О́ЛОВО (лат. Stannum), Sn, химич. элемент IV группы короткой формы (14-й группы длинной формы) периодич. системы; ат. н. 50, ат. м. 118,710. Природное олово содержит 10 изотопов 112Sn (0,97%), 114Sn (0,66%), 115Sn (0,34%), 116Sn (14,54%), 117Sn (7,68%), 118Sn (24,22%), 119Sn (8,58%), 120Sn (32,59%), 122Sn (4,63%), 124Sn (5,79%; слабо радиоактивен, β-излучатель, Т1/2 более 1017 лет). Искусственно получены радиоизотопы с массовыми числами 100–137.
История
Олово известно людям шесть тысяч лет. Но как компонент бронзы. Чистый металл выделили к XII веку. Через восемь столетий историю открытия пополнила разгадка феномена «оловянной чумы».
Олово как металл упоминают книги Библии и энциклопедист раннего Средневековья Роджер Бэкон.
Интересна этимология названия. Наименование stannum восходит к санскриту и означает «прочный, стойкий». Так именовали сплавы, и лишь с 4 века термин применяется к олову.
Термин «олово» есть в балтийских и всех славянских языках. Однако у славян он обозначает свинец. В балтийской группе основой служит наименование металла по цвету: белый либо желтый.
Происхождение названия
Латинское название stannum, связанное с санскритским словом, означающим «стойкий, прочный», первоначально относилось к сплаву свинца и серебра, а позднее к другому, имитирующему его сплаву, содержащему около 67 % олова; к IV веку этим словом стали называть собственно олово.
Слово олово — общеславянское, имеющее соответствия в балтийских языках (ср. лит. alavas, alvas — «олово», прусск. alwis — «свинец»). Оно является суффиксальным образованием от корня ol- (ср. древневерхненемецкое elo — «жёлтый», лат. albus — «белый» и пр.), так что металл назван по цвету.
Что представляет собой
Олово – элемент периодической таблицы Менделеева.
Это легкий серебристо-белый блестящий металл. Состоит из десяти изотопов.
Оловянный куб
Олово относится к группе легких цветных металлов.
Международное обозначение – Sn (Stannum).
Мировая цена тонны сырья на Лондонской бирже металлов – $21 000.
Нахождение в природе
По распространенности на планете олово на 47-й позиции, в земной коре его массовое содержание исчисляется тысячными долями процента.
Основной минерал-носитель металла в природе – касситерит (второе название оловянный камень) – почти 80% состава.
Формы нахождения в породах и минералах – рассеянная и минеральная (оксиды, гидроксиды, силикаты, сульфиды, шпинелиды).
Месторождения есть на всех континентах, запасы исчисляются миллионами тонн.
В России регионы залежей – Хабаровский, Приморский края, Якутия, Чукотка.
Применение
О. – компонент сплавов: с медью (бронзы), медью и цинком (латунь), сурьмой (баббит), свинцом (припой), цирконием, титаном, ниобием (атомные реакторы, турбины, сверхпроводники) и др. О. используется для нанесения покрытия на металлы, в т. ч. на лужение белой жести, изготовление фольги, деталей измерит. приборов, теплообменников, худож. изделий и др. Оксид SnO2 применяется для изготовления жаростойких эмалей и глазурей. Соли олова(II) используются в протравном крашении тканей. Кристаллич. SnS2 («сусальное золото») входит в состав красок, имитирующих позолоту, фторид олова – добавка во фторсодержащих зубных пастах.
Физико-химические характеристики
Металл наделен многими достоинствами: пластичен, легок, ковок, нетоксичен.
Химические свойства при обычных температурах не проявляются.
| Свойства атома | |
| Название, символ, номер | О́лово / Stannum (Sn), 50 |
| Атомная масса (молярная масса) | 118,710(7) а. е. м. (г/моль) |
| Электронная конфигурация | [Kr] 4d10 5s2 5p2 |
| Радиус атома | 162 пм |
| Химические свойства | |
| Ковалентный радиус | 141 пм |
| Радиус иона | (+4e) 71 (+2) 93 пм |
| Электроотрицательность | 1,96 (шкала Полинга) |
| Электродный потенциал | −0,136 |
| Степени окисления | +4, +2 |
| Энергия ионизации (первый электрон) | 708,2 (7,34) кДж/моль (эВ) |
| Термодинамические свойства простого вещества | |
| Плотность (при н. у.) | 7,31 г/см³ |
| Температура плавления | 231,91 °C |
| Температура кипения | 2893 K, 2620 °C |
| Уд. теплота плавления | 7,19; кДж/моль |
| Уд. теплота испарения | 296 кДж/моль |
| Молярная теплоёмкость | 27,11 Дж/(K·моль) |
| Молярный объём | 16,3 см³/моль |
| Кристаллическая решётка простого вещества | |
| Структура решётки | тетрагональная |
| Параметры решётки | a=5,831; c=3,181 Å |
| Отношение c/a | 0,546 |
| Температура Дебая | 170,00 K |
Недостатки: малая температура плавления, беззащитность перед «оловянной чумой».
«Оловянная чума»
При нормальном давлении металл принимает одну из двух модификаций:
- α-Sn. Температура менее +13,2°С. Серый тусклый порошок (серое олово).
- β-Sn. Температура выше +13,2°С. Металл, белое олово.
Серое и белое олово
При температуре воздуха ниже +13,2°С β-олово переформатируется в α-модификацию. Структура решетки меняется, серебристый металл становится серым порошком.
Быстрее всего процесс идет при -33°С. Из-за скорости его окрестили «оловянной чумой». Она погубила армию Наполеона при походе в Россию и множество музейных экспонатов, когда помещения выстывали.
Физические свойства.
Олово – мягкий серебристо-белый пластичный металл (может быть прокатан в очень тонкую фольгу – станиоль) с невысокой температурой плавления (легко выплавляется из руд), но высокой температурой кипения. Олово имеет две аллотропные модификации: a-Sn (серое олово) с гранецентрированной кубической кристаллической решеткой и b-Sn (обычное белое олово) с объемноцентрированной тетрагональной кристаллической решеткой. Фазовый переход b ® a ускоряется при низких температурах (–30° С) и в присутствии зародышей кристаллов серого олова; известны случаи, когда оловянные изделия на морозе рассыпались в серый порошок («оловянная чума»), но это превращение даже при очень низких температурах резко тормозится наличием мельчайших примесей и поэтому редко встречается, представляя скорее научный, чем практический интерес. См. также АЛЛОТРОПИЯ; ЭЛЕМЕНТЫ ХИМИЧЕСКИЕ; ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ.
Чистое олово обладает низкой механической прочностью при комнатной температуре (можно согнуть оловянную палочку, при этом слышится характерный треск, обусловленный трением отдельных кристаллов друг о друга) и поэтому редко используется. Однако оно легко образует сплавы с большинством других черных и цветных металлов. Оловосодержащие сплавы обладают прекрасными антифрикционными свойствами в присутствии смазки, поэтому широко используются как материал подшипников.
Технология получения
Исходником для получения металла служит касситерит.
Кристаллы касситерита — оловянная руда
Процесс несложен:
- Руду дробят до частиц не крупнее сантиметра.
- Методом флотации отделяют пустую породу. Содержание металла повышается до 42-68%.
- Серу и мышьяк удаляют кислородным обжигом концентрата.
- Полученным продуктом загружают плавильную печь, чередуя послойно концентрат с древесным углем. Получается восстановленное олово.
- Второй вариант восстановления – алюминием либо цинком.
Оловянная руда
При необходимости металл дополнительно очищают зонной плавкой либо электрохимическим рафинированием.
Марки олова
Металлурги выплавляют металл нескольких марок:
| Марка | Количество примесей (%) |
| ОВЧ-000 | 0,001 |
| О1пч | 0,085 |
| О1 | 0,010 |
| О2 | 0,435 |
| О3 | 1,51 |
| О4 | 3,51 |
Первые четыре марки олова выпускаются в форме чушек, проволоки, прутков. Из О3 и О4 выплавляют чушки. Это исходник для продукции из олова.
Историческая справка
О. известно с доисторич. времён, упоминается в Ветхом Завете. По свидетельству Гомера, руды О. добывали на Касситеридах – Британских о-вах. Сплавы О. с медью (бронзы) известны с 3-го тыс. до н. э., чистый металл со 2-го тыс. до н. э. В древности из О. делали украшения, посуду, утварь. В Древнем Египте из О. делали украшения, напаянные на др. металлы. С кон. 13 в. в Зап. Европе из О. изготавливали сосуды, церковную утварь, парадные чаши, блюда, кубки с рельефными изображениями (гербы, мифологич., жанровые сцены). В России изделия из О. (рамы зеркал, утварь) получили широкое распространение в 17–18 вв.
Лат. название элемента, вероятно, связано с санскр. stha – стойко держаться, sthavan – прочно. Происхождение рус. назв. «О.» точно не установлено.
Где используется
Металл востребован как самостоятельный материал, в сплавах, соединениях.
Его химические и физические свойства позволяют изготавливать безопасные, стойкие к ржавению изделия и покрытия.
Оловянный солдатик в форме после литья
Металл
Чистый металл востребован как:
- Тара пищевых продуктов.
- Упаковочная фольга.
- Анод в химических источниках тока.
Это также покрытие медных проводов. Металл защищает медную «начинку» от губительного воздействия серы, содержащейся в изоляционном материале.
Оловянный кубок из г. Гданьска (Польша)
Олово – самый экологически чистый из легких цветных металлов.
Соединения
Соединения металла нашли применение в разных сегментах хозяйственного комплекса:
- Авиа- и машиностроение. Присадка в сплавах титана.
- Электротехника. Сверхпроводящий провод (соединение с ниобием).
- Оптика. Абразив для финальной обработки поверхности стекла.
- Легкая промышленность. Желтый краситель для шерсти.
- Сельское хозяйство. Пестициды.
- Декор. Компонент «золотых» красок.
Изомеры искусственного происхождения используют в медицине как источник гамма-излучения.
Треть добываемого олова идет на изготовление посуды. Еще 60% «забирают» подшипники, упаковочная фольга, припои. Менее 7% остается на другие цели.
Перспективы
Исследуется потенциал двумерных слоев олова, созданных по технологии получения графена. Название материала созвучно «родителю» – станен.
Соединения.
Олово образует различные химические соединения, многие из которых находят важное промышленное применение. Кроме многочисленных неорганических соединений, атом олова способен к образованию химической связи с углеродом, что позволяет получать металлоорганические соединения, известные как оловоорганические (см. также МЕТАЛЛООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ). Водные растворы хлоридов, сульфатов и фтороборатов олова служат электролитами для осаждения олова и его сплавов. Оксид олова применяют в составе глазури для керамики; он придает глазури непрозрачность и служит красящим пигментом. Оксид олова можно также осаждать из растворов в виде тонкой пленки на различных изделиях, что придает прочность стеклянным изделиям (или уменьшает вес сосудов, сохраняя их прочность). Введение станната цинка и других производных олова в пластические и синтетические материалы уменьшает их возгораемость и препятствует образованию токсичного дыма, и эта область применения становится важнейшей для соединений олова. Огромное количество оловоорганических соединений расходуется в качестве стабилизаторов поливинилхлорида – вещества, используемого для изготовления тары, трубопроводов, прозрачного кровельного материала, оконных рам, водостоков и др. Другие оловоорганические соединения используются как сельскохозяйственные химикаты, для изготовления красок и консервации древесины.
Сплавы
Металлургией олово используется как компонент сплавов. По сфере применения различают подшипниковые, легкоплавкие составы и припои.
Расплавленное олово
Выработана классификация сплавов по видам:
Баббиты
Сплав на основе олова либо свинца. Применяется как слой, созданный напылением либо заливкой.
Минусы – малая прочность, быстрая «уставаемость». Ввиду этих свойств сплав используется только в подшипниках, защищенных корпусом.
Бронза
Медно-оловянный сплав с доминированием меди. Плюсы: твердость, легкоплавкость, устойчивость к обработке, ржавчине, механическим повреждениям, атмосферным катаклизмам.
Используется как литейный металл, в химической промышленности, автопроме, внешнем декоре зданий.
Припои
Бывают легко- и твердоплавкими. Главный компонент сплава – олово.
Существует несколько марок, в зависимости от соотношения элементов. Сплавы применяются для пайки всего: от посуды, медицинской аппаратуры, радиодеталей, радиаторов отопления до электронного оборудования.
Пьютеры
Сплав с медью, сурьмой, висмутом. Декоративный, эстетичный вариант. Из него делают посуду, мелкие предметы, украшающие жизнь. Но применение ограничивает токсичность.
В некоторых странах использование сплава запрещено. Такие изделия можно найти только у антикваров.
Покрытия из олова и его сплавов.
Олово легко образует сплавы со многими металлами. Оловянные покрытия имеют хорошее сцепление с основой, обеспечивают хорошую коррозионную защиту и красивый внешний вид. Оловянные и оловянно-свинцовые покрытия можно наносить, погружая специально приготовленный предмет в ванну с расплавом, однако большинство оловянных покрытий и сплавов олова со свинцом, медью, никелем, цинком и кобальтом осаждают электролитически из водных растворов. Наличие большого диапазона составов для покрытий из олова и его сплавов позволяет решать многообразные задачи промышленного и декоративного характера.
Значение для человека
Микроэлемент – участник метаболизма, содействует росту скелетных тканей.
Рацион
Оловом богаты продукты нескольких групп:
- Мясо – курятина, индюшатина, говядина, свинина.
- Молочные продукты, включая сыры твердых сортов.
- Бобовые.
- Овощи – картофель, свекла.
- Семечки подсолнечника.
Ежесуточно человеку необходимо 3-11 мг вещества. Их он получает из пищи. Избыток утилизируется естественным путем, поэтому отравление исключено.
Симптомы нехватки
Нехватка микроэлемента нарушает минеральный баланс организма.
Результатом становятся следующие симптомы:
- Немотивированное истощение.
- Торможение роста.
- Ухудшение слуха.
- Тусклость, ломкость, выпадение волос.
Дефицит элемента – явление редкое. Так же, как переизбыток.
Переизбыток
Случается у людей, контактирующих с веществом (добыча на рудниках, работа на металлургическом предприятии) или фанатов консервированных продуктов.
Консервная банка с оловянным покрытием
Целостность оболочки консервных банок при длительном хранении нарушается. Часть олова переходит в содержимое.
О перенасыщенности организма металлом сигнализируют:
- Металлический привкус во рту.
- Отсутствие аппетита, расстройство ЖКТ (рвота, диарея).
- Анемичность, мигрени, головокружения.
- Кожа воспаляется, бледнеет, становясь сероватой. На деснах появляется синюшность.
На эмоциональном плане это повышенная агрессивность, возбудимость.
Физиологическое действие
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. Металлическое олово не токсично, что позволяет применять его в пищевой промышленности. Олово представляет опасность для человека в виде паров и различных аэрозольных частиц, пыли. При воздействии паров или пыли олова может развиться станноз — поражение легких. Станнан (оловянистый водород) — сильнейший яд. Также 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.
Вредные примеси, содержащиеся в олове в обычных условиях хранения и применения, в том числе в расплаве при температуре до 600 °C, не выделяются в воздух рабочей зоны в объёмах, превышающих предельно допустимую концентрацию в соответствии с ГОСТ. Длительное (в течение 15—20 лет) воздействие пыли олова оказывает фиброгенное воздействие на лёгкие и может вызвать заболевание работающих пневмокониозом.
