Олово — металл IV группы¶
Олово — химический элемент 14-й группы (IV группы) периодической системы Д. И. Менделеева с атомным номером 50 и атомной массой 118,710. Относится к лёгким металлам, в чистом виде представляет собой серебристо-белый металл с заметным желтоватым оттенком. Обозначается символом Sn (от лат. stannum). Олово — один из древнейших металлов, известных человечеству, и по сей день остаётся важнейшим промышленным сырьём.
¶Свойства
¶Физические свойства
Олово — мягкий металл: его твёрдость по шкале Мооса составляет около 1,5. Плотность при 20 °C равна 7,29 г/см³, температура плавления — 231,93 °C, кипения — 2602 °C. Металл обладает низкой температурой плавления, что делает его удобным для пайки и литья. Хорошо поддаётся прокату в тонкую фольгу — так называемое оловянное сусальное золото.
¶Аллотропные модификации
Олово известно аллотропией. При комнатной температуре устойчиво так называемое «белое олово» (β-олово) с кубической гранецентрированной решёткой, обладающее металлическим блеском и пластичностью. Ниже 13,2 °C термодинамически устойчиво «серое олово» (α-олово) с алмазной решёткой — хрупкий неметаллический кристалл тусклого серого цвета. При быстром охлаждении белое олово может переходить в серое, сопровождаясь ростом объёма примерно на 27 % и разрушением металла. Этот процесс получил название «оловянной чумы». Явление было описано ещё в XVIII веке, а в 1948 году установлено, что оно катализируется примесями сурьмы и меди.
¶Химические свойства
Олово относится к разряду малоактивных металлов. На воздухе покрывается тонкой оксидной плёнкой, защищающей металл от дальнейшего окисления. В ряду активности металлов стоит между водородом и свинцом, поэтому не вытесняет водород из кислот. С кислотами реагирует лишь при наличии окислителей — так, с разбавленной азотной кислотой образуется гидроксид Sn(OH)₂, с концентрированной — метаоловянная кислота H₂SnO₃. С щелочами олово образует олово- и олово-соли — комплексные соединения, что роднит его с алюминием и цинком.
Олово проявляет две степени окисления: +2 и +4. Соединения олова(II) являются восстановителями, соединения олова(IV) — окислителями. С галогенами образует соли — хлориды SnCl₂ и SnCl₄, с серой — сульфиды SnS и SnS₂.
¶Нахождение в природе
Олово — редкий элемент в земной коре: его кларковая величина составляет около 0,001 %. В природе встречается преимущественно в виде сульфида олова (касситерита, SnO₂) — главной руды металла. Значительные месторождения касситерита сосредоточены в Юго-Восточной Азии (Малайзия, Индонезия, Таиланд), Бразилии, Боливии, а также в России — на Дальнем Востоке (Дальнегорское месторождение) и в Забайкалье.
¶Добыча и производство
Мировая добыча олова составляет около 300 тысяч тонн в год. Крупнейшими производителями являются Китай, Индонезия, Мьянма, Бразилия и Боливия. Основной способ получения — восстановление касситерита углём или водородом при высокой температуре. Дополнительно олово извлекают из вторичного сырья — жестяной упаковки и припоев.
¶Применение
Олово применяется в нескольких ключевых областях:
- Покрытие стали — оцинкование железа и стали оловом (жесть) для защиты от коррозии, особенно в пищевой промышленности.
- Пайка — припои на основе олова и свинца (традиционно 60 % Sn и 40 % Pb) широко используются в электротехнике и сантехнике.
- Бронза — сплав олова с медью (5—25 % Sn), один из первых сплавов, освоенных человеком.
- Латунь — сплав меди с цинком, иногда с небольшими добавками олова.
- Органическая химия — соединения олова (трибутилоловянные соединения) применяются как стабилизаторы ПВХ и катализаторы, хотя их использование ограничено из-за токсичности.
- Суперпроводники — интерметаллиды олова (Nb₃Sn) используются в сверхпроводящих магнитах.
¶Токсичность
Органические соединения олова (особенно трибутилоловянные) токсичны и накапливаются в организмах водных обитателей. Неорганическое олово относительно малотоксично, однако его соли при попадании в организм вызывают расстройства пищеварения. В промышленных странах ограничено использование оловянных соединений в антифулянтах и стабилизаторах.
¶Историческая справка
Олово известно с бронзового века — сплав меди и олова использовался для изготовления оружия и орудий труда. В Древнем Египте и Месопотамии олово добывали из касситерита, привозимого из далёких земель. В Средние века основным источником олова в Европе были касситеритовые рудники Корнуолла (Англия) и Саксонии. В России промышленная добыча олова началась в XIX веке на Алтае и в Забайкалье, а в XX веке — на Дальнем Востоке.
¶Источники
- Периодическая таблица химических элементов Д. И. Менделеева
- Ганшин В. И. «Олово» // Большая советская энциклопедия
- Кузьменко Н. Е. «Олово и его сплавы»
- CRC Handbook of Chemistry and Physics