Олово это металл или неметалл: температура плавления, цена за кг, формула, физические и химические свойства

Олово. Свойства, применение, химический состав, марки

Нихром Продукция Описание Цены Стандарты Статьи Фото Фехраль Продукция Описание Цены Стандарты Статьи Фото Нихром в изоляции Продукция Цены Стандарты Статьи Фото Титан Продукция Описание Цены Стандарты Статьи Фото Вольфрам Продукция Описание Цены Стандарты Статьи Фото Молибден Продукция Описание Цены Стандарты Статьи Фото Кобальт Продукция Описание Цены Стандарты Статьи Фото Термопарная проволока Продукция Описание Цены Стандарты Статьи Фото Провода термопарные Продукция Цены Стандарты Статьи Фото Никель Продукция Описание Цены Стандарты Статьи Фото Монель Продукция Описание Цены Стандарты Статьи Фото Константан Продукция Описание Цены Стандарты Статьи Фото Мельхиор Продукция Описание Цены Стандарты Статьи Фото Твердые сплавы Продукция Описание Цены Стандарты Статьи Фото Порошки металлов Продукция Цены Стандарты Статьи Фото Нержавеющая сталь Продукция Описание Цены Стандарты Статьи Фото Жаропрочные сплавы Продукция Описание Цены Стандарты Статьи Фото Ферросплавы Продукция Описание Цены Стандарты Статьи Фото Олово Продукция Описание Цены Стандарты Статьи Фото Тантал Продукция Описание Цены Стандарты Статьи Фото Ниобий Продукция Описание Цены Стандарты Статьи Фото Ванадий Продукция Описание Цены Стандарты Статьи Фото Хром Продукция Описание Цены Стандарты Статьи Фото Рений Продукция Описание Цены Стандарты Статьи Фото Прецизионные сплавы Продукция Описание Магнитомягкие Магнитотвердые С заданным ТКЛР С заданной упругостью С высоким эл. сопротивлением Сверхпроводники Термобиметаллы Олово (Sn) является коррозионностойким нетоксичным легкоплавким металлом, что определяет его применение в пищевой и электронной промышленности. Помимо этого Sn является составным компонентов многих сплавов. На странице представлено описание данного материала: физические и химические свойства, области применения, марки, виды продукции. Основные сведения Олово (Sn, Stannum) — химический элемент с атомным номером 50 в периодической системе. Относится к группе легких металлов; ковкий и пластичный материал. Имеет серебристо-белый цвет с блестящей поверхностью. Плотность составляет 7,31 г/см3, температура плавления tпл. = 231,9 °С, температура кипения tкип. = 2620 °С. Металл может существовать в трех модификациях в зависимости от температуры: α-Sn (серое олово) — температура ниже 13,2 °С; кубическая кристаллическая решетка типа алмаза; β-Sn (белое олово) — температура выше 13,2 °С; тетрагональная кристаллическая решетка; γ-Sn — температура 161-232 °С. Стоит отметить, что при температуре окружающей среды ниже 13,2 °С олово изменяет свое фазовое состояние и переходит в α-модификацию. При этом оно трескается и превращается в порошок. Наиболее высокая скорость перехода наблюдается при температуре -33 °С. Данное явление получило название “оловянная чума”. В земной коре содержание Sn по разным данным составляет от 2·10-4 до 8·10-3% по массе. Данный металл занимает 47-е место по распространенности в земной коре. Основным минералом, содержащим олово, является касситерит (оловянный камень), в состав которого входит до 78,8% Sn. Лидерами по запасам рассматриваемого химического элемента являются Китай, Индонезия, Малайзия и Таиланд. История открытия Описываемый металл, издревле известный человечеству. Считается, что его использование началось еще в IV тысячелетии до н.э. Наибольшее распространение в древнем мире пришлось на бронзовый век (приблизительно XXXV-XI вв. до н.э.), так как Sn является одним из основных компонентов оловянистой бронзы. Название “олово” закрепилось за рассматриваемым химическим элементом в IV в. Свойства олова Физические и механические свойства Свойство Значение Атомный номер 50 Атомная масса, а.е.м 118,7 Радиус атома, пм 162 Плотность, г/см³ 7,31 Теплопроводность, Вт/(м·K) 66,8 Температура плавления, °С 231,9 Температура кипения, °С 2620 Теплота плавления, кДж/моль 7,07 Теплота испарения, кДж/моль 296 Молярный объем, см³/моль 16,3 Группа металлов Легкий металл Химические свойства Свойство Значение Ковалентный радиус, пм 141 Радиус иона, пм (+4e) 71 (+2) 93 Электроотрицательность (по Полингу) 1,96 Электродный потенциал -0,136 Степени окисления +4, +2 Энергия ионизации, кДж/моль (эВ) 708,2 (7,34) Марки олова В промышленных масштабах металл выпускается нескольких марок: ОВЧ-000 — олово высокой чистоты, содержание Sn составляет 99,999%; выпускается в виде чушек и прутков. О1пч, О1 — содержание Sn составляет 99,915% и 99,900% соответственно; выпускается в виде чушек, прутков, проволоки. О2 — 99,565% Sn; полуфабрикаты: чушка, проволока, пруток. О3 — в составе 98,49% Sn, самая весомая примесь Pb — 1,0%; поставляется в виде чушек. О4 — олово с самым высоким содержанием примесей, общее количество которых составляет 3,51%, массовая доля Sn — 96,43%; выпускается в виде чушек. Достоинства / недостатки Достоинства: имеет хорошую коррозионную стойкость в среде органических кислот и солей; не подвержен негативному влиянию серы, содержащейся в пластике; нетоксичен, что позволяет использование в пищевой промышленности. Недостатки: имеет низкую температуру плавления; склонность к “оловянной чуме”. Области применения олова Sn имеет несколько основных направлений применения. Благодаря своей нетоксичности и стойкости к коррозии в среде органических солей и кислот данный металл получил распространение в пищевой промышленности. Его наносят в виде покрытий на различные изделия, имеющие контакт с продуктами питания. Оловом также покрывают медные жилы проводов. Оно защищает Cu от негативного воздействия S, содержащейся в резиновой изоляции. В производстве электронных приборов, где очень часто для соединения элементов применяется пайка, олово используется в качестве припоя. Sn является составляющей большого количества сплавов с медью, цинком, медью и цинком, медью и сурьмой. Среди наиболее известных можно выделить баббиты, бронзы. Продукция из олова Современная промышленность выпускает разнообразную продукцию из олова. Наиболее распространены чушки, проволока, прутки и аноды. Достаточное широкое применение в промышленности получили оловянные аноды, которые используются при лужении поверхностей различных изделий. Оловянная проволока и прутки часто используются в качестве припоев в электронике при пайке. Оловянные чушки выступают исходным материалом для производства остальных полуфабрикатов, а также используются при выплавке сплавов, содержащих олово.

Элементы: Кричащий металл – олово

Олово известно человеку с самых древних времён. О нём есть упоминание в Библии. Так как олово и медь были открыты много раньше железа, их сплав – бронза, возможно, самый первый «искусственный» материал, сделанный человеком. Относительно чистое олово было получено в 12 веке.

Олово (Sn) в Таблице Менделеева

До этого оно всегда содержало какое-то количество свинца. Слово олово – славянского происхождения. Международное название этого элемента – stannum – из латинского языка и обозначается символом Sn. В Таблице Менделеева олово стоит под номером 50, c атомной массой 118, 710 а. е. м. При нормальных условиях это пластичный и легкоплавкий металл серебристо-белого цвета.

При нормальных условиях олово — мягкий, пластичный металл серебристо-белого цвета.

Несмотря на то, что олово известно с незапамятных времён, его аллотропные разновидности были открыты относительно недавно. Аллотропией (от др.-греч. ἄλλος «другой» + τρόπος «свойство»)  в химии и геохимии называют способность одного химического элемента при определённых условиях являться в двух и более видоизменных формах, иногда настолько отличающихся друг от друга по свойствам, что их принимают за  разные вещества. Олово тому ярчайший пример, а незнание свойств его аллотропных разновидностей  приводило иногда к трагическим последствиям. В обычных условиях олово существует в виде т.н. β-модификации (белое олово или β-Sn), устойчивой выше +13,2 °C. Плотность β-Sn равна 7,2 г/см³. При сгибании прутков этой разновидности слышен характерный хруст, который называют «оловянный крик», издаваемый от взаимного трения кристаллов. При охлаждении белое олово переходит в α-модификацию (серое олово или α-Sn). Серое олово образует кристаллы со структурой похожей на алмаз.  Но, при этом,  переход β-Sn в α-Sn сопровождается увеличением удельного объёма на 25 %, и, как следствие, уменьшением плотности α-Sn до 5,7 г/см³, что приводит к рассыпанию олова в порошок. При температуре −33 °C скорость превращений максимальна. Более того, соприкосновение серого и белого олова приводит к «заражению» последнего и его рассыпанию. В 1911 году совокупность этих явлений немецкий химик и минералог Эрнст Коген назвал «оловянной чумой». В 1912 году из-за «оловянной чумы» погибла экспедиция Роберта Скотта к Южному полюсу, которая осталась без горючего из-за того, что швы топливных баков были запаяны белым оловом, но в условиях низких температур оно перешло в серую разновидность и рассыпалось.

Олово — редкий рассеянный элемент, по распространённости в земной коре  занимает 47-е место со средним содержанием 8 г/т.  Главный промышленный минерал олова — касситерит SnO₂.

Кристаллы касситерита SnO₂, разм. 5х4,5х4 см. Провинция Юньнань, Китай.

Второстепенное значение имеют: станнин Cu₂FeSnS₄,  тиллит PbSnS₂ и другие минералы. Основные мировые месторождения олова находятся в Китае, Индонезии, Бразилии, России, Боливии.   В России запасы оловянных руд расположены на Дальнем Востоке.

Главные промышленные применения олова — изготовления тары для пищевых продуктов, припои для электроники, подшипниковые сплавы.

Металлы и неметаллы

Все металлы, кроме ртути, в обычных условиях твердые вещества, характеризующиеся «металлическим» блеском, хорошей тепло- и электропроводимостью, пластичностью. Типичными металлами являются щелочные (литий, натрий, калий, рубидий, цезий) и щелочноземельные (кальций, стронций, барий, магний) металлы.

 

Неметаллы в обычных условиях находятся в твердом (фосфор, сера, селен, углерод и др.), жидком (бром) и газообразном (кислород, водород, азот и др.) состояниях. Твердые неметаллы отличаются хрупкостью и, как правило, обладают плохой тепло- и электропроводимостью.

 

Типичными неметаллами являются галогены (фтор, хлор, бром, иод), сера, селен, теллур, азот, фосфор, углерод.

 

Резкой границы между металлами и неметаллами не существует. Некоторые элементы одновременно совмещают свойства металлов и неметаллов, причем и те и другие свойства у них выражены недостаточно резко. Например, цинк, бериллий, алюминий, хром, олово, свинец в кислой среде проявляют свойства металлов, а в щелочной — неметаллов.

Все наиболее распространенные металлы и неметаллы как твердые, так и жидкие и газообразные, входят в ассортимент химических реактивов. Большинство металлов поступает в продажу в виде порошка, небольших слитков или кусков. Для облегчения работы с ними некоторые металлы переплавляют и выпускают в виде палочек (висмут, кадмий, олово, свинец), гранул (кадмий,, свинец, цинк), губки (олово), пыли (цинк, алюминий), листа или ленты (золото, медь), проволоки (алюминий, железо), стружки (железо) и т. п.

Некоторые металлы и неметаллы чрезвычайно легко окисляются на воздухе и поэтому их хранят в определенных условиях. Так, натрий и калий хранят под слоем керосина или другого углеводорода, а белый фосфор — под слоем воды.

Применение. Чистые металлы и неметаллы используют в неорганическом и органическом синтезе для получения химических реактивов и препаратов. Окислением некоторых металлов получают непосредственно окислы этих металлов реактивной чистоты, а растворением их в кислотах — соответствующие соли.

В органическом синтезе металлы находят применение в качестве катализаторов (алюминий, медь, никель, палладий, платина, серебро и др.), при получении металлоорганических соединений и т. д.

Белый фосфор, сера и другие неметаллы служат исходным сырьем для получения чистых кислот и других химических соединений. Бром, хлор, иод используются в органическом синтезе для получения галогенорганических производных, а также для получения некоторых галогенсодержащих кислот и их солей.

Металлы и неметаллы играют известную роль и в аналитической химии. Большая группа металлов — алюминий, железо, цинк, магний, олово, никель — применяются в качестве восстановителей. Натрий используют для определения хлора в органических веществах, при восстановлении и гидрировании многих органических соединений, для глубокой осушки органических жидкостей, для приготовления амальгам и т. д. Бром служит окислителем при аналитических определениях марганца, никеля, хрома, висмута, железа, цианидов, роданидов, мочевины, муравьиной кислоты.

Чистые элементы, такие, как сера, свинец, алюминий, кобальт, медь, никель, олово, палладий, сурьма, цинк, характеризующиеся четкой температурой плавления, используются в термометрии для калибровки термометров и пирометров.

Цинк и его сплавы — производство, свойства, виды и применение

Цинк — хрупкий голубовато-белый металл. В природе без примесей не встречается. В 1738 году Уильям Чемпион добыл чистые пары цинка с помощью конденсации. В периодической системе Менделеева находится под номером 30 и обозначается символом Zn.

Свойства цинка

Химические свойства цинка

Цинк — активный металл. При комнатной температуре тускнеет и покрывается слоем оксида цинка.

• Вступает в реакцию со многими неметаллами: фосфором, серой, кислородом.
• При повышении температуры взаимодействует с водой и сероводородом, выделяя водород.
• При сплавлении с щелочами образует цинкаты — соли цинковой кислоты.
• Реагирует с серной кислотой, образуя различные вещества в зависимости от концентрации кислоты.
• При сильном нагревании вступает в реакции со многими газами: газообразным хлором, фтором, йодом.
• Не реагирует с азотом, углеродом и водородом.

Физические свойства цинка

Цинк — твердый металл, но становится пластичным при 100–150 °C. При температуре выше 210 °С может деформироваться. Температура плавления — очень низкая для металлов. Несмотря на это, цинк имеет хорошую электропроводность.

• Плотность — 7,133 г/см³.
• Теплопроводность — 116 Вт/(м·К).
• Температура плавления цинка — 419,6 °C.
• Температура кипения — 906,2 °C.
• Удельная теплота испарения — 114,8 кДж/моль.
• Удельная теплота плавления — 7,28 кДж/моль.
• Удельная магнитная восприимчивость — 0,175·10-6.
• Предел прочности при растяжении — 200–250 Мн/м².

Подробный химический состав цинка различных марок указан в таблице ниже.

Обозначение марок	Цинк, не менее	Примесь, не более
		свинец	кадмий	железо	медь	олово	мышьяк	алюминий	всего
ЦВ00	99,997	0,00001	0,002	0,00001	0,00001	0,00001	0,0005	0,00001	0,003
ЦВ0	99,995	0,003	0,002	0,002	0,001	0,001	0,0005	0,005	0,005
ЦВ	99,99	0,005*	0,002	0,003	0,001	0,001	0,0005	0,005	0,01
Ц0А	99,98	0,01	0,003	0,003	0,001	0,001	0,0005	0,005	0,02
Ц0	99,975	0,013	0,004	0,005	0,001	0,001	0,0005	0,005	0,025
Ц1	99,95	0,02	0,01	0,01	0,002	0,001	0,0005	0,005	0,05
Ц2	98,7	1,0	0,2	0,05	0,005	0,002	0,01	0,010**	1,3
Ц3	97,5	2,0	0,2	0,1	0,05	0,005	0,01	—	2,5
* В цинке, применяемом для производства сплава марки ЦАМ4-1о, массовая доля свинца должна быть не более 0,004%. ** В цинке, применяемом для проката, массовая доля алюминия должна быть не более 0,005%.

Содержание примесей в цинке зависит от способа производства и качества сырья.

В России основной процент цинка получают гидрометаллургическим способом — металл восстанавливают из солей в растворах. Такой способ позволяет получить наиболее чистый металл. Но часть цинка обрабатывают при высоких температурах. Такой метод называют пирометаллургическим.

Свинец — особая примесь в цинке, так как основная его часть оседает из-за нерастворимых анодов, содержащихся в металле. Катодный цинк, помимо всех указанных примесей, состоит из хлора и фтора.

Как примеси изменяют свойства цинка

Производители ограничивают содержание кадмия, олова и свинца в литейных сплавах цинка, чтобы подавить межкристаллитную коррозию.

Олово — вредная примесь. Металл не растворяется и выделяется из расплава — способствует ломкости цинковых отливок. Кадмий напротив — растворяется в цинке и снижает его пластичность в горячем состоянии. Свинец увеличивает растворимость металла в кислотной среде.

Железо повышает твердость цинка, но снижает его прочность. Вместе с тем оно усложняет процесс заполнения форм при литье.

Медь увеличивает твердость цинка, но уменьшает его пластичность и стойкость при коррозии. Содержание меди также мешает рекристаллизации цинка.

Наиболее вредная примесь — мышьяк. Даже при небольшом ее количестве металл становится хрупким и менее пластичным.

Чтобы избежать растрескивания кромок при горячей прокатке цинка, содержание сурьмы не должна быть выше 0,01%. В горячем состоянии она увеличивает твердость цинка, лишая его хорошей пластичности.

Сплавы цинка

Сплавы на цинковой основе с добавлением меди, магния и алюминия имеют низкую температуру плавления и обладают хорошей текучестью. Они легко поддаются обработке, свариванию и паянию.

Латунь

Различают латуни двухкомпонентные и многокомпонентные.

Двухкомпонентная латунь — сплав цинка с высоким содержанием меди. Существует желтая латунь с медью в количестве 67%, золотистая медь или томпак — 75%, и зеленая — 60%. Такие сплавы могут деформироваться при температуре 300 °C.

Многокомпонентные латуни, помимо 2-х основных металлов, состоят из других добавок: никеля, железа, свинца или марганца. Каждый из элементов влияет на свойства сплава.

ЦАМ

ЦАМ — семейство цинковых сплавов. В их состав входят магний, алюминий и медь. Такие сплавы цинка используются в литейном производстве. В них содержится алюминий в количестве 4%.

Основная область применения сплавов ЦАМ — литье цинка под давлением. Сплавы этого семейства обладают низкой температурой плавления и хорошими литейными свойствами. Их высокопрочность позволяет производить прочные и сложные детали.

Вирениум

Сплав состоит из цинка (24,5%), меди (70%), никеля (5,5%).

Производств цинка

Добыча металла

Цинк как самородный металл в природе не встречается. Добывается из полиметаллических руд, содержащих 1–4% металла в виде сульфида, а также меди, свинца, золота, серебра, висмута и кадмия. Руды обогащаются селективной флотацией и получаются цинковые концентраты (50–60% Zn).

Концентраты цинка обжигают в печах. Сульфид цинка переводится в оксид ZnO. При этом выделяется сернистый газ SO2, который используется в производстве серной кислоты.

Получение металла

Существуют два способа получения чистого цинка из оксида ZnO.

Самый древний метод — дистилляционный. Обожженный концентрированный состав подвергают термообработке, чтобы придать ему зернистость и газопроницаемость.

Затем концентрат восстанавливают коксом или углем при температуре 1200–1300 °C. В процессе образуются пары металла, которые конденсируют и разливают в изложницы. Жидкий металл отстаивают от железа и свинца при температуре 500 °C. Так достигается цинк чистотой 98,7%.

Иногда используется сложная и дорогая обработка цинка ректификацией — разделением смесей за счет обмена теплом между паром и жидкостью. Такая чистка позволяет получить металл чистотой 99,995% и извлечь кадмий.

Второй метод производства цинка — электролитический. Обожженный концентрат обрабатывается серной кислотой. Готовый сульфатный раствор очищается от примесей, после чего подвергается электролизу в свинцовых ваннах. Цинк дает осадок на алюминиевых катодах. Полученный металл удаляют с ванн и плавят в индукционных печах. После этого получается электролитный цинк чистотой 99,95%.

Литье металла

Горячий цинк — жидкий и текучий металл. Благодаря таким свойствам он легко заполняется в литейные формы.

Примеси влияют на величину натяжения поверхности цинка. Технологические свойства металла можно улучшить, добавив небольшое количество лития, магния, олова, кальция, свинца или висмута.

Чем выше температура перегрева цинка, тем лучше он заполняет формы. При литье металла в чугунные изложницы его объем уменьшается на 1,6%. Это затрудняет получение крупных и длинных цинковых отливок.

Применение цинка

Для защиты металлов от коррозии

Чистый цинк используется для защиты металлов от коррозии. Основу покрывают тонкой пленкой. Этот процесс называется металлизацией.

В автомобильной отрасли

Сплавы на цинковой основе используют для оформления декора автомобильного салона, в производстве ручек дверей, замков, зеркал и корпусов стеклоочистителей.

В автомобильные покрышки добавляют окись цинка, которая повышает качество резины.

В батарейках, аккумуляторах и других химических источниках тока цинк используется как материал для отрицательного электрода. В производстве электромобилей применяются цинк-воздушные аккумуляторы, которые обладают высокой удельной энергоемкостью.

В производстве ювелирных украшений

Ювелиры добавляют цинк в сплавы на основе золота. В итоге они легко поддаются ковке и становятся пластичными — прочно соединяют мелкие детали изделия между собой.

Металл также осветляет ювелирные изделия, поэтому его часто используют в изготовлении белого золота.

В медицине

Окись цинка применяется в медицине как антисептическое средство. Окись добавляют в мази и другие составы для заживления ран.

Благодаря своим свойствам, цинк широко применяется в различных областях промышленности. Металл пользуется спросом из-за относительно низкой цены и хороших физических свойств.

Применение металлов и их сплавов — урок. Химия, 8–9 класс.

О том, что свойства металлов меняются при их сплавлении, стало известно ещё в древности. \(5\) тысяч лет тому назад наши предки научились делать бронзу — сплав олова с медью. Бронза по твёрдости превосходит оба металла, входящие в её состав.

 

Свойства чистых металлов, как правило, не соответствуют необходимым требованиям, поэтому практически во всех сферах человеческой деятельности используют не чистые металлы, а их сплавы.

Сплав — это материал, который образуется в результате затвердения расплава двух или нескольких отдельных веществ.

В состав сплавов кроме металлов могут входить также неметаллы, например, такие как углерод или кремний.

 

Добавляя в определённом количестве примеси других металлов и неметаллов, можно получить многие тысячи материалов с самыми разнообразными свойствами, в том числе и такими, каких нет ни у одного из составляющих сплав элементов.

 

Сплав по сравнению с исходным металлом может быть:

• механически прочнее и твёрже,
• со значительно более высокой или низкой температурой плавления,
• устойчивее к коррозии,
• устойчивее к высоким температурам,
• практически не менять своих размеров при нагревании или охлаждении и т. д.

Например, чистое железо — сравнительно мягкий металл. При добавлении в железо углерода твёрдость его существенно возрастает. По количеству углерода, а следовательно, и по твёрдости, различают сталь (содержание углерода менее \(2\) % по массе), чугун (\(С\) — более \(2\) %). Но не только углерод изменяет свойства стали. Добавленный в сталь хром делает её нержавеющей, вольфрам делает сталь намного более твёрдой, добавка марганца делает сплав износостойким, а ванадия — прочным.

Применение сплавов в качестве конструкционных материалов

Сплавы, используемые для изготовления различных конструкций, должны быть прочными и легко обрабатываемыми.

 

В строительстве и в машиностроении наиболее широко используются сплавы железа и алюминия.

 

Такие сплавы железа, как стали, отличаются высокой прочностью и твёрдостью. Их можно ковать, прессовать, сваривать.

Чугуны используют для изготовления массивных и очень прочных деталей. Например, раньше из чугуна отливали радиаторы центрального отопления, канализационные трубы, до сих пор изготавливают котлы, перила и опоры мостов. Изделия из чугуна изготавливаются с применением литья.

  

Сплавы алюминия, используемые в конструкциях, наряду с прочностью должны отличаться лёгкостью. Дюралюминий, силумин — сплавы алюминия, они незаменимы в самолёто-, вагоно- и кораблестроении.

 

В некоторых узлах самолётов используются сплавы магния, очень лёгкие и жароустойчивые.

 

В ракетостроении применяют лёгкие и термостойкие сплавы на основе титана.

 

Для улучшения ударопрочности, коррозионной стойкости, износоустойчивости сплавы легируют — вводят специальные добавки. Добавка марганца делает сталь ударопрочной. Чтобы получить нержавеющую сталь, в состав сплава вводят хром.

 

Рис. \(1\). Конструкция из стальных балок	Рис. \(2\). Радиатор центрального отопления	Рис. \(3\). Детали, отлитые из чугуна

Инструментальные сплавы

Инструментальные сплавы предназначены для изготовления режущих инструментов, штампов и деталей точных механизмов. Такие сплавы должны быть износостойкими и прочными, причём при разогревании их прочность не должна существенно уменьшаться. Таким требованиям отвечают, например, нержавеющие стали, которые прошли специальную обработку (закалку).

Добавление к сплавам веществ, улучшающих их свойства, называют легированием.

Для придания необходимых свойств инструментальные стали, как правило, легируют вольфрамом, ванадием или хромом.

Применение сплавов в электротехнической промышленности, электронике и приборостроении

Сплавы служат незаменимым материалом при изготовлении особо чувствительных и высокоточных приборов, различного рода датчиков и преобразователей энергии.

 

Например, на изготовление сердечников трансформаторов и деталей реле идёт сплав никеля. Отдельные детали электромоторов изготавливаются из сплавов кобальта.

 

Сплав никеля с хромом — нихром, отличающийся высоким сопротивлением — используется для изготовления нагревательных элементов печей и бытовых электроприборов.

Из сплавов меди в электротехнической промышленности и в приборостроении наиболее широкое применение находят латуни и бронзы.

 

Латуни незаменимы при изготовлении приборов, деталью которых являются запорные краны. Такие приборы используются в сетях подачи газа и воды.

 

Бронзы идут на изготовление пружин и пружинящих контактов.

 

Рис. \(4\). Нагревательные элементы бытовых электроприборов	Рис. \(5\). Краны для водопроводов	Рис. \(6\). Металлическая пружина

 

Применение легкоплавких сплавов

Главным востребованным свойством легкоплавких сплавов является заданная низкая температура плавления. Это свойство, в частности, используется для пайки микросхем. Кроме того, эти сплавы должны иметь определённую плотность, прочность на разрыв, химическую инертность, теплопроводность.

 

Легкоплавкие сплавы производят из висмута, свинца, кадмия, олова и других металлов. Такие сплавы используют в термодатчиках, термометрах, пожарной сигнализации, например, сплав Вуда. А также в литейном деле для производства выплавляемых моделей, для фиксации костей и протезирования в медицине.

 

Сплав натрия с калием (температура плавления \(–\)\(12,5\) °С) используется как теплоноситель для охлаждения ядерных реакторов.

 

Рис. \(7\). Припой (сплав для паяния) имеет невысокую температуру плавления	Рис. \(8\). Легкоплавкие сплавы незаменимы в датчиках пожарной сигнализации

 

Применение сплавов в ювелирном деле

Применение в чистом виде драгоценных металлов в ювелирном деле не всегда оправдано и целесообразно из-за их дороговизны, физических и химических особенностей.

 

Для придания ювелирным изделиям из золота большей твёрдости и износостойкости используются сплавы с другими металлами.

 

Самая лучшая добавка — это серебро (понижает температуру плавления) и медь (повышает твёрдость). Чистое золото используют очень редко, так как оно слишком мягкое, легко деформируется и царапается.

 

Из сплавов золота с \(10–30\) % других благородных металлов (платины или палладия) изготавливают форсунки лабораторных приборов, а из сплава с \(25–30\) % серебра — ювелирные изделия и электрические контакты.

 

Рис. \(9\). Ювелирные изделия из сплавов золота

 

Сплавы в искусстве

Оловянная бронза (сплав меди с оловом) — один из первых освоенных человеком сплавов металлов. Она обладает большей, по сравнению с чистой медью, твёрдостью, прочностью и более легкоплавка. Бронзы успешно применяют для получения сложных по конфигурации отливок, включая художественное литьё. Классической маркой бронзы является колокольная бронза.

Одно из новых направлений в искусстве — производство художественных литых изделий из чугуна. Литые изделия из чугуна существенно превосходят по качеству кованые изделия.

 

Чугун — металл гораздо более хрупкий и не такой ковкий, как сталь. Но даже из такого, казалось бы, грубого материала можно получать настоящие произведения литейного искусства способом литья, например, такие как литые лестницы или решётки на окна. Такие изделия подвержены лишь поверхностной коррозии и не требуют тщательного ухода.

 

Рис. \(10\). Бронзовая скульптура	Рис. \(11\). Колокола из специального сорта бронзы	Рис. \(12\). Чугунная лестница —  практично и красиво

Источники:

Рис. 1. Конструкция из стальных балок https://cdn.pixabay.com/photo/2019/09/07/16/14/steel-scaffolding-4459235_960_720.jpg

Рис. 2. Радиатор центрального отопления https://cdn.pixabay.com/photo/2017/10/12/19/00/radiator-2845463_960_720.jpg

Рис. 3. Детали, отлитые из чугуна https://cdn.pixabay.com/photo/2017/10/15/18/47/fence-2854829_960_720.jpg

Рис. 4. Нагревательные элементы бытовых электроприборов https://upload.wikimedia.org/wikipedia/ru/7/7d/%D0%9A%D0%B8%D0%BF%D1%8F%D1%82%D0%B8%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%B8%D0%BA.JPG Общественное достояние

Рис. 5. Запорные краны для водопроводов  https://cdn.pixabay.com/photo/2020/02/01/21/11/water-crane-4811466_960_720.jpg

Рис. 6. Металлическая пружина https://cdn.pixabay.com/photo/2020/03/08/16/03/spring-4912865_960_720.jpg

Рис. 7. Припой (сплав для паяния)  https://cdn.pixabay.com/photo/2018/04/01/06/13/soldering-3280085_960_720.jpg

Рис. 8. Легкоплавкие сплавы https://cdn.pixabay.com/photo/2014/11/10/08/09/fire-detector-525147_960_720.jpg

Рис. 9. Ювелирные изделия из сплавов золота  https://cdn.pixabay.com/photo/2013/07/25/11/52/watch-166849_960_720.jpg

Рис. 10. Бронзовая скульптура https://cdn.pixabay.com/photo/2016/01/26/19/35/bronze-statue-1163163_960_720.jpg

Рис. 11. Колокола https://cdn.pixabay.com/photo/2017/06/17/19/30/bells-2413297_960_720.png

Рис. 12. Чугунная лестница https://cdn.pixabay.com/photo/2021/01/11/10/51/passage-5907911_960_720.jpg

Температура кипения и плавления металлов, температура плавления стали

Температура кипения и плавления металлов

В таблице представлена температура плавления металлов t_пл, их температура кипения t_к при атмосферном давлении, плотность металлов ρ при 25°С и теплопроводность λ при 27°С.

Температура плавления металлов, а также их плотность и теплопроводность приведены в таблице для следующих металлов: актиний Ac, серебро Ag, алюминий Al, золото Au, барий Ba, берилий Be, висмут Bi, кальций Ca, кадмий Cd, кобальт Co, хром Cr, цезий Cs, медь Cu, железо Fe, галлий Ga, гафний Hf, ртуть Hg, индий In, иридий Ir, калий K, литий Li, магний Mg, марганец Mn, молибден Mo, натрий Na, ниобий Nb, никель Ni, нептуний Np, осмий Os, протактиний Pa, свинец Pb, палладий Pd, полоний Po, платина Pt, плутоний Pu, радий Ra, рубидий Pb, рений Re, родий Rh, рутений Ru, сурьма Sb, олово Sn, стронций Sr, тантал Ta, технеций Tc, торий Th, титан Ti, таллий Tl, уран U, ванадий V, вольфрам W, цинк Zn, цирконий Zr.

По данным таблицы видно, что температура плавления металлов изменяется в широком диапазоне (от -38,83°С у ртути до 3422°С у вольфрама). Низкой положительной температурой плавления обладают такие металлы, как литий (18,05°С), цезий (28,44°С), рубидий (39,3°С) и другие щелочные металлы.

Наиболее тугоплавкими являются следующие металлы: гафний, иридий, молибден, ниобий, осмий, рений, рутений, тантал, технеций, вольфрам. Температура плавления этих металлов выше 2000°С.

Приведем примеры температуры плавления металлов, широко применяемых в промышленности и в быту:

• температура плавления алюминия 660,32 °С;
• температура плавления меди 1084,62 °С;
• температура плавления свинца 327,46 °С;
• температура плавления золота 1064,18 °С;
• температура плавления олова 231,93 °С;
• температура плавления серебра 961,78 °С;
• температура плавления ртути -38,83°С.

Максимальной температурой кипения из металлов, представленных в таблице, обладает рений Re — она составляет 5596°С. Также высокими температурами кипения обладают металлы, относящиеся к группе с высокой температурой плавления.

Плотность металлов в таблице находится в диапазоне от 0,534 до 22,59 г/см³, то есть самым легким металлом является литий, а самым тяжелым металлом осмий. Следует отметить, что осмий имеет плотность большую, чем плотность урана и даже плутония при комнатной температуре.

Теплопроводность металлов в таблице изменяется от 6,3 до 427 Вт/(м·град), таким образом хуже всего проводит тепло такой металл, как нептуний, а лучшим теплопроводящим металлом является серебро.

Температура плавления стали

Представлена таблица значений температуры плавления стали распространенных марок. Рассмотрены стали для отливок, конструкционные, жаропрочные, углеродистые и другие классы сталей.

Температура плавления стали находится в диапазоне от 1350 до 1535°С. Стали в таблице расположены в порядке возрастания их температуры плавления.

Температура плавления стали — таблица

Сталь	tпл, °С	Сталь	tпл, °С
Стали для отливок Х28Л и Х34Л	1350	Коррозионно-стойкая жаропрочная 12Х18Н9Т	1425
Сталь конструкционная 12Х18Н10Т	1400	Жаропрочная высоколегированная 20Х23Н13	1440
Жаропрочная высоколегированная 20Х20Н14С2	1400	Жаропрочная высоколегированная 40Х10С2М	1480
Жаропрочная высоколегированная 20Х25Н20С2	1400	Сталь коррозионно-стойкая Х25С3Н (ЭИ261)	1480
Сталь конструкционная 12Х18Н10	1410	Жаропрочная высоколегированная 40Х9С2 (ЭСХ8)	1480
Коррозионно-стойкая жаропрочная 12Х18Н9	1410	Коррозионно-стойкие обыкновенные 95Х18…15Х28	1500
Сталь жаропрочная Х20Н35	1410	Коррозионно-стойкая жаропрочная 15Х25Т (ЭИ439)	1500
Жаропрочная высоколегированная 20Х23Н18 (ЭИ417)	1415	Углеродистые стали	1535

Источники:

1. Волков А. И., Жарский И. М. Большой химический справочник. — М: Советская школа, 2005. — 608 с.
2. Казанцев Е. И. Промышленные печи. Справочное руководство для расчетов и проектирования.
3. Физические величины. Справочник. А. П. Бабичев, Н. А. Бабушкина, А. М. Братковский и др.; Под ред. И. С. Григорьева, Е. З. Мейлихова. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.

Олово

Олово (лат. Stannum; обозначается символом Sn) — элемент главной подгруппы четвёртой группы, пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 50. Относится к группе лёгких металлов. При нормальных условиях простое вещество олово — пластичный, ковкий и легкоплавкий блестящий металл серебристо-белого цвета.

История возникновения олова

Когда человек впервые познакомился с оловом точно сказать нельзя. Олово и его сплавы известны человечеству с древнейших времен. Олово было известно человеку уже в IV тысячелетии до н. э. Этот металл был малодоступен и дорог, так как изделия из него редко встречаются среди римских и греческих древностей. Об олове есть упоминания в Библии, Четвёртой Книге Моисеевой. Олово является (наряду с медью) одним из компонентов 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: 35—11 века до н. э.). По другим данным сплавы олова с медью, так называемые оловянные бронзы, по-видимому, стали использоваться более чем за 4000 лет до нашей эры. А с самим металлическим оловом человек познакомился значительно позже, примерно около 800 года до нашей эры. Из чистого олова в древности изготовляли посуду и украшения, очень широко применяли изделия из бронзы.

Нахождение олова в природе

Олово — редкий рассеянный элемент, по распространенности 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) SnO₂, содержащий до 78,8 % олова. Гораздо реже в природе встречается станнин (оловянный колчедан) — Cu₂FeSnS₄ (27,5 % Sn).

В незагрязнённых поверхностных водах олово содержится в субмикрограммовых концентрациях. В подземных водах его концентрация достигает единиц микрограмм на дм³, 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.

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 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).

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 т. д. 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 т. д.

Физические и химические свойства олова

Простое вещество олово полиморфно. В обычных условиях оно существует в виде b-модификации (белое олово), устойчивой выше 13,2°C. Белое олово — это серебристо-белый, мягкий, пластичный металл, обладающий тетрагональной элементарной ячейкой, параметры a = 0.5831, c = 0.3181 нм. Координационное окружение каждого атома олова в нем — октаэдр. Плотность b-Sn 7,228 г/см³. Температура плавления 231,9°C, температура кипения 2270°C.

При охлаждении, например, при морозе на улице, белое олово переходит в a-модификацию (серое олово). Серое олово имеет структуру алмаза (кубическая кристаллическая решетка с параметром а = 0,6491 нм). В сером олове координационный полиэдр каждого атома — тетраэдр, координационное число 4. Фазовый переход b-Sn a-Sn сопровождается увеличением удельного объема на 25,6% (плотность a-Sn составляет 5,75 г/см³), что приводит к рассыпанию олова в порошок. В старые времена наблюдавшееся во время сильных холодов рассыпание оловянных изделий называли «оловянной чумой». В результате этой «чумы» пуговицы на обмундировании солдат, их пряжки, кружки, ложки рассыпались, и армия могла потерять боеспособность. (Подробнее об «оловянной чуме» см. интересные факты об олове, ссылка внизу этой страницы).

Из-за сильного различия структур двух модификаций олова разнятся и их электрофизические свойства. Так, b-Sn — металл, а a-Sn относится к числу полупроводников. Ниже 3,72 К a-Sn переходит в сверхпроводящее состояние. Стандартный электродный потенциал E °Sn²⁺/Sn равен –0.136 В, а E пары °Sn⁴⁺/Sn²⁺ 0.151 В.

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

Sn + O₂ = SnO₂.

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

Sn + 2Cl₂ = SnCl₄

С концентрированной соляной кислотой олово медленно реагирует:

Sn + 4HCl = SnCl₄ + H₂

Возможно также образование хлороловянных кислот составов HSnCl₃, H₂SnCl₄ и других, например:

Sn + 3HCl = HSnCl₃ + 2H₂

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 b-SnO₂·nH₂O (иногда ее формулу записывают как H₂SnO₃). При этом олово ведет себя как неметалл:

Sn + 4HNO_{3 конц.} = b-SnO₂·H₂O + 4NO₂ + H₂O

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

3Sn + 8HNO_{3 разб.} = 3Sn(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O.

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

Sn + 2KOH +2H₂O = K₂[Sn(OH)₄] + H₂

Гидрид олова — станнан SnH₄ — можно получить по реакции:

SnCl₄ + Li[AlH₄] = SnH₄ + LiCl + AlCl₃.

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

Олову отвечают два оксида SnO₂ (образующийся при обезвоживании оловянных кислот) и SnO. Последний можно получить при слабом нагревании гидроксида олова (II) Sn(OH)₂ в вакууме:

Sn(OH)₂ = SnO + H₂O

При сильном нагреве оксид олова (II) диспропорционирует:

2SnO = Sn + SnO₂

При хранении на воздухе монооксид SnO постепенно окисляется:

2SnO + O₂ = 2SnO₂.

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

SnCl₄ + 4NH₃ + 6H₂O = H₂[Sn(OH)₆] + 4NH₄Cl.

H₂[Sn(OH)₆] = a-SnO₂·nH₂O + 3H₂O.

Свежеполученная a-оловянная кислота растворяется в кислотах и щелочах:

a-SnO₂·nH₂O + KOH = K₂[Sn(OH)₆],

a-SnO₂·nH₂O + HNO₃ = Sn(NO₃)₄ + H₂O.

При хранении a-оловянная кислота стареет, теряет воду и переходит в b-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):

Sn²⁺ + S^2– = SnS

Этот сульфид может быть легко окислен до SnS₂ раствором полисульфида аммония:

SnS + (NH₄)₂S₂ = SnS₂ + (NH₄)₂S

Образующийся дисульфид SnS₂ растворяется в растворе сульфида аммония (NH₄)₂S:

SnS₂ + (NH₄)₂S = (NH₄)₂SnS₃.

Четырехвалентное олово образует обширный класс оловоорганических соединений, используемых в органическом синтезе, в качестве пестицидов и других. 

Технология производства олова

Этап выплавки.

Для восстановления касситерит плавят с углеродсодержащими материалами в отражательных или особого типа шахтных печах. Шахтные оловоплавильные печи применяются с давних времен; в них с использованием дутья сжигается служащий восстановителем древесный уголь, который загружается слоями, чередующимися со слоями касситерита. В более распространенных отражательных печах в качестве топлива используется каменный уголь; они действуют аналогично мартеновским сталеплавильным печам, причем руда смешивается с антрацитом и известняком. Печи обоих типов дают шлаки, богатые оловом (до 25%). Шлаки подвергают доработке переплавкой при значительно более высокой температуре с добавлением новых количеств восстановителя. В результате получается черновое олово с высоким содержанием железа — так называемая железистая печная настыль. Процесс требует строгого контроля, иначе и вторичные шлаки будут содержать слишком большой процент олова.

Этап рафинирования.

Чистота первичного олова зависит от исходной руды, но чаще всего оно требует рафинирования, которое может проводиться либо термическим, либо электролитическим способом.

Термическое рафинирование. Черновое олово, содержащее 97-99% Sn, рафинируют от примесей в обогреваемых стальных полусферических котлах при температуре около 300° С. Железо и медь удаляют добавлением в расплав угля и серы, мышьяк и сурьму отделяют в виде соединений и сплавов с алюминием, свинец — действием SnCl₂, а висмут — в виде соединений с кальцием и магнием. Рафинированный металл содержит 99,75-99,95% Sn.

Электролитическое рафинирование. Метод электролитического рафинирования был разработан компанией «Америкэн смелтинг энд рифайнинг» в применении к боливийским рудам, отличающимся высокой степенью загрязненности. Электролит содержит 8% серной кислоты, 4% крезол- и фенолсульфокислоты и 3% двухвалентного олова (Sn²⁺). Электролизные ванны и вспомогательное оборудование примерно такие же, как и при рафинировании меди. Рабочая температура 35° С. Чистота электролитического олова (>99,98%) выше, чем термически рафинированного. Дополнительной очисткой по методу зонной плавки получают особо чистое олово для полупроводниковой техники (99,995% Sn).

Получение олова из вторсырья

Для того чтобы получить килограмм металла, не обязательно перерабатывать центнер руды. Можно поступить иначе: «ободрать» 2000 старых консервных банок.

Всего лишь полграмма олова приходится на каждую банку. Но помноженные на масштабы производства эти полуграммы превращаются в десятки тонн… Доля «вторичного» олова в промышленности западных стран составляет примерно треть общего производства.

Механическими способами извлечь олово из жести (из неё делаются консервные банки) почти невозможно, поэтому используют различие в химических свойствах железа и олова. Чаще всего жесть обрабатывают газообразным хлором. Железо в отсутствие влаги с ним не реагирует. Олово же соединяется с хлором очень легко. Образуется дымящаяся жидкость – хлорное олово SnCl₄, которое применяют в химической и текстильной промышленности или отправляют в электролизер, чтобы получить там из него металлическое олово.

Применение олова

• 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. 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 Nb₃Sn.
• Золотисто-желтые кристаллы дисульфида олова применяются мастерами для имитации сусального золота при золочении гипсовых и деревянных рельефов.
  Водным раствором дихлорида олова обрабатывают стекло и пластмассу перед нанесением на их поверхность тонкого слоя какого-либо металла. Дихлорид олова входит также в состав флюсов, применяемых при сварке металлов. Оксид олова применяется в производстве рубинового стекла и глазурей.

• 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.
• На основе оловоорганических соединений созданы эффективные инсектициды; оловоорганические стекла надежно защищают от рентгеновского облучения, полимерными свинец- и оловоорганическими красками покрывают подводные части кораблей, чтобы на них не нарастали моллюски.

• 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 емкостью и в 5 раз большей энергоплотностью на единицу объёма, внутреннее сопротивление его значительно ниже.
• Олово имеет непосредственное отношение к рождению мелодичных звуков в самых различных колоколах, поскольку оно входит в состав медных сплавов, применяемых для их отливки. Но оказывается, оно способно петь вполне самостоятельно: у чистого олова не менее выдающиеся музыкальные способности. Слушая торжественные звуки органной музыки, мало кто из слушателей догадывается, что чарующие звуки рождаются в большинстве случаев в оловянных трубах. Именно они придают звуку особую чистоту и силу.
• Среди множества других полезных свойств соединений олова — защита древесины от гниения, уничтожение насекомых-вредителей и многое другое.

Влияние олова на человека

О роли олова в живых организмах практически ничего не известно. В теле человека содержится примерно (1-2)·10^–4 % олова, а его ежедневное поступление с пищей составляет 0,2-3,5 мг. Олово представляет опасность для человека в виде паров и различных аэрозольных частиц, пыли. При воздействии паров или пыли олова может развиться станноз — поражение легких. Очень токсичны некоторые оловоорганические соединения. Временно допустимая концентрация соединений олова в атмосферном воздухе 0,05 мг/м³, ПДК олова в пищевых продуктах 200 мг/кг, в молочных продуктах и соках — 100 мг/кг. Токсическая доза олова для человека — 2 г.

Оловянная чума

Есть у олова свойство, которое называют «оловянной чумой». Металл «простужается» на морозе уже при -13°С и начинает постепенно разрушаться. При температуре -33 °С свойство прогрессирует с невероятной быстротой — оловянные изделия превращаются в серый порошок. Именно из-за оловянной чумы до нас не дошли известнейшие коллекции оловянных солдатиков из прошлого.

Почему сейчас не случаются подобные истории? Только по одной причине: оловянную чуму научились «лечить». Выяснена ее физико-химическая природа, установлено, как влияют на восприимчивость металла к «чуме» те или иные добавки. Оказалось, что алюминий и цинк способствуют этому процессу, а висмут, свинец и сурьма, напротив, противодействуют ему.

Запасы олова в мире

Запасы олова на земле достаточно невилики и составляют около 5,6 млн.тонн. Крупными запасами олова обладает Китай – 30,52% в мировых. Достаточно заметны на общем фоне запасы олова в Индонезии – 14,4%, Перу – 12,8%, Боливии – 8%, Бразилии – 9,7% и Малайзии – 9% в мировых запасах олова на январь 2010 года. 

Производство олова в мире

Производство рафинированного олова в мире в последние годы неуклонно растет. Его динамика была следующей (тыс. т): 2000 г. — 270, 2003 г. — 280, 2006 г. — 325.

Добыча олова в 2009 году увеличилась на 2% до 306 тыс. тонн. Добыча олова в мире осуществляется теми странами, которым принадлежат наибольшие его запасы. В 2009 году крупнейшими странами традиционно стали Китай, с добычей 37,6% в мировых показателях, Индонезия – 32,7% и Перу 12,4%, в мировом объеме добычи. Россия занимает достаточно низкое место в показателях мировой добычи олова со значением 0,3% в мировых объемах добычи.
Мировое производство олова рафинированного в 2009 году снизилось на 2% до 315 тыс.тонн. Крупнейшей компанией по производству рафинированного олова является YUNNAN TIN, которая занимает в общем объеме производства в 2009 году 18%.  PT TIMAH на втором месте с долей 13% в мировых показателях. На третьем месте MINSUR – 13%. MALAYSIA SMELTING CORP по итогам 2009 года занимает четвертое место с долей 12,5% в общемировом производстве.

На долю Индонезии приходится порядка 30% выпуска олова в мире. В самой же Индонезии основным регионом по производству этого цветного металла является провинция Банки-Белитунга. В оловянной отрасли занято примерно 40% всей рабочей силы страны. Индонезия в 2007 г. ввела квоты на экспорт олова с целью поддержания его цены на мировом рынке. В 2006 г. Индонезия произвела около 120 тыс. т олова.

Цены на олово с 2006 по 2007 год выросли с 8 тыс. $ за тонну рафинированного металла до 15 тыс. $ а затем до 20 тыс. $ во второй половине 2010 года.

Запасы олова в России

В СНГ запасы олова сосредоточены в России, Кыргызстане и Казахстане. Добыча основной массы олова в СНГ ведется российскими предприятиями. В России же находится и единственный в СНГ производитель металлического олова — ОАО «Новосибирский оловокомбинат». Это предприятие контролирует оловодобывающие активы России и Кыргызстана.

Россия обеспечена запасами олова в достаточном количестве. Но только в условиях высоких цен на олово разработка месторождений становится достаточно рентабельной, так как они находятся в труднодоступных местах Дальнего Востока и на большом расстоянии от производителя олова.

Основными потребителями олова в СНГ являются производители белой жести (ОАО «ММК», АО «Миттал Стил Темиртау», ОАО «Запоржсталь») и производители сплавов, в основном припоев.

По оценке экспертов Infomine в ближайшие годы следует ожидать роста потребления олова, в первую очередь в России. Растет производство консервов, флоат-стекла, наблюдается рост производства в машиностроении, которое сейчас поддерживается на уровне руководства страны. Не исключено, что потребление в перспективе до 2010 г. не будет обеспечено внутренним производством, и в Россию увеличится импорт олова и его сплавов.

Элементы — металлы, неметаллы и металлоиды

Лакшми Картикеян, Программа среднего технического образования (STEP), Anoka — Hennepin ISD # 11, Anoka, MN
На основе
Кеннеди, К. Перспектива свойств металлов и неметаллов
Получено с http://school.discoveryeducation.com

Профиль автора

Сводка

В этом упражнении учащиеся исследуют несколько свойств данных элементов и решат, является ли каждый элемент металлом, неметаллом или металлоидом.Они изучат внешний вид представленных образцов и отметят цвет, блеск и форму. С помощью молотка они определят, является ли он хрупким или податливым. Они проверит электрическую проводимость и реакционную способность каждого образца с раствором хлористоводородной кислоты и хлорида меди (II).

Цели обучения

Из этого задания учащиеся поймут, что каждый элемент классифицируется как металл, неметалл или металлоид (полуметалл) в зависимости от его индивидуальных свойств.Они смогут классифицировать элемент как металл, неметалл или металлоид на основе экспериментальных наблюдений за физическими и химическими свойствами. Это упражнение способствует развитию у студентов навыков наблюдения, вопросов, критического мышления и анализа данных. Ключевые концепции, которые студенты рассмотрят в ходе этого упражнения, заключаются в том, что металлы имеют блеск, они пластичны, являются хорошими проводниками электричества, вступают в реакцию с кислотами и другими водными растворами. Некоторые из словарных слов, которые рассматриваются учащимися в ходе этого упражнения, — это блеск, хрупкость, пластичность, пластичность, электрический проводник и изолятор.

Контекст использования

Тип ресурса
Задание: Лабораторное задание

Уровень класса
Средняя школа (9–12)

Формат урока:
Это лабораторное задание.

Необходимое время:
Период одного занятия

Материалы:
Прибор для измерения проводимости
Малые молотки
Планшеты с лунками
Образцы элементов

Знание концепции:
Атомная структура элементов
Физические и химические свойства металлов, неметаллов и металлоидов

Предмет : Химия: Общая химия: Элементы и периодическая таблица
Тип ресурса : Деятельность: Лабораторная деятельность
Уровень : Средняя школа (9-12)

Описание и учебные материалы

Студенты сформируют небольшие лабораторные группы из двух или трех человек.
После того, как я рассмотрю разницу между физическими и химическими свойствами и характеристиками металлов, неметаллов и металлоидов, студенческие группы получат образцы в семи флаконах, которые были закодированы буквами от «a» до «g». Студенческие группы получают образцы углерода (грифель для карандашей), кусочки магниевой ленты, комки кремния, комки серы, железные опилки и кусочки замшелого цинка. Студенты должны сгруппировать образцы по категориям металлов, неметаллов или металлоидов. Они будут смотреть на внешний вид данного образца, чтобы увидеть, имеет ли он блеск или тусклый.Они будут использовать молоток, чтобы проверить, является ли образец хрупким или пластичным.

Они будут использовать тестер проводимости, чтобы проверить, проводит ли образец электричество. Затем они проверит реакционную способность образцов с 0,5 М соляной кислотой и 0,1 М раствором хлорида меди (II). Они возьмут небольшую порцию данных образцов в лунку планшета. К каждому образцу будет добавлено от 15 до 20 капель раствора кислоты, и они будут искать любую реакцию (изменение), происходящую в виде пузырьков газообразного водорода.В случае хлорида меди (II), который представляет собой раствор синего цвета, они будут искать изменение цвета жидкости и образца.

Затем группы студентов составят таблицу данных для сравнения наблюдений для данных выборок. Они обсудят свои выводы в своих собственных небольших группах и сгруппируют образцы по двум категориям в зависимости от их физических и химических свойств и выяснят, какие элементы могут вписаться в любую из групп и почему. Они разделят образцы на металлы, неметаллы и металлоиды.Затем группы представят свои выводы классу и обсудят, как они пришли к своим выводам.
Как класс мы сгруппируем элементы по трем группам после обсуждения критериев распределения элементов по группам.

Учебные заметки и советы

Студенты должны носить защитные очки на протяжении всей лабораторной работы. Я использую тестер проводимости от Flinn Scientific. Если у вас его нет, можно построить простой тестер.
(Кац, Д. и Уиллс, К., Журнал химического образования, 1994, стр.330) Для работы с образцами элементов следует использовать щипцы. Я также рассматриваю процесс безопасного использования кислот.

Единственная проблема, которая у нас была, была с карбоном. Студенческие группы классифицировали магний, цинк, железо и олово как металлы; сера как неметалл и кремний и углерод как металлоиды. Углерод проводит электричество и не имеет характерного блеска. Нам нужно учитывать другие свойства, такие как хрупкость, отсутствие реакции с двумя жидкостями, чтобы углерод вместе с серой стал неметаллом.

Оценка

Для оценки я использую таблицу данных и их группировку данных выборок по трем категориям.Оценка классификации студентов производится на основе наблюдений студентов, не обязательно на основе фактической выборки. Для оценки также используются обсуждения между студентами и студентами и обсуждения от группы к группе.

Также я даю им диаграмму Венна с двумя кружками для сравнения свойств металлов, неметаллов и металлоидов. Я назначаю баллы за заполненную диаграмму Венна. Члены каждой группы получают одинаковые баллы.

Стандарты

II.A.1 — Структура вещества
Я.B.1 — Научный запрос

Ссылки и ресурсы

Олово

Химический элемент олово классифицируется как другой металл (белое олово) или неметалл (серая олово). Это известно с давних времен. Его первооткрыватель и дата открытия неизвестны.

Зона данных

Классификация:	Олово может вести себя как «другой металл» (белая банка)
	или неметалл (серая жесть).
Цвет:	серебристо-белый
Атомный вес:	118.69
Состояние:	цельный
Температура плавления:	231.928 o C, 505.078 K
Температура кипения:	2620 o C, 2893 K
Электронов:	50
Протонов:	50
Нейтроны в наиболее распространенном изотопе:	70
Электронные оболочки:	2,8,18,18,4
Электронная конфигурация:	[Kr] 4d 10 5s 2 5p 2
Плотность при 20 o C:	7.30 г / см 3

Показать больше, в том числе: тепла, энергии, окисления,
реакций, соединений, радиусов, проводимости

Атомный объем:	16,3 см 3 / моль
Структура:	искаженный алмаз
Твердость:	1,5 МОС
Удельная теплоемкость	0,227 Дж г -1 K -1
Теплота плавления	7.029 кДж моль -1
Теплота распыления	302 кДж моль -1
Теплота испарения	295,80 кДж моль -1
1 st энергия ионизации	708,6 кДж моль -1
2 nd энергия ионизации	1411,8 кДж моль -1
3 rd энергия ионизации	2943 кДж моль -1
Сродство к электрону	107 кДж моль -1
Минимальная степень окисления	-4
Мин.общее окисление нет.	0
Максимальная степень окисления	4
Макс. общее окисление нет.	4
Электроотрицательность (шкала Полинга)	1,96
Объем поляризуемости	7,7 Å 3
Реакция с воздухом	легкая, с высокой температурой ⇒ SnO 2
Реакция с 15 M HNO 3	легкая, ⇒ SnO 2 , NO x
Реакция с 6 M HCl	нет
Реакция с 6 М NaOH	легкая, ⇒ H 2 , [Sn (OH 6 )] 2-
Оксид (оксиды)	SnO, SnO 2 (оксид олова)
Гидрид (ы)	SnH 4 , Sn 2 H 6
Хлорид (ы)	SnCl 2 и SnCl 4
Атомный радиус	140.17:00
Ионный радиус (1+ ион)	–
Ионный радиус (2+ ионов)	–
Ионный радиус (3+ иона)	–
Ионный радиус (1-ионный)	–
Ионный радиус (2-ионный)	–
Ионный радиус (3-ионный)	–
Теплопроводность	66,8 Вт м -1 K -1
Электропроводность	8.7 x 10 6 S м -1
Температура замерзания / плавления:	231.928 o C, 505.078 K

Открытие олова

Доктор Дуг Стюарт

Олово известно с древних времен. Мы не знаем, кто это открыл.

Бронзовый век начался примерно в 3000 году до нашей эры, и олово использовалось в бронзе, которая содержит примерно девяносто процентов меди и десять процентов олова.

Добавление олова в сплавы бронзы улучшает их свойства по сравнению с чистой медью: например, бронза тверже и легче отливается, чем медь.

Древние греки получали олово морским путем и называли его «Касситеридес», что означает «Острова олова».

Скорее всего, эти острова находились в Корнуолле, Великобритания, и / или на северо-западе Иберии, Испания, где есть большие залежи олова.

В менее древние времена британский ученый Роберт Бойль опубликовал описание своих экспериментов по окислению олова в 1673 году.

Химический символ олова, Sn, происходит от его латинского названия ‘stannum.’

Кристаллы касситерита — SnO ₂ — оловянная руда (Фото Криса Ральфа)

Замедленная съемка аллотропов олова. Металлическое белое олово становится неметаллическим серым оловом. Это явление известно как «оловянный вредитель» и является проблемой при низких температурах. 1 секунда фильма равна одному часу в реальном времени.

Кусок металлического цинка в растворе хлорида олова. Цинк более активен, чем олово, поэтому вместо хлорида олова образуется хлорид цинка.На цинке начинают образовываться кристаллы чистого металлического олова.

Припой можно использовать для защиты электронных компонентов. Припой обычно на 60% состоит из олова и на 40% из свинца. Здесь снимается припой с печатной платы. Изображение Хьюго.

Внешний вид и характеристики

Вредные воздействия:

Олово считается нетоксичным, но большинство солей олова токсичны. Неорганические соли едкие, но малотоксичные. Металлоорганические соединения олова очень токсичны.

Характеристики:

Олово — серебристо-белый, мягкий, ковкий металл, который можно полировать.

Олово имеет высококристаллическую структуру, и когда оловянный стержень изгибается, слышен «оловянный крик» из-за разрушения этих кристаллов.

В соединениях олово обычно находится в двухвалентном состоянии (Sn ²⁺ ) или четырехвалентном состоянии (Sn ⁴⁺ ).

Устойчив к кислороду и воде, но растворяется в кислотах и ​​щелочах. Открытые поверхности образуют оксидную пленку.При нагревании на воздухе олово образует оксид олова (IV) (оксид олова), который имеет слабую кислотность.

Олово имеет две аллотропные формы при нормальном давлении: серое олово и белое олово. Чистое белое олово постепенно превращается в серый порошок (серое олово), это изменение обычно называют «оловянным вредителем» при температурах ниже 13,2 90-115 o C. Серое олово вообще не имеет металлических свойств. Банки товарного качества устойчивы к оловянным вредителям в результате ингибирующего действия незначительных примесей.

Использование олова

Олово используется в качестве покрытия на поверхности других металлов для предотвращения коррозии.«Жестяные» банки, например, изготавливаются из стали, покрытой оловом.

Олово можно свернуть в тонкие листы фольги (tinfoil). Современная фольга для покрытия или упаковки пищевых продуктов обычно изготавливается из алюминия.

Сплавы олова коммерчески важны, например, для изготовления мягкого припоя, олова, бронзы и фосфорной бронзы.

Хлорид олова (хлорид олова, SnCl ₂ ) используется в качестве протравы при крашении текстильных изделий и для увеличения веса шелка.

Фторид олова (SnF ₂ ) используется в некоторых зубных пастах.

Численность и изотопы

Изобилие земной коры: 2,3 частей на миллион по весу, 0,4 частей на миллион по молям

Солнечная система изобилия: 9 частей на миллиард по весу, 0,1 частей на миллиард по молям

Стоимость, чистая: 24 $ за 100 г

Стоимость, оптом: $ 1,80 за 100 г

Источник: В природе олово очень редко встречается в свободном виде. Основная руда — касситерит (SnO ₂ ). Металл получают из касситерита восстановлением руды углем.

Изотопы: Олово содержит 35 изотопов, период полураспада которых известен, массовые числа от 100 до 134. Олово содержит десять стабильных изотопов, больше всех элементов.

Встречающееся в природе олово представляет собой смесь десяти стабильных изотопов, и они находятся в указанном процентном соотношении: ¹¹² Sn (1,0%), ¹¹⁴ Sn (0,7%), ¹¹⁵ Sn (0,3%), ¹¹⁶ Sn (14,5%), ¹¹⁷ Sn (7,7%), ¹¹⁸ Sn (24,2%), ¹¹⁹ Sn (8,6%), ¹²⁰ Sn (32,6%), ¹²² Sn (4.6%) и ¹²⁴ Sn (5,8%). Наиболее распространено ¹²⁰ Sn — 32,6%.

Список литературы

Цитируйте эту страницу

Для онлайн-ссылки скопируйте и вставьте одно из следующего:

  Олово 
 

или

  Факты об элементе олова 
 

Чтобы процитировать эту страницу в академическом документе, используйте следующую ссылку, соответствующую требованиям MLA:

 "Олово."Chemicool Periodic Table. Chemicool.com. 24 июля 2015 г. Web.
. 

фактов о олове | Живая наука

Олово — элемент, который, пожалуй, наиболее известен тем, что он используется в жестяных банках, которые в наши дни почти всегда на самом деле алюминиевые. Даже оригинальные консервные банки, впервые представленные в 1800-х годах, в основном были стальными, покрытыми оловом.

Так что олово может показаться непритязательным, но не маловажным. Этот металл используется для предотвращения коррозии и производства стекла.Чаще всего его находят в смеси или сплавах с другими металлами. Олово, например, в основном состоит из олова.

Источники олова

Олово относительно редко, по данным Геологической службы США, составляя лишь около 2 частей на миллион земной коры. Олово добывается из различных руд, в основном из касситерита (SnO ₂ ). Металл получают путем восстановления оксидной руды углем в печи.

Очень мало олова было найдено в Соединенных Штатах, много его на Аляске и в Калифорнии.По данным Лос-Аламосской национальной лаборатории, металл в основном производится в Малайе, Боливии, Индонезии, Заире, Таиланде и Нигерии.

Использование олова

Возможно, исторически наиболее важным применением олова было изготовление бронзы — сплава меди и олова или других металлов — что изменило цивилизацию, открыв бронзовый век. Люди начали изготавливать или продавать бронзовые инструменты и оружие в разное время, в зависимости от географии, но принято считать, что бронзовый век начался около 3300 г. до н. Э.C. на Ближнем Востоке.

Только факты

Согласно данным Национальной лаборатории линейных ускорителей Джефферсона, олово имеет следующие свойства:

• Атомный номер (число протонов в ядре): 50
• Атомный символ (в Периодической таблице элементов): Sn
• Атомный вес (средняя масса атома): 118,710
• Плотность: 7,287 грамма на кубический сантиметр
• Фаза при комнатной температуре: твердое вещество
• Точка плавления: 449,47 градусов по Фаренгейту (231.93 градуса Цельсия)
• Точка кипения: 4,715 F (2602 C)
• Количество изотопов (атомов одного элемента с разным количеством нейтронов): 51, 8 стабильных
• Наиболее распространенные изотопы: Sn-112 (естественное содержание 0,97 процента), Sn-114 (0,66 процента), Sn-115 (0,34 процента), Sn-116 (14,54 процента), Sn-117 (7,68 процента), Sn-118 (24,22 процента), Sn-119 (8,59 процента. ), Sn-120 (32,58 процента), Sn-122 (4,63 процента) и Sn-124 (5,79 процента)

Электронная конфигурация и элементные свойства олова.(Изображение предоставлено Грегом Робсоном / Creative Commons, Андрей Маринкас Shutterstock)

Старый металл

Олово используется в бронзе примерно 5000 лет назад. Он также иногда появлялся в археологических записях сам по себе. Например, исследователи, проводившие раскопки в еврейском храме в Иерусалиме в 2011 году, обнаружили кусок жести размером с пуговицу, на котором было написано арамейское слово «чистый для Бога». Согласно сообщению в газете Haaretz, эта печать могла использоваться для обозначения церемониально чистых предметов для ритуалов.

Помимо бронзы, величайшим вкладом олова в развитие человечества, вероятно, была скромная консервная банка. Банка возникла из извечной проблемы, как прокормить армию в движении. По данным Института производителей банок (да, даже у консервных банок есть торговая организация), Наполеон Бонапарт в 1795 году предложил награду каждому, кто придумал способ сохранить еду для использования в военных целях. В 1810 году французский шеф-повар Николя Апперт выиграл приз в размере 12 000 франков, изобретя консервирование — процесс запечатывания еды или напитков в банке или бутылке с использованием кипящей воды.

Только год спустя это открытие расчистило путь для изобретения консервной банки. В 1810 году британский купец Питер Дюран получил патент на использование луженой стали для консервов. Олово устойчиво к коррозии, что делает его идеальным покрытием для относительно дешевой стали.

Жестяная банка прибыла на берега Америки в 1818 году, а производственная компания Thomas Kensett & Co запатентовала жестяную банку в Америке в 1825 году. Гражданская война вызвала рост популярности консервной банки, поскольку генералы снова начали поиски консервной банки. способ накормить своих солдат.

Расцвет олова закончился в середине 20-го, ^-го, -го века, однако, когда компания Coors Brewery представила первую алюминиевую банку. Более дешевый, легкий и пригодный для вторичной переработки алюминий быстро обогнал олово и сталь.

Но олово все еще находит применение. Олово плюс элемент ниобий делает сверхпроводящий металл, используемый для изготовления проволоки. Для изготовления припоя используется сплав олова / свинца. Медь и другие металлы смешивают с оловом, чтобы получить олово, которое когда-то было обычным металлом для изготовления посуды. А оконное стекло приобретает свою шелковистую гладкую поверхность из формы из расплавленного олова. Этот метод называется процессом Пилкингтона.

Кто знал?

• Эти золотые статуэтки Оскара не из чистого золота. На самом деле это металл Британии, покрытый золотом. Металл Британии примерно на 92 процента состоит из олова (остальное — это медь и сурьма).
• Sn? Разве атомным символом олова не должно быть Tn? На самом деле Sn — это сокращение от латинского слова олово, stannum .
• Когда олово сгибается при комнатной температуре, оно издает пронзительный скрипящий звук, известный как «крик олова», вызванный деформацией кристаллов олова.
• При температуре ниже 13 градусов по Цельсию олово превращается в форму, называемую «альфа-олово». Пудрово-серая олово — аллотроп, другая форма элемента. По словам химика Андреа Селла из Лондонского университетского колледжа, альфа-олово — это полупроводник, но его трудно получить.

Текущие исследования

Недавно технические исследователи заинтересовались графеном, одноатомным слоем углерода, который и тверже, чем алмазы, и поддается растяжению, как резина. Вполне возможно, что следующий прорыв в области высоких технологий, такой как графен, будет происходить из скромного олова.

Исследователи из Стэнфордского университета и Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики изобрели слой олова толщиной в один атом, который они называют станеном.

Станен особенный, потому что это первый материал, способный проводить электричество со 100-процентной эффективностью при комнатной температуре. Добавление нескольких атомов фтора поддерживает эту эффективность до и за пределами температур, при которых работают компьютерные микросхемы — примерно до 212 F (100 C).

«Согласно закону Мура, количество транзисторов в плотной интегральной схеме удваивается примерно каждые два года», — сказал Live Science исследователь Юн Сюй, ныне физик из Университета Цинхуа в Пекине.«Как следствие, плотность мощности интегральных схем увеличивается экспоненциально, что приводит к серьезным проблемам, связанным с потреблением энергии и рассеиванием тепла».

Сюй и его команда, в том числе физик Шоучэн Чжан из Стэнфорда, знали, что им нужен тяжелый элемент со свойствами так называемого «топологического изолятора». Топологический изолятор — это материал, который проводит электричество по своей поверхности, но не проводит электричество внутри.

«Многие топологические изоляторы были изготовлены из тяжелых элементов, включая ртуть, висмут, сурьму, теллур и селен», — сказал Сюй.«Ни один из них не был идеальным проводником электричества при комнатной температуре».

Олово ранее для этой цели не исследовалось. Но Сюй и его коллеги обнаружили, что, когда атомы олова расположены в одном сотовом слое, свойства элементов меняются. Исследователи сообщили в ноябре 2014 года, что он становится идеальным проводником электричества при комнатной температуре, не теряя ни единого паразитного электрона.

Электроника, сделанная из станена, должна, таким образом, выделять меньше тепла и потреблять меньше энергии, чем их кремниевые аналоги.

Сюй и его сотрудники создали однослойное олово с помощью процесса, называемого молекулярно-лучевой эпитаксией, при котором газообразные версии элемента конденсируются в тонком слое внутри вакуума. По словам Сюй, это сложный процесс, требующий точной температуры и скорости роста слоя, чтобы обеспечить правильную атомную структуру. Команда надеется разработать более дешевые и простые способы производства станена в будущем.

«Следующим шагом будет выращивание высококачественных образцов станена в больших масштабах, а затем использование материала для фундаментальных исследований и практических применений», — сказал Сюй.

Следите за Live Science @livescience, Facebook и Google+.

Дополнительные ресурсы

Список неметаллов

Выделенные элементы являются неметаллическими элементами.

Неметаллические элементы занимают верхний правый угол периодической таблицы. Неметаллы включают неметаллическую группу, галогены и благородные газы. Эти элементы имеют схожие химические свойства друг с другом, что отличает их от элементов, которые считаются металлами.

Группы неметаллов

Группа неметаллических элементов — это подмножество неметаллов.Группа неметаллических элементов состоит из водорода, углерода, азота, кислорода, фосфора, серы и селена. Водород действует как неметалл при нормальных температурах и давлении и обычно считается частью группы неметаллов.

Галогены — неметаллы группы 7 Периодической таблицы Менделеева. Атомы этих элементов имеют степень окисления -1. Элементы в верхней части группы — это газы, но они становятся жидкостями и твердыми телами, движущимися вниз по группе. Галогены — это фтор, хлор, бром, йод и астат.Свойства теннессина малоизвестны. Теннессин может быть галогеном или металлоидом.

Благородные газы — это относительно инертные газы, находящиеся в группе 8 (последний столбец) таблицы периодов. Благородные газы — гелий, неон, аргон, криптон, ксенон, радон и оганессон. Скорее всего, оганессон не является газом при комнатной температуре.

Список неметаллов

Это список неметаллических элементов в порядке возрастания атомного номера.

Свойства неметаллов

Свойства неметаллов включают:

• тусклый, не блестящий
• плохой проводник тепла
• плохой проводник электричества
• высокая энергия ионизации
• высокая электроотрицательность
• не податливый или не податливый
• более низкая плотность (по сравнению с металлами)
• более низкая температура плавления и кипения (по сравнению с металлами)
• получение электронов в реакциях (отрицательная степень окисления)
• часто красочный в твердом состоянии

Список применений неметаллов

В отличие от металлов неметаллы не имеют универсального применения.Но в некоторых приложениях они встречаются вместе:

• Необходимы для жизни (углерод, водород, азот, кислород, сера, хлор, фосфор)
• Удобрения (водород, азот, фосфор, сера, хлор, селен)
• Хладагенты и криогенная техника (водород, гелий, азот, кислород, фтор, неон)
• Промышленные кислоты (углерод, азот, фтор, фосфор, сера, хлор)
• Лазеры и лампы
• Медицина и фармацевтика

Неметаллы образуют множество соединений.Фактически, большинство соединений, с которыми вы сталкиваетесь, содержат неметаллы. Они встречаются в воде, продуктах питания, тканях, пластмассах и других предметах повседневного обихода.

Ссылки

• Аддисон, У. Э. (1964) Аллотропия элементов . Oldbourne Press: Лондон.
• Bettelheim, F.A .; Brown, W.H .; Кэмпбелл, М.К .; Фаррелл, С.О .; Торрес, О. (2016). Введение в общую, органическую и биохимию (11-е изд.). Cengage Learning: Бостон. ISBN 978-1-285-86975-9.
• Эмсли, Дж.(1971). Неорганическая химия неметаллов . Methuen Educational: Лондон. ISBN 0423861204.
,
• Steudel, R. (1977). Химия неметаллов: введение в атомную структуру и химические связи . Английское издание F.C. Наход и Дж. Дж. Цукерман. Берлин: Вальтер де Грюйтер. ISBN 3110048825.

Похожие сообщения

Факты о олове для детей

Факты для детей
Внешний вид
серебристо-белый (бета, β) или серый (альфа, α)
Общая недвижимость
Название, условное обозначение, номер	олово, Sn, 50
Группа, период, блок	14, 5, п.
Стандартный атомный вес	{{{атомная масса}}} г / моль
Электронная конфигурация	[Kr] 4d 10 5s 2 5p 2
Электронов на оболочку	2, 8, 18, 18, 4 (Изображение)
Физические свойства
Фаза	цельный
Плотность (около р.т.)	белый, β: 7,265 г / см 3
Плотность (около комнатной)	серый, α: 5,769 г / см 3
Плотность жидкости при т.пл.	6,99 г / см 3
Точка плавления	505,08 К, 231,93 ° С, 449,47 ° F
Точка кипения	2875 К, 2602 ° С, 4716 ° F
Теплота плавления	белый, β: 7,03 кДж / моль
Теплота испарения	белый, β: 296.1 кДж / моль
Удельная теплоемкость	(25 ° C) белый, β: 27,112 Дж / (моль · K)
Давление пара
P (Па) 1 10 100 1 к 10 к 100 к при Т (К) 1497 1657 1855 2107 2438 2893
Атомные свойства
Степени окисления	4 , 3, 2 , 1, −1, −2, −3, −4 ((амфотерный оксид))
Электроотрицательность	1.96 (шкала Полинга)
Энергии ионизации	1st: {{{1st ionization energy}}} кДж / моль
	2-я: {{2-я энергия ионизации}}} кДж / моль
	3-я: {{{3-я энергия ионизации}}} кДж / моль
Атомный радиус	140 вечера
Ковалентный радиус	139 ± 4 вечера
Радиус Ван-дер-Ваальса	217 вечера
Разное
Кристаллическая структура	четырехугольный
Кристаллическая структура Примечание	белый (β)
Магнитный заказ	серый: диамагнитный
Удельное электрическое сопротивление	(0 ° C) 115 Ом · м
Теплопроводность	(300 К) 66.8 Вт / (м · К)
Тепловое расширение	(25 ° C) 22,0 мкм / (м · К)
Скорость звука (тонкий стержень)	(вправо) 2730 м / с
Модуль Юнга	50 ГПа
Модуль сдвига	18 ГПа
Объемный модуль	58 ГПа
Коэффициент Пуассона	0,36
Твердость по Бринеллю	50–440 МПа
Регистрационный номер CAS	7440-31-5
Наиболее стабильные изотопы
Основная статья: Изотопы олова
ISO NA период полураспада DM DE (МэВ) DP 112 Sn 0.97% конюшня 114 Sn 0,66% конюшня 115 Sn 0,34% конюшня 116 Sn 14,54% конюшня 117 Sn 7,68% конюшня 118 Sn 24,22% конюшня 119 Sn 8.59% конюшня 120 Sn 32,58% конюшня 122 Sn 4,63% конюшня 124 Sn 5,79% конюшня 126 Sn след 2.3 × 10 5 y β — 126 Сб

Олово — это химический элемент с символом Sn (на латыни: stannum ) и атомным номером 50.Он находится в 14-й группе периодической таблицы. Он не радиоактивен.

Недвижимость

Физические свойства

Альфа (α) и бета (β) формы олова

Олово — серебристый, несколько мягкий металл. Это пост-переходный металл. Его температура плавления составляет 231,93 ° C, а температура кипения — 2602 ° C. Он легко плавится в огне. Он податливый. Когда кусок сгибается, он издает хрустящий звук, называемый оловянным плачем. В олове больше нерадиоактивных изотопов, чем в любом другом элементе.

Олово встречается в двух аллотропах: альфа-олово и бета-олово.Альфа-олово — это хрупкая, тусклая, порошкообразная полуметаллическая форма олова. Его получают при охлаждении очень чистого олова. Бета-олово — это обычная блестящая, мягкая, проводящая металлическая форма. Изготавливается при более высоких температурах. Распад олова при превращении из бета-олова в альфа-олово называется оловянным вредителем . Альфа-тин во многих местах не нужен. Когда добавляются небольшие количества других элементов, таких как сурьма, олово не может превратиться в альфа-олово. Когда альфа-олово нагревается, оно превращается в бета-олово.

Олово можно упрочнить, добавив сурьму или медь, а также некоторые другие элементы.Это также делает его устойчивым к оловянным вредителям. Олово тоже можно сделать очень блестящим. Олово может образовывать сплав с медью, называемый бронзой.

Химические свойства

Олово устойчиво ко многим коррозионным веществам и часто используется для защиты других металлов. Соленая и пресная вода не влияют на олово. Он растворяется в сильных кислотах с образованием солей олова. Реагирует с некоторыми сильными основаниями.

Химические соединения

Олово образует химические соединения в двух степенях окисления: +2 и +4.+2 соединения являются восстановителями. Некоторые из них бесцветные, а другие цветные. +4 соединения менее реакционноспособны и действуют более ковалентно.

Олово горит на воздухе, образуя оксид олова (IV) белого цвета. Оксид олова (IV) растворяется в кислотах с образованием других соединений олова (IV). Хлорид олова (IV) представляет собой бесцветную дымящуюся жидкость в безводном состоянии и белое твердое вещество при гидратации. Он легко вступает в реакцию с водой, снова образуя оксид олова (IV) и кислоту.

Олово реагирует с галогеноводородными кислотами с образованием галогенидов олова (II).Например, хлорид олова (II) образуется при растворении олова в соляной кислоте. Галогениды олова (IV) образуются, когда олово реагирует с галогенами. Хлорид олова (IV) образуется при реакции олова с хлором. Сульфат олова (II) отличается тем, что не окисляется до сульфата олова (IV). Оксид олова (II) — это сине-черное твердое вещество, которое горит на воздухе с образованием оксида олова (IV).

+2 соединения

+2 соединения являются восстановителями. Они примерно так же распространены, как и соединения +4. Некоторые из них бесцветные, а другие цветные.

+4 соединения

+4 соединения нереактивны. Некоторые бесцветные.

• Гидратированный хлорид олова (IV)

• Хлорид олова (IV) безводный

Происшествие

Олово не встречается в земле как металл. Обычно это касситерит. Касситерит — это минерал, содержащий оксид олова (IV).Касситерит обычно находится ниже по течению от месторождения касситерита, когда он находится у ручья или реки. Олово также содержится в некоторых сложных сульфидных минералах.

Олово не выполняет основных функций в организме человека.

Препарат

Олово получают путем нагревания касситерита с углеродом в печи. Китай — крупнейший производитель олова.

История

Люди давно открыли олово и использовали его с другими металлами. Когда медь и олово смешиваются вместе, получается бронза.В прошлом бронза была важна, потому что это был один из самых прочных металлов, а это означало, что ее можно было использовать в оружии и инструментах. Бронза изменила мир, когда ее впервые изобрели, начиная с бронзового века. Люди больше организовывались, потому что делать инструменты из бронзы было труднее, чем делать их из камня и дерева, как раньше.

Использует

Олово используется в припое. Раньше припой содержал смесь свинца и олова. Теперь свинец удален из-за его токсичности.

Олово также используется для изготовления олова, которое в основном представляет собой олово, смешанное с небольшим количеством меди и других металлов. Бэббитовый металл также содержит олово. Олово используется для покрытия нескольких металлов, таких как свинец и сталь. Оловянные стальные контейнеры используются для хранения продуктов. Трубки на органе — жестяные. Перед алюминиевой фольгой использовалась оловянная фольга. Олово было одним из первых обнаруженных сверхпроводников. Оловоорганические соединения встречаются чаще, чем любое другое металлоорганическое соединение. Они используются в некоторых трубах из ПВХ, чтобы предотвратить их разложение.Однако оловоорганические соединения токсичны.

Безопасность

Олово не токсично, но соединения олова очень токсичны для морских организмов. Они немного токсичны для человека.

Детские картинки

• Капля застывшего расплавленного олова

• Церемониальный гигантский бронзовый кортик типа Plougrescant-Ommerschans, Plougrescant, Франция, 1500–1300 гг. До н. Э.

• Образец касситерита, основной руды олова

• Мировое производство и цена (обмен в США) олова.

• Мировое потребление рафинированного олова по конечному потреблению, 2006 г.

• Мастера, работающие с жестяными листами.

• Репродукция фонаря для сарая 21 века из перфорированной жести.

Металлоиды | Химия для неосновных

Цели обучения

• Определите металлоид.
• Перечислите распространенные металлоиды и укажите их использование.

Вы когда-нибудь проходили тест с несколькими вариантами ответов?

В большинстве случаев ответы являются конкретными вариантами — это вариант ответа a или вариант b? Довольно часто вы можете «обдумать» варианты, чтобы прийти к правильному ответу.Более разочаровывающим является выбор «ничего из вышеперечисленного». Вы чувствуете себя очень неуверенно, проверяя эту возможность.

Некоторые элементы не соответствуют «ни одному из вышеперечисленных». Они не подходят для категорий металлических или неметаллических из-за своих характеристик. Металлоид — это элемент, который имеет промежуточные свойства между металлами и неметаллами. Металлоиды также можно назвать полуметаллами. В периодической таблице элементы, окрашенные в желтый цвет, которые обычно граничат с линией ступенек, считаются металлоидами.Обратите внимание, что алюминий граничит с линией, но он считается металлом, поскольку все его свойства аналогичны свойствам металлов.

Примеры металлоидов

Рисунок 1. Кремний.

Кремний — это типичный металлоид (см. Рисунок 1 ). Он имеет блеск , как металл, но хрупок, как неметалл. Кремний широко используется в компьютерных микросхемах и другой электронике, поскольку его электрическая проводимость находится между проводимостью металла и неметалла.

Бор — это универсальный элемент, который может быть включен в ряд соединений (см. Рисунок 2 ). Боросиликатное стекло чрезвычайно устойчиво к тепловым ударам. Резкие перепады температуры предметов, содержащих боросиликаты, не вызовут какого-либо повреждения материала, в отличие от других стеклянных композиций, которые могут потрескаться или расколоться. Благодаря своей прочности борные нити используются в качестве легких и высокопрочных материалов для самолетов, клюшек для гольфа и рыболовных удочек. Тетраборат натрия широко используется в стекловолокне в качестве изоляции, а также во многих моющих и чистящих средствах.

Рисунок 2. Бор.

Рисунок 3. Мышьяк.

Рисунок 4. Сурьма.

Мышьяк долгое время играл роль в загадках убийств, используя его для совершения гнусного деяния (см. рис. 3 ). Такое использование материала не очень разумно, поскольку мышьяк может быть легко обнаружен при вскрытии. Мы находим мышьяк в пестицидах, гербицидах и инсектицидах, но использование мышьяка для этих целей сокращается из-за токсичности металла.Его эффективность в качестве инсектицида привела к тому, что мышьяк стал использоваться в качестве консерванта для древесины.

Сурьма — хрупкий, голубовато-белый металлический материал, который плохо проводит электричество (см. Рисунок 4 ). Используемая со свинцом сурьма увеличивает твердость и прочность смеси. Этот материал играет важную роль в производстве электронных и полупроводниковых устройств. Около половины сурьмы, используемой в промышленности, используется в производстве батарей, пуль и сплавов.

Сводка

• Металлоиды — это элементы с промежуточными свойствами между металлами и неметаллами
• Кремний — это металлоид, потому что он имеет блеск, но он хрупкий.
• Бор, мышьяк и сурьма — это металлоиды, имеющие множество применений.

Практика

Воспользуйтесь ссылкой ниже, чтобы ответить на следующий вопрос:

http://www.buzzle.com/articles/uses-of-metalloids.html

1. Опишите физические свойства двух металлоидов по вашему выбору.
2. Перечислите два использования каждого из этих металлоидов.

Обзор

1. Определите «металлоид».
2. Почему сложно решить, является ли элемент металлоидом?
3. Почему кремний широко используется в электронике?
4. Для чего используются боросиликаты?
5. Почему уменьшается использование мышьяка в качестве инсектицида?
6. Какое основное применение сурьмы?

Глоссарий

• металлоид: Элемент, обладающий промежуточными свойствами между металлами и неметаллами.
• глянец: Отражающая поверхность.

Показать ссылки

Список литературы

1. Лаура Герен. Множественный выбор .
2. Фонд CK-12 — Кристофер Ауён. Периодическая таблица .
3. Пользователь: Enricoros / Википедия. Кремний.
4. Пользователь: Jurii / Wikimedia Commons. Бор.
5. Арам Дулян (Викимедиа: Арамгутанг). Мышьяк.
6. Арам Дулян (Викимедиа: Арамгутанг). Сурьма.

Металлы и неметаллы | Блог исследования REB

Водород — это металл и неметалл.Так написано на специально изготовленных кофейных чашках, произведенных моей компанией (и проданных моей компанией), но не на какой-либо другой таблице Менделеева, которую я видел. Это позор как минимум по двум причинам. Во-первых, на физико-химическом уровне, хотя водород является металлом в том смысле, что он соединяется с неметаллами, такими как хлор и кислород, с образованием HCl и h3O, это не металл по внешнему виду (не очень блестящий, податливый и т. Д.) . Водород действует как химический неметалл в том смысле, что он вступает в реакцию с большинством металлов с образованием гидридов металлов, таких как NaH Cah3 и Yh4 (моя компания продает металлогидридные геттеры и металлические мембраны, использующие это свойство), и это также выглядит не так. -металл; это газ, похожий на неметаллический хлор, фтор и кислород.

REB Research, Периодическая чашка кофейная

Большинство учеников средней и старшей школы учатся различать металлы и неметаллы по тому месту в периодической таблице, которое им дано, а также по общему внешнему виду и ощущениям, то есть совершенно ненаучными методами. Большинство элементов в левой части их периодических таблиц блестящие и достаточно хорошо проводят электричество, поэтому студенты приходят к выводу, что это фундаментальные свойства металлов, не обращая внимания на то, что бор и йод (на правой стороне) блестят и проводят электричество. , а водород (предположительно первый металл) — нет.Студенты отмечают, что многие металлы пластичны, не говоря уже о хрупкости кальция и хрома, в то время как бор и олово (неметаллы) пластичны. А что с неровной разделительной линией: некоторые пограничные корпуса, например алюминиевые, по нормальным стандартам выглядят ужасно металлическими.

Фактическое различие и основа линии не имеют ничего общего с описаниями, которые преподают в средней школе, а имеют отношение только к воде. Когда элемент окисляется до наиболее распространенного оксида и растворяется в воде, раствор будет либо кислотным, либо основным.Это основа ключевого различия: мы называем что-то металлом, если раствор оксида металла является основным. Мы называем что-то неметаллом, если раствор оксида представляет собой кислоту. Чтобы получить серную кислоту или азотную кислоту: вы растворяете в воде оксиды серы или азота соответственно. Вот почему азот и сера — неметаллы. Точно так же, поскольку вы получаете борную кислоту путем растворения оксида бора в воде, бор не является металлом. Кальций — это металл, потому что оксид кальция — это известь, сильное основание. Алюминий и сурьма — почти пограничные случаи, потому что их оксиды почти нейтральны.

А теперь вернемся к водороду и моей чашке. водород — единственный элемент, указанный как металл, так и неметалл, потому что оксид водорода — это вода. Он полностью нейтрален. Когда вода растворяется в воде, pH равен 7; по определению водород — единственный реальный пограничный случай.