Реферат на тему олово

Обновлено: 05.07.2024

Металл относится к рассеянным элементам, и не самым распространенным на земле. В природе он встречается в виде различных минералов. Самые важные для промышленной добычи: касситерит — оловянный камень, и станнин — оловянный колчедан. Добывают олово из руд, как правило, содержащих не более 0,1 процента этого вещества.

Свойства олова

В химических реакциях олово проявляет полиморфизм, то есть кислотные и оснóвные свойства. Реактив достаточно инертный на воздухе и в воде, так как быстро покрывается прочной оксидной пленкой, защищающей его от коррозии.

Олово легко вступает в реакции с неметаллами, с трудом — с концентрированной серной и соляной кислотой; с этими кислотами в разбавленном состоянии не взаимодействует. С концентрированной и разбавленной азотной кислотой реагирует, но по-разному. В одном случае получается оловянная кислота, в другом — нитрат олова. Со щелочами вступает в реакции только при нагревании. С кислородом образует два оксида, со степенью окисления 2 и 4. Является основой целого класса оловоорганических соединений.

Воздействие на человеческий организм

Олово считается безопасным для человека, оно есть в нашем организме и каждый день мы получаем его в минимальных количествах с пищей. Его роль в функционировании организма пока не изучена.

Пары олова и его аэрозольные частицы опасны, так как при длительном и регулярном вдыхании оно может вызвать заболевания легких; ядовиты также органические соединения олова, поэтому работать с ним и его соединениями надо в средствах защиты.

Такое соединение олова как оловянистый водород, SnH₄, может служить причиной тяжелых отравлений при употреблении в пищу очень старых консервов, в которых органические кислоты вступили в реакцию со слоем олова на стенках банки (жесть, из которой делают консервные банки — это тонкий лист железа, покрытый с двух сторон оловом). Отравление оловянистым водородом может быть даже смертельным. К его симптомам относятся судороги и чувство потери равновесия.

Это интересно

А вот настоящий исторический факт: экспедиция английского полярного исследователя Роберта Скотта к Южному полюсу закончилась трагически в том числе потому, что все их топливо вылилось из запаянных оловом баков, они лишились своих мотосаней, а дойти пешком сил не хватило.

Применение

Результаты археологических раскопок позволяют считать, что еще за пять тысячелетий до нашей эры люди умели выплавлять и само олово. Известно, что древние египтяне олово для производства бронзы возили из Персии.

Упоминание об олове встречается и у Гомера. Почти за десять веков до новой эры финикияне доставляли оловянную руду с Британских островов, называвшихся тогда Касситеридами. Отсюда название касситерита – важнейшего из минералов олова; состав его SnO₂ . Другой важный минерал – станнин, или оловянный колчедан, Cu₂ FeSnS₄ . Остальные 14 минералов элемента №50 встречаются намного реже и промышленного значения не имеют. Между прочим, наши предки располагали более богатыми оловянными рудами, чем мы. Можно было выплавлять металл непосредственно из руд, находящихся на поверхности Земли и обогащенных в ходе естественных процессов выветривания и вымывания. В наше время таких руд уже нет. В современных условиях процесс получения олова многоступенчатый и трудоемкий. Руды, из которых выплавляют олово теперь, сложны по составу: кроме элемента №50 (в виде окисла или сульфида) в них обычно присутствуют кремний, железо, свинец, медь, цинк, мышьяк, алюминий, кальций, вольфрам и другие элементы. Нынешние оловянные руды редко содержат больше 1% Sn, а россыпи – и того меньше: 0,01. 0,02% Sn. Это значит, что для получения килограмма олова необходимо добыть и переработать по меньшей мере центнер руды.

Как получают олово из руд

Производство элемента №50 из руд и россыпей всегда начинается с обогащения. Методы обогащения оловянных руд довольно разнообразны. Применяют, в частности, гравитационный метод, основанный на различии плотности основного и сопутствующих минералов. При этом нельзя забывать, что сопутствующие далеко не всегда бывают пустой породой. Часто они содержат ценные металлы, например вольфрам, титан, лантаноиды. В таких случаях из оловянной руды пытаются извлечь все ценные компоненты.

В черновом олове примесей еще довольно много: 5. 8%. Чтобы получить металл сортовых марок (96,5. 99,9% Sn), используют огневое или реже электролитическое рафинирование. А нужное полупроводниковой промышленности олово чистотой почти шесть девяток – 99,99985% Sn – получают преимущественно методом зонной плавки.

Еще один источник

Другие элементы совершают круговорот в природе с участием растений, микроорганизмов и т.д. Круговорот олова – дело рук человеческих.

Олово в сплавах

Техника нуждается и в других оловянных сплавах. Их, правда, почти не применяют в качестве конструкционных, материалов: они недостаточно прочны и слишком дороги. Зато у них есть другие свойства, позволяющие решать важные технические задачи при сравнительно небольших затратах материала.

Чаще всего оловянные сплавы применяют в качестве антифрикционных материалов или припоев. Первые позволяют сохранять машины и механизмы, уменьшая потери на трение; вторые соединяют металлические детали.

Из всех антифрикционных сплавов наилучшими свойствами обладают оловянные баббиты, в составе которых до 90% олова. Мягкие и легкоплавкие свинцовооловянные припои хорошо смачивают поверхность большинства металлов, обладают высокой пластичностью и сопротивлением усталости. Однако область их применения ограничивается из-за недостаточной механической прочности самих припоев.

Олово входит также в состав типографского сплава гарта. Наконец, сплавы на основе олова очень нужны электротехнике. Важнейший материал для электроконденсаторов – станиоль; это почти чистое олово, превращенное в тонкие листы (доля других металлов в станиоле не превышает 5%).

Соединения с неметаллами

Из этих веществ наибольшее значение имеют хлориды. В тетрахлориде олова SnCl₄ растворяются иод, фосфор, сера, многие органические вещества. Поэтому и используют его главным образом как весьма специфический растворитель. Дихлорид олова SnCl₂ применяют как протраву при крашении и как восстановитель при синтезе органических красителей. Те же функции в текстильном производстве еще у одного соединения элемента №50 – станната натрия Na₂ SnO₃ . Кроме того, с его помощью утяжеляют шелк.

Если иметь в виду только соединения олова, то это применение станната бария BaSnO₃ в радиотехнике в качестве превосходного диэлектрика. А один из изотопов олова, 119 Sn, сыграл заметную роль при изучении эффекта Мессбауэра – явления, благодаря которому был создан новый метод исследования – гамма-резонансная спектроскопия. И это не единственный случай, когда древний металл сослужил службу современной науке.

На примере серого олова – одной из модификаций элемента №50 – была выявлена связь между свойствами и химической природой полупроводникового материала. И это, видимо, единственное, за что серое олово можно помянуть добрым словом: вреда оно принесло больше, тем пользы. Мы еще вернемся к этой разновидности элемента №50 после рассказа о еще одной большой и важной группе соединений олова.

Об оловоорганике

Элементоорганических соединений, в состав которых входит олово, известно великое множество. Первое из них получено еще в 1852 г.

Сначала вещества этого класса получали лишь одним способом – в обменной реакции между неорганическими соединениями олова и реактивами Гриньяра. Вот пример такой реакции:

SnCl₄ + 4RMgX → SnR₄ + 4MgXCl

(R здесь – углеводородный радикал, X – галоген).

Соединения состава SnR₄ широкого практического применения не нашли. Но именно из них получены другие оловоорганические вещества, польза которых несомненна.

Впервые интерес к оловоорганике возник в годы первой мировой войны. Почти все органические соединения олова, полученные к тому времени, были токсичны. В качестве отравляющих веществ эти соединения не были использованы, их токсичностью для насекомых, плесневых грибков, вредных микробов воспользовались позже. На основе ацетата трифенилолова (C₆ H₅ )₃ SnOOCCH₃ был создан эффективный препарат для борьбы с грибковыми заболеваниями картофеля и сахарной свеклы. У этого препарата оказалось еще одно полезное свойство: он стимулировал рост и развитие растений.

Для борьбы с грибками, развивающимися в аппаратах целлюлозно-бумажной промышленности, применяют другое вещество – гидроокись трибутилолова (С₄ Н₉ )₃ SnOH. Это намного повышает производительность аппаратуры.

Все это соединения четырехвалентного олова. Ограниченные рамки статьи не позволяют рассказать о многих других полезных веществах этого класса.Органические соединения двухвалентного олова, напротив, немногочисленны и практического применения пока почти не находят.

О сером олове

Морозной зимой 1916 г. партия олова была отправлена по железной дороге с Дальнего Востока в европейскую часть России. Но на место прибыли не серебристо-белые слитки, а преимущественно мелкий серый порошок.

За четыре года до этого произошла катастрофа с экспедицией полярного исследователя Роберта Скотта. Экспедиция, направлявшаяся к Южному полюсу, осталась без топлива: оно вытекло из железных сосудов сквозь швы, пропаянные оловом.

Примерно в те же годы к известному русскому химику В.В. Марковникову обратились из интендантства с просьбой объяснить, что происходит с лужеными чайниками, которыми снабжали русскую армию. Чайник, который принесли в лабораторию в качестве наглядного примера, был покрыт серыми пятнами и наростами, которые осыпались даже при легком постукивании рукой. Анализ показал, что и пыль, и наросты состояли только из олова, без каких бы то ни было примесей.

Что же происходило с металлом во всех этих случаях?

Кристаллы серого олова кубической конфигурации; размеры их элементарных ячеек больше – длина ребра 6,49 Ǻ. Поэтому плотность серого олова заметно меньше, чем белого: 5,76 и 7,3 г/см 3 соответственно.

Кроме белого и серого олова, обнаружена еще одна аллотропическая модификация элемента №50 – гамма-олово, устойчивое при температуре выше 161°C. Отличительная черта такого олова – хрупкость. Как и все металлы, с ростом температуры олово становится пластичнее, но только при температуре ниже 161°C. Затем оно полностью утрачивает пластичность, превращаясь в гамма-олово, и становится настолько хрупким, что его можно истолочь в порошок.

Еще раз о дефиците

Несколько лет назад американское Горное бюро опубликовало расчеты, из которых следовало, что разведанных запасов элемента №50 хватит миру самое большее на 35 лет.

Правда, уже после этого было найдено несколько новых месторождений, в том числе крупнейшее в Европе, расположенное на территории Польской Народной Республики. И тем не менее дефицит олова продолжает тревожить специалистов.

Поэтому, заканчивая рассказ об элементе №50, мы хотим еще раз напомнить о необходимости экономить и беречь олово.

Нехватка этого металла волновала даже классиков литературы. Помните у Андерсена? «Двадцать четыре солдатика были совершенно одинаковые, а двадцать пятый солдатик был одноногий.

Изотопы

Почему бронзу назвали бронзой?

В честь изобретателя

Жесть для консервирования

Способ длительного сохранения пищевых продуктов консервированием в банках из белой жести, покрытой оловом, первым предложил французский повар Ф. Аппер в 1809 г.

Со дна океана

В 1976 г. начало работать необычное предприятие, которое сокращенно называют РЭП. Расшифровывается это так: разведочно-эксплуатационное предприятие. Оно размещается в основном на кораблях. За Полярным кругом, в море Лаптевых, в районе Ванькиной губы РЭП добывает с морского дна оловоносный песок. Здесь же, на борту одного из судов, работает обогатительная фабрика.

Упоминание об олове встречается и у Гомера. Почти за десять веков до новой эры финикияне доставляли оловянную руду с Британских островов, называвшихся тогда Касситеридами. Отсюда название касситерита - важнейшего из минералов олова; состав его SnO₂. Другой важный минерал - станнин, или оловянный колчедан, Cu₂FeSnS₄. Остальные 14 минералов элемента №50 встречаются намного реже и промышленного значения не имеют. Между прочим, наши предки располагали более богатыми оловянными рудами, чем мы. Можно было выплавлять металл непосредственно из руд, находящихся на поверхности Земли и обогащенных в ходе естественных процессов выветривания и вымывания. В наше время таких руд уже нет. В современных условиях процесс получения олова многоступенчатый и трудоемкий. Руды, из которых выплавляют олово теперь, сложны по составу: кроме элемента №50 (в виде окисла или сульфида) в них обычно присутствуют кремний, железо, свинец, медь, цинк, мышьяк, алюминий, кальций, вольфрам и другие элементы. Нынешние оловянные руды редко содержат больше 1% Sn, а россыпи - и того меньше: 0,01. 0,02% Sn. Это значит, что для получения килограмма олова необходимо добыть и переработать по меньшей мере центнер руды.

Как получают олово из руд

В черновом олове примесей еще довольно много: 5. 8%. Чтобы получить металл сортовых марок (96,5. 99,9% Sn), используют огневое или реже электролитическое рафинирование. А нужное полупроводниковой промышленности олово чистотой почти шесть девяток - 99,99985% Sn - получают преимущественно методом зонной плавки.

Еще один источник

Другие элементы совершают круговорот в природе с участием растений, микроорганизмов и т.д. Круговорот олова - дело рук человеческих.

Олово в сплавах

Олово входит также в состав типографского сплава гарта. Наконец, сплавы на основе олова очень нужны электротехнике. Важнейший материал для электроконденсаторов - станиоль; это почти чистое олово, превращенное в тонкие листы (доля других металлов в станиоле не превышает 5%).

Соединения с неметаллами

Из этих веществ наибольшее значение имеют хлориды. В тетрахлориде олова SnCl₄ растворяются иод, фосфор, сера, многие органические вещества. Поэтому и используют его главным образом как весьма специфический растворитель. Дихлорид олова SnCl₂ применяют как протраву при крашении и как восстановитель при синтезе органических красителей. Те же функции в текстильном производстве еще у одного соединения элемента №50 - станната натрия Na₂SnO₃. Кроме того, с его помощью утяжеляют шелк.

Если иметь в виду только соединения олова, то это применение станната бария BaSnO₃ в радиотехнике в качестве превосходного диэлектрика. А один из изотопов олова, 119 Sn, сыграл заметную роль при изучении эффекта Мессбауэра - явления, благодаря которому был создан новый метод исследования - гамма-резонансная спектроскопия. И это не единственный случай, когда древний металл сослужил службу современной науке.

На примере серого олова - одной из модификаций элемента №50 - была выявлена связь между свойствами и химической природой полупроводникового материала. И это, видимо, единственное, за что серое олово можно помянуть добрым словом: вреда оно принесло больше, тем пользы. Мы еще вернемся к этой разновидности элемента №50 после рассказа о еще одной большой и важной группе соединений олова.

Об оловоорганике

Сначала вещества этого класса получали лишь одним способом - в обменной реакции между неорганическими соединениями олова и реактивами Гриньяра. Вот пример такой реакции:

SnCl₄ + 4RMgX > SnR₄ + 4MgXCl

(R здесь - углеводородный радикал, X - галоген).

Впервые интерес к оловоорганике возник в годы первой мировой войны. Почти все органические соединения олова, полученные к тому времени, были токсичны. В качестве отравляющих веществ эти соединения не были использованы, их токсичностью для насекомых, плесневых грибков, вредных микробов воспользовались позже. На основе ацетата трифенилолова (C₆H₅)₃SnOOCCH₃ был создан эффективный препарат для борьбы с грибковыми заболеваниями картофеля и сахарной свеклы. У этого препарата оказалось еще одно полезное свойство: он стимулировал рост и развитие растений.

Для борьбы с грибками, развивающимися в аппаратах целлюлозно-бумажной промышленности, применяют другое вещество - гидроокись трибутилолова (С₄Н₉)₃SnOH. Это намного повышает производительность аппаратуры.

Все это соединения четырехвалентного олова. Ограниченные рамки статьи не позволяют рассказать о многих других полезных веществах этого класса. Органические соединения двухвалентного олова, напротив, немногочисленны и практического применения пока почти не находят.

О сером олове

Что же происходило с металлом во всех этих случаях?

Кристаллы серого олова кубической конфигурации; размеры их элементарных ячеек больше - длина ребра 6,49 ?. Поэтому плотность серого олова заметно меньше, чем белого: 5,76 и 7,3 г/см 3 соответственно.

Кроме белого и серого олова, обнаружена еще одна аллотропическая модификация элемента №50 - гамма-олово, устойчивое при температуре выше 161°C. Отличительная черта такого олова - хрупкость. Как и все металлы, с ростом температуры олово становится пластичнее, но только при температуре ниже 161°C. Затем оно полностью утрачивает пластичность, превращаясь в гамма-олово, и становится настолько хрупким, что его можно истолочь в порошок.

Еще раз о дефиците

Изотопы

Почему бронзу назвали бронзой?

В честь изобретателя

Жесть для консервирования

Со дна океана

Под названием "трапу" этот металл описан в древнеиндийской литературе. Латинское название олова stannum происходит от санскритского "ста", что означает "твердый".

Цель работы: Изучение степени применения олова.
Задачи:
Рассмотреть характеристику и свойства олова.
Рассмотреть применение олова в различных областях промышленности.

Содержание работы

Введение______________________________________________3
Глава 1
2.1. Общая характеристика_______________________________4
2.2. История открытия___________________________________4
2.3. Месторождение_____________________________________5
2.4. Физические и химические свойства____________________7
2.5. Оловянная чума____________________________________10
2.6. Физиологическое действие___________________________11
2.7. Получение_________________________________________11
2.8. Запасы олова в мире_________________________________12
3. Глава 2
3.1 Применение_________________________________________12
Заключение_______________________________________________15
Источники информации_____________________________________16

Файлы: 1 файл

Мартюкова.docx

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВПО ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра строительных материалов

на тему: Олово. Характеристика и применение.

Выполнил: студент группы С12-2

Проверил: к.т.н., доцент кафедры СМ

Введение______________________ ________________________3
Глава 1

2.1. Общая характеристика________________ _______________4

2.2. История открытия______________ _____________________4

2.3. Месторождение_________________ ____________________5

2.4. Физические и химические свойства____________________7

2.5. Оловянная чума________________ ____________________10

2.6. Физиологическое действие______ _____________________11

2.7. Получение_____________________ ____________________11

2.8. Запасы олова в мире___________ ______________________12

3.1 Применение____________________ _____________________12

Источники информации____________________ _________________16

Олово - один из немногих металлов, известных человеку еще с доисторических времен. Олово и медь были открыты раньше железа, а сплав их (т.е. бронза) - это, по-видимому, самый первый "искусственный" материал, первый материал, приготовленный человеком.

Цель работы: Изучение степени применения олова.

Рассмотреть характеристику и свойства олова.
Рассмотреть применение олова в различных областях промышленности.

Олово (обозначается символом S n) — элемент 14-й группы периодической таблицы химических элементов, пятого периода, с атомным номером 50. Относится к группе лёгких металлов. При нормальных условиях простое вещество олово — пластичный, ковкий и легкоплавкий блестящий металл серебристо-белого цвета.

Олово — редкий рассеянный элемент, по распространенности в земной коре занимает 47-е место. 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).

Когда человек впервые познакомился с оловом точно сказать нельзя. Олово и его сплавы известны человечеству с древнейших времен. Упоминание об олове есть в ранних книгах Ветхого Завета. 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.

Основное месторождение расположено в Северном Приладожье на территории Питкярантского района Республики Карелия в 15 км к северо-западу от г. Питкяранта и в 250 км от Петрозаводска.

Оловосодержащее сырье и способы его переработк и

Основным минералом олова является касситерит, представляющий собой оксид олова ( Sn О ₂ ). Меньшее практическое значение имеет другой минерал - смешанный сульфид олова, меди и железа - станнин ( Cu ₂ FeSnS ₄ .) Содержание олова в рудах обычно составляет 0,1-3 %. Руды оловянных месторождений можно подразделить на россыпные и коренные.

Россыпи обычно значительно легче обогащаются гравитационными методами, чем руды коренных месторождений, они не требуют применения дорогостоящих процессов дробления, измельчен ия. Доводка черновых концентратов легко осуществляется магнитными, электрическими и другими методами.

В России около 95% олова извлекается из коренных, обычно очень сложных и труднообогатимых, тонко-вкрапленных руд, требующих развитых схем обогащения, применения флотации.

Технология производства олова:

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.

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.

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.

Простое вещество олово полиморфно. В обычных условиях оно существует в виде бета-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 бета-Sn 7,29 г/см 3 . Температура плавления 231,9°C, температура кипения 2270°C.

Из-за сильного различия структур двух модификаций олова разнятся и их электрофизические свойства. Так, бета-Sn — металл, а альфа-Sn относится к числу полупроводников. Ниже 3,72 К альфа-Sn переходит в сверхпроводящее состояние. Стандартный электродный потенциал E°Sn 2+ /Sn равен –0.136 В, а E пары °Sn 4+ /Sn 2+ 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:

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

С концентрированной соляной кислотой олово медленно реагирует:

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

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:

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

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

Гидрид олова — станнан SnH₄ — можно получить по реакции:

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:

При сильном нагреве оксид олова( II) диспропорционирует:

При хранении на воздухе монооксид SnO постепенно окисляется:

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

Свежеполученная альфа-оловянная кислота растворяется в кислотах и щелочах:

При хранении альфа-оловянная кислота стареет, теряет воду и переходит в бета-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):

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

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.

История открытия и основные этапы развития представлений об олове как одном из семи металлов древности. Анализ распространенности данного элемента в природе, направления хозяйственного использования, особенности химической структуры. Физические свойства.

Рубрика	Химия
Вид	контрольная работа
Язык	русский
Дата добавления	27.05.2014
Размер файла	76,0 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

1. История открытия олова

2. Распространение 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).

Месторождения

Мировые месторождения олова находятся в Юго-Восточной Азии, в основном в Китае, Индонезии, Малайзии и Таиланде. Также есть крупные месторождения в Южной Америке (Боливии, Перу, Бразилии) и Австралии.

В России запасы оловянных руд расположены в Чукотском автономном округе (рудник / посёлок Валькумей, Иультин - разработка месторождений закрыта в начале 1990-х годов), в Приморском крае (Кавалеровский район), в Хабаровском крае (Солнечный район, Верхнебуреинский район (Правоурмийское месторождение)), в Якутии (месторождение Депутатское) и других районах.

3. Физические свойства

Плотность: в твердом состоянии при 20°С - 7,3 г/смі; в жидком состоянии при температуре плавления - 6,98 г./смі;

Температура: плавления - 231,9°С; кипения - 2600°С;

Коэффициент линейного расширения при температуре 20?100°С - 22,4*10 ?6 К ?1 ;

Удельная теплоемкость: в твердом состоянии при 20°С - 226 Дж/(кг*К); в жидком состоянии при температуре плавления - 268 Дж/(кг*К);

Теплопроводность при 20°С - 65,8 Вт/(м*К);

Удельное электросопротивление при 20°С - 0,115 мкОм*м;

Удельная электропроводность при 20°С - 8,69 МСм/м;

Механические и технологические свойства олова:

Модуль упругости 55 ГПа при 0°С и 48 ГПа при 100°С

Временное сопротивление разрыву - 20 МПа;

Относительное удлинение - 80%;

Твердость по Бринеллю - 50 МПа;

Температура литья - 260?300°С;

Простое вещество олово полиморфно. В обычных условиях оно существует в виде в-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 нём - октаэдр. Плотность в-Sn 7,228 г./см 3 .

Из-за сильного различия структур двух модификаций олова разнятся и их электрофизические свойства. Так, в-Sn - металл, а б-Sn относится к числу полупроводников. Ниже 3,72 К -Sn переходит в сверхпроводящее состояние. Стандартный электродный потенциал E°Sn 2+ /Sn равен ?0.136 В, а E пары°Sn 4+ /Sn 2+ 0.151 В.

4. Химические свойства

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:

олово химический металл

Олово медленно реагирует c концентрированной соляной кислотой:

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

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

Гидрид олова - станнан SnH₄ - можно получить по реакции:

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:

При сильном нагреве оксид олова (II) диспропорционирует:

При хранении на воздухе монооксид SnO постепенно окисляется:

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

Свежеполученная -оловянная кислота растворяется в кислотах и щелочах:

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

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

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

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

5. Получение

В процессе производства рудоносная порода (касситерит) подвергается дроблению до размеров частиц в среднем ~ 10 мм, в промышленных мельницах, после чего касситерит за счет своей относительно высокой плотности и массы отделяется от пустой породы вибрационно-гравитационном методом на обогатительных столах. В дополнение применяется флотационный метод обогащения / очистки руды. Таким образом удается повысить содержание олова в руде до 40-70%. Далее проводят обжиг концентрата в кислороде для удаления примесей серы и мышьяка. Полученный концентрат оловянной руды выплавляется в печах. В процессе выплавки восстанавливается до свободного состояния посредством применения в восстановлении древесного угля, слои которого укладываются поочередно со слоями руды, или алюминием (цинком) в электропечах: SnO₂ + C = Sn + CO₂. Особо чистое олово полупроводниковой чистоты готовят электрохимическим рафинированием или методом зонной плавки.

6. Соединения олова

Самородные элементы, сплавы и интерметаллические соединения

Хотя концентрации этих минералов в породах очень низки, однако распространены они в широком круге генетических образований. Среди самородных форм вместе с Sn выявлены Fe, Al, Cu, Ti, Cd и т.д., не считая уже известные самородные платиноиды, золото и серебро. Эти же элементы образуют между собой и различные сплавы: (Cu + Sn + Sb), (Pb + Sn + Sb) и др., а также твёрдые растворы. Среди интерметаллических соединений установлены стистаит SnSb, атакит (Pd, Pt)₃Sn, штумырлит Pt (Sn, Bi), звягинцевит (Pd, Pt)₃(Pb, Sn), таймырит (Pd, Cu, Pt)₃Sn и другие.

Приведённые формы нахождения олова и других элементов встречаются в различных геологических образованиях:

1. Группа интрузивных и эффузивных магматических пород: траппы, пикриты Сибирской платформы, гипербазиты и габброиды Камчатки, кимберлиты Якутии, лампроиты Алдана и т.д.; гранитоиды Приморья, Дальнего Востока, Тянь-Шаня.

2. Группа метасоматически и гидротермально изменённых пород: медно-никелевые руды Сибирской платформы, золоторудные объекты Урала, Кавказа, Узбекистана и т.д.

3. Группа современного рудообразования: пелагические осадки Тихого океана, продукты Большого Трещинного Толбачинского извержения, гидротермальная система Узон на Камчатке и пр.

4. Группа осадочных пород различного происхождения.

Окисные соединения олова

Наиболее известной формой является главный минерал олова - касситерит SnO₂, представляющий собой соединение олова с кислородом. В минерале по данным ядерной гамма-резонансной спектроскопииприсутствует Sn +4 .

Касситерит (от греч. kassiteros - олово) - главный рудный минерал для получения олова. Теоретически содержит 78,62% Sn. Образует отдельные выделения, зерна, сплошные массивные агрегаты, в которых зерна минерала достигают в размере 3 - 4 мм и даже больше.

· Плотность 6040-7120 кг/мі (наиболее низкая у светлоокрашенных касситеритов).

· Блеск - матовый, на гранях - алмазный.

Основные формы выделения касситерита:

1. микровключения в других минералах;

2. акцессорные выделения минерала в породах и рудах;

3. сплошные или вкрапленные руды: игольчатые радиально-лучистые агрегаты (Приморье), коломорфные и криптокристаллические выделения и скопления (Приморье); кристаллическая форма - главная форма выделения касситерита. В России месторождения касситерита имеются на Северо-Востоке, в Приморье, Якутии, Забайкалье; за рубежом - в Малайзии, Таиланде, Индонезии, КНР, Боливии, Нигерии и др.

Известна многочисленная группа силикатов олова, представленная малаяитом CaSn[SiO₅]; пабститом Ba (Sn, Ti) Si₃O₉, стоказитом Ca₂Sn₂Si₆O₁₈x4H_2O и др. Малаяит образует даже промышленные скопления.

Из других окисных соединений известны также шпинелиды, например, минерал нигерит Sn₂Fe₄Al₁₆О₃₂ (Peterson E.U., 1986).

Сульфидные соединения олова

Включает различные соединения олова с серой. Это вторая по промышленному значению группа минеральных форм нахождения олова. Наиболее важным из них является станнин, второй по значению минерал. Кроме этого отмечаются франкеит Pb₅Sn₃Sb₂S₁₄, герценбергит SnS, берндтит SnS₂, тиллит PbSnS₂ и кестерит Cu₂ZnSnS₄. Выявлены и более сложные сульфидные соединения олова со свинцом, серебром, медью, имеющие в основном минералогическое значение. Тесная связь олова с медью обусловливает частое присутствие на оловорудных месторождения халькопирита CuFeS₂ с образованием парагенезиса касситерит - халькопирит.

Станнин (от лат. stannum - олово), оловянный колчедан, минерал из класса сульфидов с общей формулой вида Cu₂FeSnS₄. Она следует из формулы халькопирита путём замены одного атома Fe на Sn. Содержит 29,58% Cu, 12,99% Fe, 27,5% Sn и 29,8 S, а также примеси Zn, Sb, Cd, Pb и Ag. Широко распространённый минерал в оловорудных месторождениях России. На ряде местрождений России (Приморье, Якутия) и Средней Азии (Таджикистан) он является существенным элементов сульфидных минералов и часто вместе с варламовитом составляет 10-40% общего олова. Часто образует вкрапленность в сфалерите ZnS, халькопирите. Во многих случаях наблюдаются явления распада станнина с выделением касситерита.

7. Методы анализа

Определение олова обратным титрованием раствором соли меди в присутствии ПАН

ЭДТА, 0,1 М раствор. Нитрат меди, 0,1 М раствор. Ацетатный буферный раствор, рН = 5. Уротропин, 20%-ный водный раствор.

Ход определения. К сильно подкисленному соляной кислотой анализируемому раствору приливают 30 мл раствора ЭДТА, - немного индикатора тимолового синего и нагревают до кипения. Медленно по каплям прибавляют 20%-ный раствор уротропина при помешивании и постоянном кипячении до появления желтой окраски раствора. Затем вносят 20 мл буферного раствора с

рН = 5, разбавляют до 200 мл и охлаждают до комнатной температуры. После прибавления небольшого количества индикатора ПАН титруют раствором нитрата меди до перехода окраски раствора в фиолетовую и в заключение титруют раствором ЭДТА до перехода фиолетовой окраски в зелено-желтую.

Определение олова с пирокатехиновым фиолетовым обратным титрованием раствором ацетата цинка

ЭДТА, 0,05 М раствор. Ацетат цинка, 0,05 М раствор. Уксусная кислота. Аммиак, раствор 1: 1. Ацетат натрия, 3 М раствор. Пирокатехиновый фиолетовый. Тимоловый синий.

Ход определения. К сильнокислому анализируемому раствору, содержащему до 150 мг олова, приливают 30,00 мл ЭДТА, 2 мл уксусной кислоты и при сильном перемешивании медленно нейтрализуют раствором аммиака (1:1) до перехода окраски индикатора тимолового синего. После добавления 10 мл раствора ацетата натрия рН раствора имеет значение около 5. Затем раствор разбавляют до 150-200 мл, нагревают до 70-80° С, прибавляют пирокатехиновый фиолетовый и титруют раствором ацетата цинка до перехода окраски в синюю.

Замечания. Нейтрализацию следует проводить медленно. Прибавление уксусной кислоты должно воспрепятствовать перенейтрализации благодаря созданию буферного раствора, однако, несмотря на это, следует избегать местного пересыщения щелочью, проводя нейтрализацию медленно и сильно перемешивая. Если образуется муть, то, согласно собственным опытам автора, лучше всего снова сильно подкислить раствор и с большими предосторожностями начать проводить нейтрализацию.

Точку эквивалентности устанавливают по реакции между ионами ми олова и пирокатехиновым фиолетовым. Практически эта реакция протекает моментально, однако реакция замещения SnY + Zn2+ = ZnY2- + Sn4+ протекает на холоду медленно и поэтому титрование проводят при повышенной температуре.

Определению не мешают Sbv, щелочноземельные металлы и магний. Мешают Bi, As111, AsV, SbIII, W, Mo, Ti, Al, Mn, Cr, Zr в комплексообразующие анионы, такие, как тартрат, цитрат и оксалат; Ag мешает, окисляя индикатор, но титрование в присутствии серебра возможно, если индикатор прибавляют незадолго до точки эквивалентности или обновляют и определение быстро проводят до конца. Совместно с Sn титруются Рb, Сu, Cd, Zn и Ni. Однако, используя дифференциальный метод титрования, можно определить Sn в присутствии умеренных количеств этих металлов. В аликвотной порции анализируемого раствора, согласно приведенной выше методике, определяют общее содержание этих металлов, включая олово. Во второй аликвотной порции олово маскируют с помощью триэтаноламина и обратно титруют избыток ЭДТА раствором ацетата цинка с эриохромом черным Т при рН = 10; Sn определяют по разности.

Трудностей, возникающих в процессе нейтрализации, можно избежать, если нейтрализацию проводить в гомогенном растворе. Это предусмотрено в описанном ниже методе, который основан на неопубликованных исследованиях Флашки и Вольфрама и разработан для анализа аналитически чистых солей олова.

8. Применение

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.

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.

Цены на металлическое олово в 2006 году составили в среднем 12-18 долл./кг, двуокись олова высокой чистоты около 25 долл./кг, монокристаллическое олово особой чистоты около 210 долл./кг.

Исследуются изолированные двумерные слои олова (станен), созданные по аналогии с графеном.

9. Интересные факты об элементе

Белое олово - серебристо-белый, блестящий металл со специфической тетрагональной структурой и электронным s 2 p 2 -состоянием - в-фазой. Серое олово - ковалентный кристалл со структурой алмаза и электронным sp 3 -состоянием - б-фазой. Фазовые переходы олова из белого в серое и обратно сопровождаются перестройкой электронной структуры и сильным (25,6%) объёмным эффектом. Белое олово можно переохладить до гелиевых температур (температура фазового б-в-равновесия около +13,2°C).

Любопытные факты:

Подобные документы

Общая характеристика марганца, его основные физические и химические свойства, история открытия и современные достижения в исследовании. Распространенность в природе данного химического элемента, направления его применения в промышленности, получение.

контрольная работа [75,4 K], добавлен 26.06.2013

История распространения серы в природе, физические характеристики и химические свойства. Добыча и получение производных продуктов. Особенности различия сортов и сферы применения данного химического элемента в процессе жизнедеятельности человечества.

презентация [1,3 M], добавлен 20.04.2011

Основные физические и химические свойства, технологии получения бериллия, его нахождение в природе и сферы практического применения. Соединения бериллия, их получение и производство. Биологическая роль данного элемента. Сплавы бериллия, их свойства.

реферат [905,6 K], добавлен 30.04.2011

История открытия кислорода. Нахождение элемента в таблице Менделеева, его вхождение в состав других веществ и живых организмов, распространенность в природе. Физические и химические свойства кислорода. Способы получения и области применения элемента.

презентация [683,8 K], добавлен 07.02.2012

Характеристика брома как химического элемента. История открытия, нахождение в природе. Физические и химические свойства этого вещества, его взаимодействие с металлами. Получение брома и его применение в медицине. Биологическая роль его в организме.

Читайте также: