленных водных растворах. В процессе они окисляются до соединений олова(IV). Затем их используют иногда как восстановители, например в соединении SnCl2.
Также нужно обратить внимание, что соляная и серная кислота в разбавленном состоянии действуют на олово медленно. Если же кислоты концентрированные, то при нагревании начинается образование оксидов и сульфатов. С азотной кислотой олово реагирует тем интенсивнее, чем выше концентрация кислоты и температура. Получается, что в разбавленной HNO3 образуется растворимый нитрат олова(II). Если же эта кислота концентрированная, нерастворимая b-оловянная кислота, которая обозначается, как H2SnO3. В результате всех преобразований олово активно применяется в промышленности в качестве качественных и долговечных гальванических покрытий.
Еще нужно указать на то, что оксиды олова амфотерны. Они активно проявляют и кислотные и основные свойства. Оксид олова можно встретить в природных условиях в качестве минерала или чистого металла. Диоксид олова применяется в процессе производства таких составов, как белые глазури и эмали, которые затем можно применять, например, в строительной сфере. Из оксида олова при взаимодействии со щелочами получаются станнаты – соли оловянной кислоты. Их применяют уже в качестве качественных электролитов для осаждения олова и его сплавов.
Характеристика металла
Теперь нужно перейти к подробному рассмотрению характеристики металла. Он может быть представлен в трех формах. Видоизменения зависят от температурного показателя. Нужно обратить внимание, что структурные модификации могут переходить из одного состояния в другое. Также нужно указать, как выглядит каждый из вариантов:
- α-олово визуально выглядит, как серый порошок, который относят к полупроводникам по своим свойствам.
- β-олово или обычное олово, которое образуется при комнатной температуре. Визуально – это серебристый ковкий металл.
- γ-олово — белый хрупкий элемент.
В химических реакциях рассматриваемый компонент проявляет полиморфизм - демонстрируют кислотные и основные свойства. В процессе рассмотрения характеристик металла нужно указать, что этот элемент достаточно инертный на воздухе и в воде. Причина в том, что он быстро покрывается прочной оксидной пленкой. Именно она и защищает металл от коррозии. Если говорить о скорости вступления металла в химические реакции, то станет понятно, что быстро и легко процессы протекают с неметаллами. Если же добавить к олову концентрированную серную кислоту, то скорость реакции будет медленной. Аналогичная ситуация наблюдается и с соляной кислотой.
Одновременно с этими же кислотами в разбавленном состоянии металл вообще не взаимодействует. С концентрированной и разбавленной азотной кислотой реагирует, но реакции протекают по-разному. В одном случае получается оловянная кислота, в другом варианте можно наблюдать возникновение нитрат олова. Если запустить реакцию олова со щелочами, то требуется обеспечить нагревание. Если реакция пошла с кислородом, то образуется сразу 2 оксида, степень окисления которых составляет, соответственно, 2 и 4. Металл является основой целого класса оловоорганических соединений.
Еще нужно подробнее рассмотреть особенности воздействия олова на человеческий организм. В минимальных количествах его можно получить непосредственно с продуктами питания. Особенностью является тот факт, что полностью влияние этого металла на организм не изучено. Важно учитывать, что испарения олова, так же как и его аэрозольные частицы опасны. Причина вреда заключается в том, что при длительном и регулярном вдыхании олово может вызвать заболевания легких, поскольку может образовываться тонкая пленка. Важно понимать, что ядовитыми, следовательно, опасными для человека, являются и различные органические соединения олова, поэтому работать с ним и его соединениями необходимо исключительно в специализированных средствах защиты. Основное внимание важно уделить органам дыхания и зрения.
Еще один момент касается того, что подобные соединение олова как, например, оловянистый водород может служить причиной тяжелых отравлений. Он проникает в организм при употреблении в пищу очень старых консервов. Причина в том, что в них образуются органические кислоты, вступившие затем в реакцию со слоем олова на стенках банки. Нужно понимать, что жесть, из которой делают консервные банки, представляют собой тонкий лист железа. Он для дополнительной защиты покрыт с двух сторон оловом. Отравление оловянистым водородом может быть очень тяжелым, а иногда и смертельным. К его симптомам относятся судороги и чувство потери равновесия.
После того как фиксируется понижение показателей температуры до минусовых отметок, белое олово переходит в модификацию серого олова. Особый момент состоит в том, что объем вещества увеличивается почти на четверть. Если рассматривать при сходных условиях оловянное изделие, то оно трескается и превращается в серый порошок. Именно таким способом можно увидеть проявление «оловянной чумы».
Интересный факт заключается в том, что некоторые историки полагают, что «оловянная чума» стала причиной того что армия Наполеона в России потерпела поражение. Считается, что рассмотренная химическая реакция превратила пуговицы на одежде французских солдат и пряжки для ремней в порошок. Так как не все могли иметь хорошие познания в области химии, то подобные изменения вызвали испуг и стали причиной деморализующего влияния на французские вооруженные силы того времени. Реальные исторические события, связанные с химическими преобразованиями олова также присутствуют. Известно, что экспедиция английского полярного исследователя Роберта Скотта к Южному полюсу закончилась трагически. Так произошло, в том числе потому, что все топливо вылилось из запаянных оловом баков. В результате технические средства передвижения оказались бесполезными, а дойти пешком до места назначения сил у них уже не оставалось.
Преимущества и недостатки
Для лучшего понимания важно разобраться с достоинствами и недостатками рассматриваемого металла. Плюсы можно выделить следующие: имеет хорошую коррозионную стойкость. Работает это свойство даже в среде органических кислот и солей. Металл не подвержен негативному влиянию серы, которая в некотором количестве содержится в пластике. Также к достоинствам следует отнести и тот момент, что сам по себе металл не содержит токсичных компонентов в составе. Это позволяет использовать олово в пищевой промышленности без опасений. Также важно понимать, что присутствует и ряд недостатков, которые важно учитывать, чтобы использовать металл с максимальной пользой. Рассматриваемый элемент имеет низкую температуру плавления. Под воздействием отрицательных температур олово проявляет себя, как компонент, склонный к разрушению, что указывается, как «оловянная чума.
После рассмотрения положительных и отрицательных сторон этого элемента, необходимо отметить, что он имеет несколько основных направлений применения. Благодаря отсутствию токсичных компонентов и одновременной стойкости к коррозии в среде органических солей и кислот, металл получил распространение в пищевой промышленности. Его наносят в виде покрытий на различные изделия. Особенно это важно для тех элементов, которые вступают в контакт с продуктами питания, например, с тушеным мясом или рыбой. Оловом также покрывают медные жилы проводов. В результате подобный способ защиты помогает продлить срок эксплуатации медных элементов, например, от серы, которая содержится в резиновой изоляции.
В производстве электронных приборов также используется олово. Оно применяется в тех местах, где очень часто для соединения элементов применяется пайка. Этот компонент используется в качестве надежного и долговечного припоя.
Еще один момент касается того, что олово является составляющей большого количества сплавов с медью, цинком, медью и цинком, медью и сурьмой. Среди наиболее известных можно выделить баббиты и бронзы.
90% выплавляемого олова используется в металлургии для производства различных сплавов. Они затем идут на изготовление важных компонентов в сложных механизмах, например, подшипников. На основе олова изготавливаются фольга для упаковки. Применяется металл и для белой пищевой жести, бронзы, припоев, проводов, а также литер типографских шрифтов.
Олово в виде фольги (называется этот элемент станиоль) востребовано в производстве конденсаторов, а также посуды, изделий искусства, органных труб, предметов быта. Используется олово для легирования конструкционных титановых сплавов. Этот же компонент необходим и для нанесения антикоррозионных покрытий на изделия, которые изготовлены из железа и других металлов (здесь имеется в виду лужение).