Олово: различия между версиями
imported>Treskful →Смотреть также: стандартизация структуры |
|||
| Строка 1: | Строка 1: | ||
{{ | {{значения}}{{Перенаправление|Sn|SN}}{{Карточка химического элемента | ||
{{ | | имя = О́лово / Stannum (Sn) | ||
| символ = Sn | |||
| номер = 50 | |||
| вверху = [[Германий|Ge]] | |||
| внизу = [[Свинец|Pb]] | |||
| изображение = Cín.PNG | |||
| подпись = Образцы β-олова | |||
| внешний вид = | |||
| атомная масса = 118,710(7)<ref name="iupac atomic weights">{{AtWt2021}}</ref> | |||
| радиус атома = 162 | |||
| энергия ионизации 1 = 708,2 (7,34) | |||
| группа = 14 (устар. IVA) | |||
| период = 5 | |||
| блок = <br>[[p-элементы|p-элемент]] | |||
| конфигурация = [Kr] 4d<sup>10</sup>5s<sup><nowiki>2</nowiki></sup>5p<sup><nowiki>2</nowiki></sup> | |||
| ковалентный радиус = 141 | |||
| радиус иона = (+4e) 71 (+2) 93 | |||
| электроотрицательность = 1,96 | |||
| электродный потенциал = −0,136 | |||
| степени окисления = +2, +4 | |||
| плотность = 7,31 | |||
| теплоёмкость = 27,11<ref name=ХЭ>{{ХЭ|автор = Дергачёва Н. П.|статья = Олово|том = 3| c = 382—384}} | |||
</ref> | |||
| теплопроводность = 66,8 | |||
| температура плавления = 230,90 °C<ref name=ФЭ>{{ФЭ|статья=Олово|автор=Бердоносов С. С.|т=3|с=404|ссылка=http://femto.com.ua/articles/part_2/2590.html}}</ref> | |||
| теплота плавления = 7,19<ref name=ФЭ/>; | |||
| температура кипения = 2893 K, 2620 °C<ref name="Zhang">''Yiming Zhang, Julian R. G. Evans, Shoufeng Yang'' Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks. In: ''[[Journal of Chemical & Engineering Data]].'' 56, 2011, S. 328–337, [[doi:10.1021/je1011086]].</ref> | |||
| теплота испарения = 296<ref name=ХЭ/> | |||
| молярный объём = 16,3 | |||
| структура решётки = Тетрагональная | |||
| параметры решётки = {{math|''a''}}=5,831; {{math|''c''}}=3,181 | |||
| отношение c/a = 0,546 | |||
| температура Дебая = 170,00 | |||
}}{{Элемент периодической системы|align=center|fontsize=100%|number=50}} | |||
'''О́лово''' ([[Химические знаки|химический символ]] — Sn, от {{lang-la|Stannum}}) — [[химический элемент]] [[14 группа элементов|14-й группы]] (по [[Короткая форма периодической системы элементов|устаревшей классификации]] — главной подгруппы четвёртой группы, IVA), [[Пятый период периодической системы|пятого периода]] [[Периодическая система химических элементов|периодической системы химических элементов]] [[Менделеев, Дмитрий Иванович|Д. И. Менделеева]], с [[атомный номер|атомным номером]] 50<ref>[http://www.iupac.org/reports/periodic_table Таблица Менделеева] {{webarchive|url=https://web.archive.org/web/20080517165041/http://www.iupac.org/reports/periodic_table/ |date=2008-05-17 }} {{недоступная ссылка|число=21|месяц=05|год=2013|url=http://www.iupac.org/reports/periodic_table|id=20121223}} на сайте [[ИЮПАК]].</ref> и атомной массой 118,710(7)<ref name="iupac atomic weights"/>. | |||
{{ | |||
Относится к группам [[Лёгкие металлы|лёгких металлов]] и [[Постпереходные металлы|постпереходных металлов]]. | |||
{{ | [[Простое вещество]] '''олово''' (при [[Нормальные условия|нормальных условиях]]) — пластичный, ковкий и легкоплавкий [[Блеск|блестящий]] [[металл]] серебристо-белого цвета. Известны четыре аллотропные модификации олова: ниже +13,2 °C устойчиво {{math|α}}-олово ([[серое олово]]) с [[Кубическая сингония|кубической]] [[Кристаллическая решётка|решёткой]] [[алмаз]]ного типа, выше +13,2 °C устойчиво {{math|β}}-олово ([[белое олово]]) с [[Тетрагональная сингония|тетрагональной]] кристаллической решёткой<ref name="ХЭ"/>. При высоких давлениях обнаружены также {{math|γ}}-олово и {{math|σ}}-олово. | ||
{{-|left}} | |||
{{ | |||
== | == История == | ||
{{ | Олово было известно человеку уже в [[IV тысячелетие до н. э.|IV тысячелетии до н. э.]] Этот металл был малодоступен и дорог, поэтому изделия из него редко встречаются среди [[Древний Рим|римских]] и [[Древняя Греция|греческих]] древностей. Об олове есть упоминания в [[Библия|Библии]] в [[Книга Чисел|Книге Чисел]] ({{Библия|Чис|31:22}}). Олово является (наряду с [[медь]]ю) одним из компонентов оловянистой [[бронза|бронзы]], изобретённой в конце или середине [[III тысячелетие до н. э.|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 «[[бронзовый век|бронзового века]]», более 2000 лет (очень приблизительно: [[XXXV век до н. э.|XXXV]]—[[XI век до н. э.|XI]] века до н. э.). | ||
Чистое олово получено не ранее XII века, о нём упоминает в своих трудах [[Бэкон, Роджер|Р. Бэкон]]. До этого олово всегда содержало переменное количество [[Свинец|свинца]]. [[Хлориды|Хлорид]] SnCl<sub>4</sub> впервые получил [[Либавий, Андреас|А. Либавий]] в 1597 г. [[Аллотропия|Аллотропию]] олова и явление «оловянной чумы» объяснил [[Коген, Эрнст Юлиус|Э. Коген]] в 1911 г.[[Файл:Tin-2.jpg|thumb|right| Расплавленное олово]] | |||
==== | == Происхождение названия == | ||
Латинское название ''{{lang|la|stannum}}'', связанное с [[Санскрит|санскритским]] словом, означающим «стойкий, прочный», первоначально относилось к сплаву свинца и [[серебро|серебра]], а позднее к другому, имитирующему его [[сплав]]у, содержащему около 67 % олова; к [[IV век]]у н. э. этим словом стали называть собственно олово<ref>''Encyclopædia Britannica, 11th Edition'', 1911, ''s.v.'' '[[s:en:1911 Encyclopædia Britannica/Tin|tin]]', citing H. Kopp</ref>. | |||
Слово ''олово'' — общеславянское, однако в некоторых славянских языках такое же или однокоренное слово ({{lang-pl|ołów}}, {{lang-cs|olovo}}, {{lang-sr|олово}}, {{lang-be|волава}} и др.) используется для обозначения другого, внешне похожего металла — [[Свинец|свинца]]. Слово ''олово'' имеет соответствия в балтийских языках (ср. {{lang-lt|alavas, alvas}}, {{lang-lv|alva}} — «олово», [[Прусский язык|прусск.]] ''alwis'' — «свинец»). Оно является суффиксальным образованием от корня ''ol-'' (ср. [[Древневерхненемецкий язык|древневерхненемецкое]] ''elo'' — «жёлтый», {{lang-la|albus}} — «белый» и пр.), так что металл назван по цвету<ref>''Введенская Л. А., Колесников Н. П.'' Этимология: Учебное пособие // СПб: Питер, 2004, стр. 122.</ref>. | |||
== | == Физические свойства == | ||
Полная электронная конфигурация атома олова: 1s<sup>2</sup>2s<sup>2</sup>2p<sup>6</sup>3s<sup>2</sup>3p<sup>6</sup>3d<sup>10</sup>4s<sup>2</sup>4p<sup>6</sup>4d<sup>10</sup>5s<sup><nowiki>2</nowiki></sup>5p<sup><nowiki>2</nowiki></sup> | |||
==== | : Плотность: в твёрдом состоянии при +20 °С — 7,3 г/см³; в жидком состоянии при температуре плавления — 6,98 г/см³. | ||
: Температура: плавления — 231,91 °C<ref name=ФЭ/>; кипения — 2620 °C. | |||
: Коэффициент линейного расширения: | |||
:: при температуре 0 °C равен 1,99·10<sup>−5</sup> К<sup>−1</sup>; | |||
:: при +100 °С равен 2,38·10<sup>−5</sup> К<sup>−1</sup><ref name=ХЭ/>; | |||
:: средний в диапазоне 0—100 °C равен 2,62·10<sup>−5</sup> К<sup>−1</sup><ref name=ФЭ/>. | |||
: Удельная теплоёмкость: в твёрдом состоянии при +20 °C — 226 Дж/(кг·К); в жидком состоянии при температуре плавления — 268 Дж/(кг·К). | |||
: Молярная теплоёмкость при постоянном давлении: при 0 °C равна 27,11 Дж/(моль·К) (белое олово), 25,79 Дж/(моль·К) (серое олово)<ref name=ХЭ/>. | |||
: Теплота плавления равна 7,19 кДж/моль<ref name=ФЭ/>. | |||
: Теплота испарения равна 296 кДж/моль<ref name=ХЭ/>. | |||
: Теплопроводность при +20 °С — 65,26 Вт/(м·К)<ref name=ХЭ/>. | |||
: Удельное электрическое сопротивление при +20 °C — 0,115 мкОм·м<ref name=ХЭ/> (по другим данным 0,128 мкОм·м при +25 °C<ref name=ФЭ/>). | |||
: Термический коэффициент сопротивления равен 4,5·10<sup>−3</sup> К<sup>−1</sup><ref name=ФЭ/>. | |||
: Удельная электропроводность при +20 °C — 8,69 МСм/м. | |||
: [[Температура Дебая]] равна 200 К (белое олово), 212 К (серое олово)<ref name=ФЭ/>. | |||
=== | Механические и технологические свойства: | ||
: модуль упругости 55 ГПа при 0 °C<ref name=ХЭ/><ref name=ФЭ/> и 48 ГПа при 100 °C;<!-- ([http://www.rosswarka.ru/index.php?pid=592 источник])--> | |||
: модуль сдвига 16,8—8,1 ГПа<ref name=ФЭ/>; | |||
: временное сопротивление разрыву — 20 МПа; | |||
: относительное удлинение — 40 %<ref name=ХЭ/>; | |||
: твёрдость по Бринеллю — 152 МПа (белое олово), 62 МПа (серое олово)<ref name=ХЭ/>; | |||
: температура литья — 260—300 °C. | |||
= | При температуре немного выше 170 °C олово становится хрупким<ref name=ФЭ/>. | ||
[[Стандартный электродный потенциал]] {{math|''E''}} °Sn<sup>2+</sup>/Sn равен −0,136 В, а {{math|''E''}} пары °Sn<sup>4+</sup>/Sn<sup>2+</sup> около 0,151 В. | |||
=== | === Серое и белое олово === | ||
[[Файл:Zinn 9eng.jpg|thumb|Серое и белое олово]] | |||
| | |||
=== | Простое вещество олово полиморфно. В обычных условиях оно существует в виде {{math|β}}-модификации (белое олово), устойчивой выше +13,2 °C. Белое олово — серебристо-белый, мягкий, пластичный металл, образующий кристаллы {{Крист|синг=4|гр=''I''4/''amd''|a=0,58197|b=|c=0,3175|alpha=|beta=|gamma=|Z=4|d=|рп=1|nocat=}}. Координационное окружение каждого атома олова в нём — [[октаэдр]]. Плотность {{math|β}}-Sn равна {{nobr|7,228 г/см<sup>3</sup>}}. При сгибании прутков олова слышен [[Оловянный крик|характерный хруст]] от взаимного трения кристаллитов<ref>{{Cite web |url=http://allencyclopedia.ru/54123 |title=Севрюков Н. Н. Олово // БСЭ (3-е изд.) |access-date=2016-07-10 |archive-date=2016-08-09 |archive-url=https://web.archive.org/web/20160809143339/http://allencyclopedia.ru/54123 |url-status=live }}</ref>. | ||
{{ | При охлаждении белое олово переходит в {{math|α}}-модификацию (серое олово). Серое олово образует кристаллы {{Крист|синг=к|гр=''Fd''3''m''|a=0,646|b=|c=|alpha=|beta=|gamma=|Z=8|d=|рп=1|nocat=}} со структурой типа [[алмаз]]а. В сером олове координационный полиэдр каждого атома — [[тетраэдр]], координационное число 4. [[Фазовый переход]] {{math|β}}-Sn в {{math|α}}-Sn сопровождается увеличением удельного объёма на 25,6 % (плотность {{math|α}}-Sn составляет 5,75 г/см<sup>3</sup>), что приводит к рассыпанию олова в порошок. [[Энтальпия]] перехода {{math|α → β}} {{nobr|{{math|Δ''H''}} {{=}} 2,08 кДж/моль}}. Одна модификация переходит в другую тем быстрее, чем ниже температура окружающей среды. При −33 °C скорость превращений становится максимальной. Тем не менее белое олово можно переохладить до гелиевых температур. Белое олово превращается в серое также под действием [[ионизирующее излучение|ионизирующего излучения]]<ref name="Slovar">{{статья|заглавие=Радиационная химия|издание=[[Энциклопедический словарь (Педагогика)|Энциклопедический словарь]] юного химика. 2-е изд.|ответственный=Сост. В. А. Крицман, В. В. Станцо|место={{М}}|издательство=[[Педагогика (издательство)|Педагогика]]|isbn=5-7155-0292-6|год=1990|страницы=200}}</ref>. | ||
{{ | Из-за сильного различия структур двух модификаций олова разнятся и их электрофизические свойства. Так, {{math|β}}-Sn — металл, а {{math|α}}-Sn относится к числу полупроводников. Ниже {{nobr|3,72 К}} {{math|β}}-Sn переходит в сверхпроводящее состояние. Атомы в кристаллической решётке белого олова находятся в электронном s<sup>2</sup>p<sup>2</sup>-состоянии. Серое олово — ковалентный кристалл со структурой [[Алмаз|алмаза]] и электронным sp<sup>3</sup>-состоянием. Белое олово слабо [[Парамагнетики|парамагнитно]], атомная магнитная восприимчивость {{nobr|{{math|χ}} {{=}} +4,5·10<sup>−6</sup>}} (при {{nobr|303 К}}), при температуре плавления становится диамагнитным, {{nobr|{{math|χ}} {{=}} −5,1·10<sup>−6</sup>}}. Серое олово [[Диамагнетики|диамагнитно]], {{nobr|{{math|χ}} {{=}} −3,7·10<sup>−5</sup>}} (при {{nobr|293 К}}). | ||
{{ | Соприкосновение серого олова и белого приводит к «заражению» последнего, то есть к ускорению фазового перехода по сравнению со спонтанным процессом из-за появления зародышей новой кристаллической фазы. Совокупность этих явлений называется «оловянной чумой».<ref>{{Книга|ссылка=https://kazan.bvb-alyans.ru/media/other/spivakovskij_analiticheskaya_himiya_olova.pdf|автор=Спиваковский В. Б.|заглавие=Аналитическая химия олова|ответственный=под ред. Виноградова А. П.|год=1975|место=М.|издательство=Наука|страницы=10—11|страниц=252|тираж=2400}}</ref> Нынешнее название этому процессу в 1911 году дал [[Коген, Эрнст Юлиус|Э. Коген]] (он называл его также «музейной болезнью»<ref name=far35/>), однако это явление было известно ещё в античности, оно упоминается [[Аристотель|Аристотелем]] и [[Плутарх]]ом<ref name=far35/>. Начало научного изучения этого фазового перехода было положено в 1870 году работами петербургского учёного, академика [[Фрицше, Юлий Фёдорович|Ю. Фрицше]]. Много ценных наблюдений и мыслей об этом процессе высказано [[Менделеев, Дмитрий Иванович|Д. И. Менделеевым]] в его «Основах химии». | ||
Одним из средств предотвращения «оловянной чумы» является добавление в олово стабилизатора, например [[висмут]]а. С другой стороны, ускоряет процесс перехода белого олова в серое при не очень низких температурах катализатор [[Гексахлоростаннат(IV) аммония|хлорстаннат аммония (NH<sub>4</sub>)<sub>2</sub>SnCl<sub>6</sub>]]<ref>{{статья|автор=Паравян Н. А.|заглавие=Оловянная чума|издание=[[Химия и жизнь]]|номер=7|год=1979|страницы=69—70}}</ref>. | |||
«[[Оловянная чума]]» — одна из причин гибели [[Терра Нова (экспедиция)|экспедиции]] [[Скотт, Роберт Фолкон|Скотта]] к [[Южный полюс|Южному полюсу]] в [[1912 год]]у. Она осталась без [[горючее|горючего]] из-за того, что топливо просочилось из запаянных оловом баков, поражённых «оловянной чумой»<ref>Оловянная чума // БСЭ</ref>. | |||
{{ | Некоторые историки указывают на «оловянную чуму» как на одно из обстоятельств поражения армии [[Наполеон I|Наполеона]] в России в [[Отечественная война 1812 года|1812 году]] — сильные морозы привели к превращению оловянных пуговиц на мундирах солдат в порошок<ref>{{cite news|url=http://www.straightdope.com/columns/read/2764/napoleon-complex|title=Оловянная чума погубила армию Наполеона|date=2008-05-02|publisher=|access-date=2014-11-06|archive-date=2014-10-30|archive-url=https://web.archive.org/web/20141030031753/http://www.straightdope.com/columns/read/2764/napoleon-complex}}</ref>. | ||
=== | Оловянная чума погубила многие музейные экспонаты. В музейных собраниях России оловянные предметы большой древности отсутствуют, имеются лишь единичные предметы начиная с XIV века, существующие экспонаты относятся в основном к XVIII и последующим векам. Так, разрушился целый ряд блюд и мисок XVII века из казны царевны [[Татьяна Михайловна|Татьяны Михайловны]], сестры царя [[Алексей Михайлович|Алексея Михайловича]], и из казны его дочерей [[Феодосия Алексеевна|Феодосии Алексеевны]] и [[Софья Алексеевна|Софья Алексеевны]] в [[Ризница|ризнице]] [[Троицкий собор (Александров)|Троицкого собора]] [[Успенский монастырь (Александров)|Успенского девичьего монастыря]] в [[Александров (город)|Александрове]], где во время послереволюционной разрухи после 1917 года надолго прекращалось отопление<ref name=far35>{{книга|автор=[[Фармаковский, Мстислав Владимирович|Фармаковский М. В.]]|часть=Изделия из олова и оловянная чума|ссылка часть=http://art-con.ru/node/4105|заглавие=Очерки по методике технологического исследования реставрации и консервации древних металлических изделий|оригинал= |ссылка=|издание=|ответственный=|место=М-Л.|издательство=ОГИЗ|год=1935|том=|страницы=|страниц=|isbn=|тираж=}}</ref>. | ||
== | Олово, поражённое «чумой», после переплавки снова становится белым. Однако для превращения серого олова в белое достаточно выдержать его при повышенной температуре, по одним источникам, выше +40 °C, по другим — выше +59 °C<ref name=far35/>. Реставраторы для остановки разрушения предметов, поражённых «оловянной чумой», выдерживают их в кипящей воде в течение часа и более<ref name=far35/>. | ||
==== | При высоких давлениях обнаружены ещё две модификации олова: {{math|γ}}-олово (переход при температуре 161 °C и давлении около 4 ГПа, при комнатной температуре и давлении 10 ГПа) и {{math|σ}}-олово (переход при температуре около 1000 °C и давлении выше 21 ГПа)<ref>{{статья | ||
|автор={{nobr|Molodets A. M.}}, {{nobr|Nabatov S. S.}} | |||
|заглавие=Thermodynamic potentials, diagram of state, and phase transitions of tin on shock compression | |||
|ссылка=https://link.springer.com/article/10.1007%2FBF02755923 | |||
|издание=High Temperature | |||
|год=2000 | |||
|месяц=9 | |||
|том=38 | |||
|номер=5 | |||
|страницы=715—721 | |||
|doi=10.1007/BF02755923 | |||
|язык=en | |||
|archive-date=2018-05-27 | |||
|archive-url=https://web.archive.org/web/20180527023830/https://link.springer.com/article/10.1007/BF02755923 | |||
}}</ref>. | |||
=== | === Изотопы === | ||
{{main|Изотопы олова}} | |||
Природное олово состоит из десяти стабильных [[нуклид]]ов с [[массовое число|массовыми числами]] 112 (в смеси 0,96 % по массе), 114 (0,66 %), 115 (0,35 %), 116 (14,30 %), 117 (7,61 %), 118 (24,03 %), 119 (8,58 %), 120 (32,85 %), 122 (4,72 %) и 124 (5,94 %). Для некоторых из них энергетически возможен [[двойной бета-распад]], однако экспериментально он пока (2018 г.) не наблюдался, поскольку предсказываемый [[период полураспада]] очень велик (более 10<sup>20</sup> лет)<ref>Упоминавшееся в некоторых источниках (например, в «Химической энциклопедии») обнаружение бета-распада олова-124 впоследствии не подтвердилось.</ref>. | |||
==== | Олово обладает наибольшим среди всех элементов числом [[Изотопы|стабильных изотопов]], что связано с тем, что 50 (число протонов в ядрах олова) является [[Магические числа (физика)|магическим числом]] — оно составляет заполненную протонную оболочку в ядре и повышает тем самым энергию связи и стабильность ядра. Известны два [[Магические числа (физика)|дважды магических]] изотопа олова, оба они радиоактивны, так как удалены от полосы бета-стабильности: нейтронодефицитное <sup>100</sup>Sn ({{math|''Z'' {{=}} ''N'' {{=}} 50}}) и нейтроноизбыточное <sup>132</sup>Sn ({{math|''Z'' {{=}} 50}}, {{math|''N'' {{=}} 82}}). | ||
Изотопы олова <sup>117</sup>Sn и <sup>119</sup>Sn являются [[Мёссбауэровские изотопы|мёссбауэровскими изотопами]] и применяются в [[Мёссбауэровская спектроскопия|гамма-резонансной спектроскопии]]. | |||
==== | == Химические свойства == | ||
=== | === Металлическое олово === | ||
При комнатной температуре олово, подобно соседу по группе [[Германий|германию]], устойчиво к воздействию воздуха или воды. Такая инертность объясняется образованием поверхностной плёнки оксидов. Заметное окисление олова на воздухе начинается при температурах выше 150 °C: | |||
| | :: <math>\mathsf{Sn + O_2 \rightarrow SnO_2}</math> | ||
При нагревании олово реагирует с большинством [[Неметаллы|неметаллов]]. При этом образуются соединения в степени окисления +4, которая более характерна для олова, чем +2. Например: | |||
| | :: <math>\mathsf{Sn + 2Cl_2 \rightarrow SnCl_4}</math> | ||
=== | Растворяется в разбавленных кислотах (HCl, H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>)<ref name="Третьяков">{{книга|автор=|часть=|заглавие=Неорганическая химия. В 3-х томах|оригинал= |ссылка=|издание=|ответственный=Под ред. Ю. Д. Третьякова|место=М.|издательство=Издательский центр «Академия»|год=2004|том как есть=Т. 2 : Химия непереходных элементов|страницы=105—153|страниц=|isbn=|тираж=|язык=ru}}</ref>: | ||
:: <math>\mathsf{Sn + 2HCl \rightarrow SnCl_2 + H_2\uparrow}</math> | |||
=== | Олово реагирует c концентрированной [[Соляная кислота|соляной кислотой]]. При этом серое олово ({{math|α}}-Sn) образует раствор [[Хлорид олова(II)|хлорида олова(II)]], а белое ({{math|β}}-Sn) — [[Хлорид олова(IV)|хлорида олова(IV)]]<ref name="Шрайвер">{{книга|автор=Шрайвер Д., Эткинс П.|часть=|заглавие=Неорганическая химия. В 2-х томах|оригинал= |ссылка=|издание=|ответственный=Пер. с англ. М. Г. Розовой, С. Я. Истомина, М. Е. Тамм|место=М.|издательство=Мир|год=2004|том=1|страницы=72, 495|страниц=|isbn=|тираж=|язык=ru}}</ref>: | ||
:: <math>\mathsf{Sn + 3HCl \rightarrow H[SnCl_3] + H_2\uparrow}</math> | |||
:: <math>\mathsf{Sn + 6HCl \rightarrow H_2[SnCl_6] + 2H_2\uparrow}</math> | |||
Состав продукта реакции олова с [[Азотная кислота|азотной кислотой]] зависит от концентрации кислоты. В концентрированной азотной кислоте (60 %) образуется [[оловянная кислота]] {{math|β}}-SnO<sub>2</sub>·{{math|''n''}}H<sub>2</sub>O<ref name="Третьяков"/> (иногда её формулу записывают как H<sub>2</sub>SnO<sub>3</sub>). При этом олово ведёт себя как неметалл: | |||
{{ | |||
{{ | |||
= | :: <math>\mathsf{Sn + 4HNO_3 \rightarrow \ SnO_2\cdot H_2O + 4NO_2 + H_2O}</math> | ||
{ | При взаимодействии с разбавленной азотной кислотой (3—5 %) образуется [[нитрат олова(II)]]<ref name="Третьяков"/>: | ||
:: <math>\mathsf{4Sn + 10HNO_3 \rightarrow 4Sn(NO_3)_2 + NH_4NO_3 + 3H_2O}</math> | |||
{{ | Окисляется растворами щелочей до гидроксостанната(II), который в горячих растворах склонен к диспропорционированию<ref name="Третьяков"/>: | ||
:: <math>\mathsf{Sn + NaOH + 2H_2O \rightarrow Na[Sn(OH)_3] + H_2\uparrow}</math> | |||
:: <math>\mathsf{2Na[Sn(OH)_3] \rightarrow Sn + Na_2[Sn(OH)_6]}</math> | |||
:: <math>\mathsf{Sn + 2NaOH + 4H_2O \rightarrow Na_2[Sn(OH)_6] + 2H_2\uparrow}</math> | |||
=== | === Олово(II) === | ||
{{ | Менее устойчивая степень окисления, чем (IV). Соединения олова(II) имеют высокую восстановительную активность и легко диспропорционируют<ref name="Третьяков"/>: | ||
:: <math>\mathsf{2SnO \xrightarrow{^ot}\ SnO_2 + Sn}</math> | |||
На воздухе соединения быстро окисляются кислородом, как в твёрдом виде<ref name="Третьяков"/>, так и в растворах<ref name="Шрайвер"/>: | |||
:: <math>\mathsf{2SnO + O_2 \rightarrow 2SnO_2}</math> | |||
:: <math>\mathsf{2Sn^{2+} + O_2 + 4H^+ \rightarrow 2Sn^{4+} + 2H_2O}</math> | |||
Сильным восстановителем является «[[Хлорид олова(II)|оловянная соль]]» SnCl<sub>2</sub>·2H<sub>2</sub>O<ref name="Третьяков"/>. Она может восстанавливать золото(III) до золота(0), что применяется для качественного определения золота в растворах (образуется чёрное мелкодисперсное золото): | |||
:: <chem>2H[AuCl4] + 3SnCl2 -> 2Au v + 3SnCl4 + 2HCl</chem> | |||
= | [[Оксид олова(II)|Оксид]] можно получить действием [[аммиак]]а на горячий раствор хлорида олова(II) в атмосфере [[Углекислый газ|СO<sub>2</sub>]]<ref name="Третьяков"/>: | ||
:: <math>\mathsf{SnCl_2 + 2NH_3 + H_2O \rightarrow SnO + 2NH_4Cl}</math> | |||
Также оксид получается при слабом нагревании [[Гидроксид олова(II)|гидроксида олова(II) Sn(OH)<sub>2</sub>]] в вакууме или осторожном нагревании некоторых солей: | |||
:: <math>\mathsf{Sn(OH)_2 \rightarrow SnO + H_2O}</math> | |||
:: <math>\mathsf{SnC_2O_4 \rightarrow SnO + CO\uparrow + CO_2\uparrow}</math><ref name="Третьяков"/> | |||
= | В растворах солей олова(II) идёт сильный [[гидролиз]]<ref name="Третьяков"/>: | ||
:: <math>\mathsf{[Sn(H_2O)_3]^{2+} +H_2O \rightarrow [Sn(H_2O)_2OH]^+ + H_3O^+}</math> | |||
При действии на раствор соли Sn(II) растворами сульфидов выпадает осадок [[Сульфид олова(II)|сульфида олова(II)]]: | |||
:: <math>\mathsf{Sn^{2+} + S^{2-} \rightarrow SnS\downarrow}</math> | |||
= | Этот сульфид может быть легко окислен до сульфидного комплекса раствором полисульфида натрия, при подкислении превращающегося в осадок [[Сульфид олова(IV)|cульфида олова(IV)]]<ref name="Третьяков"/>: | ||
{{ | :: <math>\mathsf{SnS + Na_2S_2 \rightarrow Na_2SnS_3}</math> | ||
:: <math>\mathsf{Na_2SnS_3 + 2HCl \rightarrow SnS_2 + 2NaCl + H_2S\uparrow}</math> | |||
=== | === Олово(IV) === | ||
[[Оксид олова(IV)]] (SnO<sub>2</sub>) образуется прямым окислением кислородом. | |||
При сплавлении с щелочами образует [[станнаты]], при обработке водой образующие [[Гексагидроксостаннат(IV) натрия|гидроксостаннаты]]<ref name="Третьяков"/>: | |||
:: <math>\mathsf{SnO_2 + 2NaOH \xrightarrow{^ot}\ Na_2SnO_3 + H_2O}</math> | |||
= | При гидролизе растворов солей олова(IV) образуется белый осадок — так называемая {{math|α}}-оловянная кислота<ref name="Третьяков"/>: | ||
:: <math>\mathsf{SnCl_4 + 4NH_3 + 6H_2O \rightarrow H_2[Sn(OH)_6] + 4NH_4Cl}</math> | |||
:: <math>\mathsf{H_2[Sn(OH)_6] \rightarrow \ SnO_2\cdot nH_2O + 3H_2O}</math> | |||
= | Свежеполученная {{math|α}}-оловянная кислота растворяется в кислотах и щелочах<ref name="Третьяков"/>: | ||
:: <math>\mathsf{SnO_2\cdot nH_2O + 2KOH \rightarrow K_2[Sn(OH)_6]}</math> | |||
:: <math>\mathsf{SnO_2\cdot nH_2O + 4HNO_3 \rightarrow Sn(NO_3)_4 + (n+2)H_2O}</math> | |||
{{ | При хранении {{math|α}}-оловянная кислота стареет, теряет воду и переходит в {{math|β}}-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<ref name="Третьяков"/>. | ||
{ | Гидрид олова — [[станнан]] SnH<sub>4</sub> — можно получить по реакции: | ||
:: <math>\mathsf{SnCl_4 + Li[AlH_4] \rightarrow SnH_4\uparrow + LiCl + AlCl_3}</math> | |||
Этот гидрид весьма нестоек и медленно разлагается уже при температуре 0 °C. | |||
Четырёхвалентное олово образует обширный класс [[Оловоорганические соединения|оловоорганических соединений]], используемых в органическом синтезе, в качестве [[Пестициды|пестицидов]] и др. | |||
== | == Нахождение в природе == | ||
{{ | Олово — редкий рассеянный элемент, по распространённости в земной коре олово занимает 47-е место. [[Кларковое число|Кларковое содержание]] олова в земной коре составляет, по разным данным, от 2{{e|−4}} до 8{{e|−3}} % по массе. Основной минерал олова — [[касситерит]] (оловянный камень) SnO<sub>2</sub>, содержащий до 78,8 % олова. Гораздо реже в природе встречается [[станнин|станнин (оловянный колчедан)]] — Cu<sub>2</sub>FeSnS<sub>4</sub> (27,5 % Sn). | ||
=== Месторождения === | |||
Мировые месторождения олова находятся в основном в [[Китай|Китае]] и [[Юго-Восточная Азия|Юго-Восточной Азии]] — [[Индонезия|Индонезии]], [[Малайзия|Малайзии]] и [[Таиланд]]е. Также есть крупные месторождения в [[Южная Америка|Южной Америке]] ([[Боливия|Боливии]], [[Перу]], [[Бразилия|Бразилии]]) и [[Австралия|Австралии]]. | |||
=== | В [[Россия|России]] запасы оловянных руд расположены в [[Хабаровский край|Хабаровском крае]] ([[Солнечный район]] — месторождения Фестивальное, Солнечное, Лунное, Придорожное, Перевальное и Соболиное<ref>{{Cite web|url=http://www.tinresources.com/|title=Home|publisher=Tin Resources|access-date=2016-12-11|archive-date=2017-03-13|archive-url=https://web.archive.org/web/20170313220157/http://tinresources.com/|url-status=dead}}</ref>; Верхнебуреинский район — [[Правоурмийское месторождение]]), в [[Чукотский автономный округ|Чукотском автономном округе]] ([[Пыркакайские штокверки]]; рудник/посёлок [[Валькумей]], [[Иультин]] — разработка месторождений закрыта в начале 1990-х годов), в [[Приморский край|Приморском крае]] ([[Кавалеровский район]]), в [[Якутия|Якутии]] ([[Депутатский (месторождение)|месторождение Депутатское]]) и других районах<ref>{{Cite web|url=https://old.bigenc.ru/geology/text/2685530|title=ОЛОВЯННЫЕ РУДЫ • Большая российская энциклопедия - электронная версия|website=old.bigenc.ru|access-date=2025-10-01}}</ref>. | ||
{{ | |||
=== | === Распространённость в природе === | ||
{{ | Распространённость в природе отражена в следующей таблице<ref name="Геохимия">{{книга|автор=Войткевич Г. В., Мирошников А. Е., Поваренных А. С.|часть=|заглавие=Краткий справочник по геохимии|оригинал= |ссылка=|издание=|ответственный=|место=М. |издательство=Недра|год=1970|том=|страницы=|страниц=|isbn=|тираж=|язык=ru}}</ref>: | ||
{|class=wikitable | |||
|- | |||
!Геол. объект||Камен. [[метеорит]]ы||[[Дунит]]ы и др.||[[Базальт]]ы и др.||[[Диорит]]ы и др.||Гранитоиды||Глины и др.||Вода океанов||Живое вещество(% на живой вес) | |||
||Почва||Зола растений | |||
|- | |||
|Содержание, вес. %||{{0|2}}1{{e|−4}}||{{0|1}}5{{e|−5}}||{{0|1}}1,5{{e|−4}}||{{0|4}}−||{{0|3}}3{{e|−4}}||1{{e|−3}}||{{0|1}}7{{e|−7}}||{{0|4}}5{{e|−5}}||1{{e|−3}}||{{0|2}}5{{e|−4}} | |||
|} | |||
В незагрязнённых поверхностных водах олово содержится в субмикрограммовых концентрациях. В подземных водах его концентрация достигает единиц микрограмм на литр, увеличиваясь в районе оловорудных месторождений, оно попадает в воды за счёт разрушения в первую очередь [[сульфидные минералы|сульфидных минералов]], неустойчивых в зоне окисления. {{nobr|ПДК<sub>Sn</sub> {{=}} 2 мг/дм³}}. | |||
[[Файл:Cassiterite09.jpg|thumb|right|Кристаллы [[касситерит]]а — оловянная руда]] | |||
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 [[Кварц|кварцу]], вследствие чего известна тесная связь олова в виде окиси ([[Касситерит|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]]). | |||
==== | === Формы нахождения === | ||
Основная форма нахождения олова в горных породах и минералах — рассеянная (или эндокриптная). Однако олово образует и минеральные формы, и в этом виде часто встречается не только как [[Акцессорные минералы|акцессорий]] в кислых магматических породах, но и образует промышленные концентрации преимущественно в окисной (касситерит SnO<sub>2</sub>) и сульфидной (станнин) формах<ref name="Барсуков">{{книга|автор=Барсуков В. Л. и др.|часть=|заглавие=Основные черты геохимии олова|оригинал= |ссылка=|издание=|ответственный=|место=М.|издательство=Наука|год=1974|том=|страницы=|страниц=|isbn=|тираж=|язык=ru}}</ref>. | |||
==== | ==== Твёрдая фаза. Минералы ==== | ||
# | [[Файл:Cassiterite-121379.jpg|thumb|right|Кристаллы касситерита]] | ||
# | В общем можно выделить следующие формы нахождения олова в природе: | ||
# '''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. | |||
# '''Минеральная форма:''' олово установлено в <u>минералах-концентраторах</u>. Как правило, это минералы, в которых присутствует [[железо]] Fe<sup>+2</sup>: [[биотит]]ы, [[Гранат (минерал)|гранаты]], [[пироксен]]ы, [[магнетит]]ы, [[турмалин]]ы и так далее. Эта связь обусловлена изоморфизмом, например, по схеме Sn<sup>+4</sup> + Fe<sup>+2</sup> → 2Fe<sup>+3</sup>. В оловоносных [[скарн]]ах высокие концентрации олова установлены в [[Гранат (минерал)|гранатах]] (до 5,8 вес. %) (особенно в [[андрадит]]ах), [[эпидот]]ах (до 2,84 вес. %) и так далее. | |||
На сульфидных месторождениях олово входит как изоморфный элемент в [[сфалерит]]ы ([[Силинское месторождение]], Россия, Приморье), [[халькопирит]]ы ([[Дубровское месторождение]], Россия, Приморье), пириты. Высокие концентрации олова выявлены в [[пирротин]]е [[грейзен]]ов Смирновского месторождения (Россия, Приморье). Считается, что из-за ограниченного изоморфизма происходит распад твёрдых растворов с микровыделениями Cu<sub>2</sub><sup>+1</sup>Fe<sup>+2</sup>SnS<sub>4</sub> или тиллита PbSnS<sub>2</sub> и других минералов. | |||
==== | ==== Собственно минеральные формы ==== | ||
=== | ===== 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 так далее, не считая уже известные самородные [[Металлы платиновой группы|платиноиды]], [[золото]] и [[серебро]]. Эти же элементы образуют между собой и различные сплавы: (Cu + Sn + Sb), (Pb + Sn + Sb) и другие, а также твёрдые растворы. Среди интерметаллических соединений установлены [[стистаит]] SnSb, [[атакит]] (Pd,Pt)<sub>3</sub>Sn, [[штумырлит]] Pt(Sn,Bi), [[звягинцевит]] (Pd,Pt)<sub>3</sub>(Pb,Sn), [[таймырит]] (Pd,Cu,Pt)<sub>3</sub>Sn и другие<ref>{{статья|автор=Еремеев Н. В. и др.|заглавие=Самородные элементы в лампроидах Центрального Алдана|издание=Доклады АН СССР|год=1988|том=303|выпуск=|номер=6|страницы=1464—1467|ссылка=|doi=|arxiv=|bibcode=|язык=ru}}</ref><ref name="самород">Самородное минералообразование в магматических процессах. Часть I и II. Якутск, 1981</ref>. | ||
| | |||
| | |||
| | |||
| | |||
| | |||
| | |||
| | |||
}} | |||
=== | Приведённые формы нахождения олова и других элементов встречаются в различных геологических образованиях<ref name="самород"/>: | ||
# Группа интрузивных и эффузивных магматических пород: [[трапп]]ы, [[пикрит]]ы Сибирской платформы, [[гипербазит]]ы и [[габброид]]ы Камчатки, [[кимберлит]]ы Якутии, [[лампроит]]ы Алдана и так далее; гранитоиды Приморья, Дальнего Востока, Тянь-Шаня. | |||
# Группа метасоматически и гидротермально изменённых пород: медно-никелевые руды Сибирской платформы, золоторудные объекты Урала, Кавказа, Узбекистана и так далее<ref>{{статья|автор=Крылова В. В. и др.|заглавие=Олово, свинец и интерметаллические соединения в рудах золото-серебряной формации|издание=Труды ЦНИГРИ|год=1979|том=142|выпуск=|номер=|страницы=22—28|ссылка=|doi=|arxiv=|bibcode=|язык=ru}}</ref>. | |||
# Группа современного рудообразования: пелагические осадки Тихого океана, продукты Большого Трещинного Толбачинского извержения, гидротермальная система [[Узон]] на Камчатке и прочие. | |||
# Группа осадочных пород различного происхождения. | |||
=== | ===== Окисные соединения олова ===== | ||
Наиболее известной формой является главный минерал олова — [[касситерит]] SnO<sub>2</sub>, представляющий собой соединение олова с [[кислород]]ом. В минерале по данным [[ядерная гамма-резонансная спектроскопия|ядерной гамма-резонансной спектроскопии]] присутствует Sn<sup>+4</sup>. | |||
=== | ====== ''Касситерит'' ====== | ||
{{main|Касситерит}} | |||
''Касситерит'' (от греч. kassiteros — олово) — главный рудный минерал для получения олова, химическая формула SnO<sub>2</sub>. Теоретически содержит 78,62 % Sn. Образует отдельные выделения, зёрна, сплошные массивные агрегаты, в которых зёрна минерала достигают в размере {{nobr|3—4 мм}} и даже больше. В чистом виде бесцветные кристаллы, примеси придают минералу самые различные цвета. | |||
* Плотность 6040—7120 кг/м³ (наиболее низкая у светлоокрашенных касситеритов). | |||
* [[Шкала Мооса|Твёрдость по Моосу]] 1,5. | |||
* Блеск — матовый, на гранях — алмазный. | |||
* Спайность несовершенная. | |||
* Излом раковистый. | |||
Основные формы выделения касситерита: | |||
* микровключения в других минералах; | |||
* акцессорные выделения минерала в породах и рудах; | |||
* сплошные или вкрапленные руды: игольчатые радиально-лучистые [[минеральные агрегаты|агрегаты]] (месторождения [[Приморье|Приморья]]), коломорфные и криптокристаллические выделения и скопления (месторождения Приморья); кристаллическая форма — главная форма выделения касситерита. | |||
В России месторождения касситерита имеются на Северо-Востоке, в Приморье, [[Якутия|Якутии]], [[Забайкалье]]; за рубежом — в [[Малайзия|Малайзии]], [[Таиланд]]е, [[Индонезия|Индонезии]], [[Китай|КНР]], [[Боливия|Боливии]], [[Нигерия|Нигерии]] и других странах. | |||
| | |||
| | |||
====== ''Гидроокисные соединения'' ====== | |||
Второстепенное место занимают ''гидроокисные соединения олова'', которые можно рассматривать как [[соль|соли]] полиоловянных [[кислота|кислот]]. К ним можно отнести минерал [[сукулаит]] Ta<sub>2</sub>Sn<sub>2</sub><sup>+2</sup>O<sub>7</sub><ref name="Некрасов">''Некрасов И. Я.'' Фазовые соотношения в олово-содержащих системах. М.: Наука, 1976.</ref>; твёрдый [[раствор]] олова в магнетите вида Fe<sub>2</sub>SnO<sub>4</sub> или Fe<sub>3</sub>SnO<sub>3</sub> (Бретштейн Ю. С., 1974; Воронина Л. Б., 1979); «[[варламовит]]» — продукт окисления [[станнин]]а; считается, что он представляет собой смесь аморфных и полуаморфных соединений Sn, метаоловянной кислоты, поликонденсированной фазы и гидрокасситеритовой фазы. Известны также гидратированные продукты окисления — [[гидромартит]] 3SnO·H<sub>2</sub>O; [[мушистонит]] (Cu,Zn,Fe)Sn(OH)<sub>6</sub>; гидростаннат меди CuSn(OH)<sub>6</sub> и другие. | |||
=== | ====== ''Силикаты'' ====== | ||
{{ | Известна многочисленная группа ''силикатов олова'', представленная [[малаяит]]ом CaSn[SiO<sub>5</sub>]<ref>{{книга|автор=Говоров И. Н.|часть=|заглавие=Геохимия рудных районов Приморья|оригинал= |ссылка=|издание=|ответственный=|место=М.|издательство=Наука|год=1977|том=|страницы=|страниц=|isbn=|тираж=|язык=ru}}</ref>; [[пабстит]]ом Ba(Sn, Ti)Si<sub>3</sub>O<sub>9</sub><ref name="Некрасов"/>, [[стоказит]]ом Ca<sub>2</sub>Sn<sub>2</sub>Si<sub>6</sub>O<sub>18</sub>·4H<sub>2</sub>O и др. Малаяит образует даже промышленные скопления. | ||
=== | ====== ''Шпинелиды'' ====== | ||
Из других окисных соединений известны также ''шпинелиды'', например, минерал [[нигерит]] Sn<sub>2</sub>Fe<sub>4</sub>Al<sub>16</sub>О<sub>32</sub> (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]] Pb<sub>5</sub>Sn<sub>3</sub>Sb<sub>2</sub>S<sub>14</sub>, [[герценбергит]] SnS, [[берндтит]] SnS<sub>2</sub>, [[тиллит]] PbSnS<sub>2</sub> и [[кестерит]] Cu<sub>2</sub>ZnSnS<sub>4</sub>. Выявлены и более сложные сульфидные соединения олова со [[свинец|свинцом]], [[серебро]]м, [[медь]]ю, имеющие в основном минералогическое значение. Тесная связь олова с медью обусловливает частое присутствие на оловорудных месторождениях [[халькопирит]]а CuFeS<sub>2</sub> с образованием парагенезиса касситерит — халькопирит. | |||
==== | ====== ''Станнин'' ====== | ||
{{main|Станнин}} | |||
Станнин (от {{lang-la|stannum}} — олово), оловянный колчедан, минерал из класса сульфидов с общей формулой вида Cu<sub>2</sub>FeSnS<sub>4</sub>. 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 месторождений России (Приморье, Якутия) и Средней Азии (Таджикистан) он является существенным элементов сульфидных минералов и часто вместе с [[варламовит]]ом составляет 10—40 % общего олова. Часто образует вкраплённость в [[сфалерит]]е ZnS, халькопирите. Во многих случаях наблюдаются явления распада станнина с выделением касситерита. | |||
==== | ==== Коллоидная форма ==== | ||
[[Коллоид]]ные и олово-кремнистые соединения играют значительную роль в геохимии олова, хотя детально она не изучена. Значительное место в геологии элемента играют коломорфные соединения и продукты его кристаллических превращений в скрытокристаллические разности. Коломорфный касситерит рассматривается как форма выражения вязких гелеобразных растворов. | |||
= | Независимые исследования выявили аномально высокую [[растворимость]] SnO<sub>2</sub> в хлор-кремниевых растворах. Максимальная растворимость достигается при отношении <math>\frac{\mathsf{SnO}_2}{\mathsf{SiO}_2}= 1{,}5</math>. | ||
Анализ свойств соединения Sn(OH)<sub>4</sub> и близость их к соединению Si(OH)<sub>4</sub> выявляет способность его к полимеризации с образованием в конечном счёте соединений H<sub>2</sub>Sn{{math|<sub>''k''</sub>}}O<sub>2{{math|''k''}}+1</sub>, Sn<sub>{{math|''k''}}</sub>O<sub>2{{math|''k''}}−1</sub>(OH)<sub>2</sub>. В обоих случаях возможно замещение группы (ОН) на анионы F и Cl. | |||
=== | Таким образом, полимеризация молекул Sn(OH)<sub>4</sub> и соединение их с молекулами Si(OH)<sub>4</sub> ведёт к образованию геля (коллоида) и появлению цепочек H<sub>{{math|''m''}}</sub>Sn<sub>2{{math|''n''}}</sub>Si<sub>{{math|''n''}}</sub>O<sub>{{math|''p''}}</sub>, причём {{nobr|{{math|''m''}} ≤ 8}}<ref name="Некрасов-2">{{книга|автор=Некрасов И. Я.|часть=|заглавие=Олово в магматических и постмагматических процессах|оригинал= |ссылка=|издание=|ответственный=|место=М. |издательство=Наука|год=1974|том=|страницы=|страниц=|isbn=|тираж=|язык=ru}}</ref>, или H<sub>{{math|''s''}}</sub>[SiO<sub>2{{math|''n''}}</sub>(SnO<sub>{{math|''m''}}</sub>)<sub>{{math|''d''}}</sub>] (Некрасов И. Я. и др., 1973). | ||
| | |||
| | |||
| | |||
| | |||
| | |||
| | |||
| | |||
}} | |||
Имеющиеся данные говорят о том, что коллоидная форма является естественным промежуточным звеном при осаждении олова из гидротермальных растворов. | |||
=== | ==== Формы нахождения олова в жидкой фазе ==== | ||
Наименее изученная часть геохимии олова, хотя в газово-жидких включениях установлены касситериты в виде минералов-узников (Кокорин А. М. и др., 1975). Работ по анализу конкретных оловосодержащих природных растворов нет. В основном вся информация основана на результатах экспериментальных исследований, которые говорят только о вероятных формах нахождения олова в растворах. Существенную роль в разработке методики этих исследований принадлежит академику [[Барсуков, Валерий Леонидович|В. Л. Барсукову]]<ref name="Барсуков" />. | |||
=== | Вся совокупность экспериментально установленных форм нахождения олова в растворах разбивается на группы: | ||
# '''''Ионные соединения'''''. Эти соединения и их структура описываются с позиций классических валентных и стереохимических представлений. Выделяются подгруппы: | |||
## ''Простые ионы'' Sn<sup>+2</sup> и Sn<sup>+4</sup> в основном обнаружены в магматических расплавах, а также в гидротермальных растворах, обладающих низкими значениями рН. Однако в существующих гидротермальных системах, отражаемых составом газово-жидких включений, такие условия не установлены. | |||
## ''Галогениды'' — SnF<sub>2</sub>, SnF<sub>4</sub><sup>0</sup>, SnCl<sub>4</sub><sup>0</sup>. Считается, что роль хлора в переносе и отложении олова и сопутствующих металлов более значительна, чем роль фтора. | |||
## ''Гидроксильные соединения''. В щелочных условиях исходными являются соединения H<sub>2</sub>SnO<sub>2</sub>, H<sub>2</sub>SnO<sub>4</sub>, H<sub>2</sub>SnO<sub>3</sub>. Эти формы часто устанавливаются на основе известных минеральных форм. Часть этих форм имеет как искусственное (CaSnO<sub>3</sub>, Ca<sub>2</sub>SnO<sub>4</sub>), так и природное (FeSnO<sub>2</sub>, Fe<sub>2</sub>SnO<sub>4</sub>) происхождение. В кислых средах эти соединения ведут себя как слабые основания типа Sn(OH)<sub>2</sub>, Sn(OH)<sub>4</sub>. Считается, что одной из форм проявления подобных соединений является [[варламовит]]. Согласно экспериментальным данным Sn(OH)<sub>4</sub> отлагается только при {{nobr|{{math|''Т''}} < 280 °C}} в слабокислых или нейтральных условиях при {{nobr|рН {{=}} 7—9}}. Соединения Sn(OH)<sub>4</sub> и Sn(OH)<sub>3</sub><sup>+</sup> устойчивы при рН= 7—9, тогда как Sn(OH)<sub>2</sub><sup>+2</sup> и Sn(OH)<sup>+2</sup> — при {{nobr|рН < 7}}. Довольно часто группы (ОН)<sup>−1</sup> замещаются на F и Cl, создавая галогенозамещённые модификации гидросоединений олова. В общем виде эти формы представлены соединениями Sn(OH)<sub>4-{{math|''k''}}</sub>F<sub>{{math|''k''}}</sub> или Sn(OH)<sub>4−{{math|''k''}}</sub>F<sub>{{math|''k-n''}}</sub>Cl<sub>{{math|''n''}}</sub>. В целом соединение Sn(OH)<sub>3</sub>F устойчиво при {{nobr|{{math|''Т''}} {{=}} +25…+50 °C}}, а Sn(OH)<sub>2</sub>F<sub>2</sub> — при {{nobr|{{math|''Т''}} {{=}} 200 °C}}. | |||
## ''Сульфидные соединения''. По экспериментальным данным в растворе присутствуют соединения SnS<sub>4</sub><sup>−4</sup> или SnS<sub>3</sub><sup>−2</sup> при {{nobr|рН > 9}}; SnS<sub>2</sub>O<sup>−2</sup> ({{nobr|pH {{=}} 8—9}}) и Sn(SH)<sub>4</sub> ({{nobr|pH {{=}} 6}}). Имеется упоминание о существовании соединения типа Na<sub>2</sub>SnS<sub>3</sub>, неустойчивого в кислой среде. | |||
# '''''Комплексные соединения''''' олова изучены при растворении касситерита во фторированных средах. Эти соединения отличаются высокой растворимостью. Этими же свойствами обладают соединения, полученные в хлоридных растворах. В качестве основных форм комплексных соединений, известных из экспериментов, можно назвать Na<sub>2</sub>[Sn(OH)<sub>6</sub>], Na<sub>2</sub>[SnF<sub>6</sub>], Na<sub>2</sub>[Sn(OH)<sub>2</sub>F<sub>4</sub>] и пр. Эксперименты показали, что комплекс Sn(OH)<sub>4</sub>F<sub>2</sub><sup>−2</sup> будет преобладать при {{nobr|{{math|''Т''}} {{=}} 200 °C}}. | |||
# '''''Коллоидные и олово-кремнистые соединения'''''. Об их существовании говорит присутствие на многих месторождениях коломорфных выделений касситерита. | |||
=== Промышленные типы месторождений олова === | |||
Описанные выше геохимические особенности олова находят косвенное отражение в формационной классификации оловорудных месторождений, предложенной Е. А. Радкевич с последующими дополнениями. | |||
= | |||
: А. '''Формация оловоносных гранитов'''. Касситерит установлен в акцессорной части гранитов. | |||
: Б. '''Формация редкометальных гранитов'''. Это граниты литионит-амазонит-альбитового типа (апограниты по А. А. Беусу). Касситерит в акцессорной части вместе колумбит-татнатлитом, микролитом и прочими. | |||
: В. '''Формация оловоносных пегматитов'''. Оловянная минерализация характерна для Be-Li-, Be-Ta-, F-Li- типов. | |||
: Г. '''Формация полевошпат-кварц-касситеритовая'''. Выделена Ив. Ф. Григорьевым. Это кварц-полевошпатовые жилы с касситеритом и другими минералами. | |||
: Д. '''Формация кварц-касситеритовая'''. Распространена на северо-востоке России. Это жильные зоны, грейзены с кварцем, мусковитом, вольфрамитом, касситеритом и другим. | |||
: Е. '''Формация касситерит-силикатно-сульфидная''' с турмалиновым и хлоритовым типами. Одна из основных продуктивных формаций Приморья России. | |||
: Ж. '''Формация касситерит-сульфидная'''. Также основная оловопродуктивная формация. В ней выделяют основные типы: | |||
:: 1) штокверковое олово-вольфрамовое оруденение; | |||
:: 2) рудные тела квар-касситерит-арсенопиритового типа; | |||
:: 3) продуктивные кварцевые жилы сульфидно-касситерит-хлоритового типа. | |||
: З. '''Формация оловянно-скарновая'''. | |||
: И. '''Формация деревянистого олова''' (риолитовая формация). | |||
: К. '''Формация основных и ультраосновных пород''' (по И. Я. Некрасову)<ref name="Некрасов-2" />. | |||
: Л. '''Формация щелочных пород Украины''' (по В. С. Металлиди, 1988). | |||
{{ | == Производство == | ||
В процессе производства рудоносная порода ([[касситерит]]) подвергается дроблению до размеров частиц в среднем {{nobr|~10 мм}}, в промышленных мельницах, после чего касситерит за счёт своей относительно высокой плотности и массы отделяется от пустой породы вибрационно-гравитационным методом на обогатительных столах. В дополнение применяется флотационный метод обогащения/очистки руды. Таким образом удаётся 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 поочерёдно со слоями руды, или алюминием (цинком) в электропечах: <math>\mathsf{SnO_2 + C = Sn + CO_2}</math>. Особо чистое олово полупроводниковой чистоты готовят электрохимическим рафинированием или методом зонной плавки<ref>{{книга|автор=Большаков К. А., Фёдоров П. И.|часть=|заглавие=Химия и технология малых металлов|оригинал= |ссылка=|издание=|ответственный=|место=М.|издательство=|год=|том=1984|страницы=|страниц=|isbn=|тираж=|язык=ru}}</ref>. | |||
=== | Цена килограмма металлического олова на [[Лондонская бирже металлов|Лондонской бирже металлов]] в 2018—2019 была близка к 20 [[доллар США|долларам]], с наступлением [[пандемия COVID-19|пандемии COVID-19]] в 2020 году снизилась, опускаясь ниже 14 долларов, однако в 2021—2022 цена существенно выросла, дойдя в июле 2021 года почти до 34 долларов, превысив рекорд 2011 года<ref>{{cite web | ||
{{ | | url = https://www.interfax.ru/world/780450 | ||
| title = Олово подорожало до рекордного максимума | |||
| publisher = Интерфакс | |||
| date = 2021-07-23 | |||
| access-date = 2023-03-03 | |||
| archive-date = 2021-09-13 | |||
| archive-url = https://web.archive.org/web/20210913084448/https://www.interfax.ru/world/780450 | |||
| url-status = live | |||
}}</ref>, и поставив новый рекорд в 2022 году — более 48 долларов. По состоянию на конец февраля — начало марта 2023 года килограмм олова стоит около 25 долларов<ref name="elec.ru">{{cite web | |||
| url = https://www.elec.ru/lme/tin/ | |||
| title = Цена на Олово (LME.Tin) сегодня – график цены на Лондонской Бирже металлов | |||
| publisher = Элек.ру | |||
| access-date = 2023-03-03 | |||
| archive-date = 2023-03-02 | |||
| archive-url = https://web.archive.org/web/20230302231121/https://www.elec.ru/lme/tin/ | |||
| url-status = live | |||
}}</ref>. | |||
== | == Применение == | ||
{{ | {{Частично без сносок|в разделе |дата=2024-06-01}} | ||
==== | * Олово используется в основном как безопасное, нетоксичное, коррозионностойкое покрытие в чистом виде или в сплавах с другими металлами ([[лужение]]). Главные промышленные применения олова — в [[жесть|белой жести]] (лужёное железо) для изготовления тары пищевых продуктов, в [[припой|припоях]] для [[Электроника (наука)|электроники]], в домовых трубопроводах, в [[подшипник]]овых сплавах и в покрытиях из олова и его сплавов. | ||
* Важнейший сплав олова — [[бронза]] (с медью), широко применяется в промышленности и в быту. Другой известный сплав — [[пьютер]] — используется для изготовления посуды. Для этих целей расходуется около 33 % всего добываемого олова. До 60 % производимого олова используется в виде сплавов с медью, медью и цинком, медью и сурьмой (подшипниковый сплав, или [[баббит]]), с цинком (упаковочная фольга) и в виде оловянно-свинцовых и оловянно-цинковых припоев. | |||
* Дисульфид олова SnS<sub>2</sub> применяют в составе красок, имитирующих позолоту («поталь»). | |||
* Искусственные радиоактивные ядерные изомеры олова <sup>117m</sup>Sn и <sup>119m</sup>Sn — источники [[Гамма-излучение|гамма-излучения]], являются [[Мёссбауэровские изотопы|мёссбауэровскими изотопами]] и применяются в [[Мёссбауэровская спектроскопия|гамма-резонансной спектроскопии]]. | |||
* [[Интерметаллиды|Интерметаллические соединения]] олова и [[цирконий|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 [[Титан (элемент)|титана]]. | |||
* [[Двуокись олова]] — очень эффективный [[абразивный материал]], применяемый при «доводке» поверхности [[оптическое стекло|оптического стекла]]. | |||
* Смесь солей олова — «[[жёлтая композиция]]» — ранее использовалась как краситель для [[Шерсть|шерсти]]. | |||
* Олово применяется также в [[химические источники тока|химических источниках тока]] в качестве [[анод]]ного материала, например: марганцево-оловянный элемент, окисно-ртутно-оловянный элемент. | |||
* Исследуются изолированные двумерные слои олова ([[станен]]), созданные по аналогии с [[графен]]ом<ref>{{cite news|url=http://lenta.ru/news/2013/11/22/stalene/|title=Станен стал конкурентом графена|date=2013-11-22|publisher=Lenta.ru|access-date=2013-11-24|archive-date=2013-11-24|archive-url=https://web.archive.org/web/20131124044534/http://lenta.ru/news/2013/11/22/stalene/}}</ref><ref>{{cite news|url=https://www6.slac.stanford.edu/news/2013-11-21-tin-super-material-stanene.aspx|title=Will 2-D Tin be the Next Super Material? Theorists Predict New Single-Layer Material Could Go Beyond Graphene, Conducting Electricity with 100 Percent Efficiency at Room Temperature|date=2013-11-21|publisher=SLAC|access-date=2013-11-24|archive-date=2013-11-23|archive-url=https://web.archive.org/web/20131123170431/https://www6.slac.stanford.edu/news/2013-11-21-tin-super-material-stanene.aspx}}, по материалам Yong Xu et al., Physical Review Letters, 27 Sept 2013 (doi:10.1103/PhysRevLett.111.136804)</ref>. | |||
* Используется для создания сверхпроводящих проводов на основе интерметаллического соединения [[Станнид триниобия|Nb3Sn]]. | |||
* В последнее время возрождается интерес к использованию металла, поскольку он наиболее «экологичен» среди тяжёлых цветных металлов. | |||
==== | == Физиологическое действие == | ||
О роли олова в живых организмах практически ничего не известно. Ежедневное поступление олова с пищей составляет {{nobr|0,2—3,5 мг}}, при регулярном потреблении консервированной пищи — до {{nobr|38 мг}}. В теле человека содержится примерно {{nobr|(1—2)·10<sup>−4</sup> %}} олова, наибольшая концентрация наблюдается в кишечнике.{{sfn|Чертко|2012|страницы=21, 113-115}} | |||
= | Металлическое олово не токсично, что позволяет применять его в пищевой промышленности. Олово представляет опасность для человека в виде паров, различных аэрозольных частиц и пыли. При воздействии паров или пыли олова может развиться [[станноз]] — поражение лёгких. Газообразное вещество [[станнан]] (оловянистый водород) — сильнейший яд, более того, он [[Самовозгорание|самовоспламеняется]] при контакте с воздухом. Также очень токсичны некоторые [[оловоорганические соединения]], такие как [[тетраэтилолово]]. Временно допустимая концентрация соединений олова в атмосферном воздухе {{nobr|0,05 мг/м<sup>3</sup>}}, ПДК олова в пищевых продуктах {{nobr|200 мг/кг}}, в молочных продуктах и соках — {{nobr|100 мг/кг}}. Токсическая доза олова для человека — {{nobr|2 г}}, интоксикация организма начинается при содержании в организме {{nobr|250 мг/кг}}.{{sfn|Чертко|2012|страницы=21, 113-115}} | ||
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 в объёмах, превышающих предельно допустимую концентрацию (в частности, определённую по ГОСТ 12.1.005—76. Длительное (в течение {{nobr|15—20 лет}}) воздействие пыли олова оказывает фиброгенное воздействие на [[лёгкие]] и может вызвать заболевание работающих [[пневмокониоз]]ом<ref>Требования безопасности// [https://meganorm.ru/Data/353/35393.pdf ГОСТ 860-75 ОЛОВО] (ред. 2002)</ref>. | |||
==== | == Галерея изображений == | ||
<gallery mode=packed> | |||
Metal cube tin.jpg|Оловянный куб | |||
TinOreUSGOV.jpg|Оловянная руда | |||
Cynowy Danzig ubt.jpeg|Оловянный кубок из г. [[Гданьск]]а ([[Польша]]) | |||
Inside of a tin platted can.jpg|Консервная банка с оловянным покрытием | |||
Tin soldier.jpg|[[Оловянный солдатик]] в форме после литья | |||
Cassiterite prebuz.jpg|Зональный кристалл [[касситерит]]а в [[шлиф]]е ([[поляризованный свет]], ширина изображения — 3,3 мм) | |||
Beryl-Cassiterite-tt51a.jpg| Кристаллы касситерита (тёмные) | |||
</gallery> | |||
== | == Примечания == | ||
{{ | {{примечания}} | ||
}} | |||
=== | == Литература == | ||
* {{статья|автор=Русаков М. П. |заглавие=Олово |издание=Наука и жизнь|год=1940|том=|выпуск=|номер=1|страницы=9—14|ссылка=|doi=|arxiv=|bibcode=|язык=ru}} | |||
* {{книга|автор=Чертко Н. К. и др.|заглавие=Биологическая функция химических элементов|издание=Справочное пособие|место=Минск|год=2012|страниц=172|ISBN=978-985-7026-39-5|ref=Чертко}} | |||
=== | == Ссылки == | ||
* | {{навигация|Викисловарь=олово|Викицитатник=Олово}} | ||
* [http://www.webelements.com/webelements/elements/text/Sn/key.html Олово на Webelements] | |||
* [http://n-t.ru/ri/ps/pb050.htm Олово в Популярной библиотеке химических элементов] | |||
* {{книга|автор=Розен Б. Я.|часть=|заглавие=Соперник серебра|оригинал= |ссылка=http://tapemark.narod.ru/olovo/index.html|издание=|ответственный=|место=М.|издательство=Металлургия|год=|том=1984|страницы=|страниц=|isbn=|тираж=|язык=ru}} | |||
* [http://www.periodictable.ru/050Sn/Sn.html Олово] — иллюстрированная научно-популярная статья на [http://periodictable.ru/index.html periodictable.ru] | |||
* [http://www.periodictable.ru/050Sn/Sn_exp.html Демонстрационные ролики: «Оловянная чума» на '''PeriodicTable.ru'''] | |||
* [http://www.diodmag.ru/aboutdiods/1-osvetodiodah/60-sn-fire-gorenie-olova.html Горение олова, видео] | |||
{{вс}} | |||
{{Периодическая система элементов}} | |||
{{Ряд Активности Металлов}} | |||
{{ | {{Соединения олова}} | ||
{{Металлы и сплавы, используемые для изготовления монет}} | |||
{{ | |||
{{ | |||
{{ | |||
[[Категория:Химические элементы]] | |||
[[Категория:Металлы]] | |||
[[Категория:Лёгкие металлы]] | |||
[[Категория:Олово| ]] | |||
Текущая версия от 16:53, 24 февраля 2026
Шаблон:ЗначенияШаблон:ПеренаправлениеШаблон:Карточка химического элементаШаблон:Элемент периодической системы
О́лово (химический символ — Sn, от лат. Stannum) — химический элемент 14-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы четвёртой группы, IVA), пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 50<ref>Таблица Менделеева Шаблон:Webarchive Шаблон:Недоступная ссылка на сайте ИЮПАК.</ref> и атомной массой 118,710(7)<ref name="iupac atomic weights"/>.
Относится к группам лёгких металлов и постпереходных металлов.
Простое вещество олово (при нормальных условиях) — пластичный, ковкий и легкоплавкий блестящий металл серебристо-белого цвета. Известны четыре аллотропные модификации олова: ниже +13,2 °C устойчиво Шаблон:Math-олово (серое олово) с кубической решёткой алмазного типа, выше +13,2 °C устойчиво Шаблон:Math-олово (белое олово) с тетрагональной кристаллической решёткой<ref name="ХЭ"/>. При высоких давлениях обнаружены также Шаблон:Math-олово и Шаблон:Math-олово.
История
Олово было известно человеку уже в IV тысячелетии до н. э. Этот металл был малодоступен и дорог, поэтому изделия из него редко встречаются среди римских и греческих древностей. Об олове есть упоминания в Библии в Книге Чисел (Шаблон:Библия). Олово является (наряду с медью) одним из компонентов оловянистой 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: XXXV—XI века до н. э.).
Чистое олово получено не ранее XII века, о нём упоминает в своих трудах Р. Бэкон. До этого олово всегда содержало переменное количество свинца. Хлорид SnCl4 впервые получил А. Либавий в 1597 г. Аллотропию олова и явление «оловянной чумы» объяснил Э. Коген в 1911 г.
Происхождение названия
Латинское название {{#if:la|{{#if:|{{{зачин}}} }}{{#if:||{{#switch:la |ab=абхазск. |abq=абазинск. |af=африкаанс |akk=аккадск. |akz=алабама |ale=алеутск. |als=тоскск. |am=амхарск. |an=арагонск. |ang=др.-англ. |ani=андийск. |ar=арабск. |arc=арамейск. |av=аварск. |ae|ave=авест. |awd=аравакск. |az=азерб. |eu=баскск. |ba=башк. |bar=бав. |be=белор. |ber=берберск. |bg=болг. |bn=бенг. |bo=тибетск. |br=брет. |bs=босн. |bua=бурятск. |ca=каталанск. |ce=чеченск. |cel=галльск. |cel-pro=пракельт. |ch=чам. |chm=мар. |cho=чокт. |chu-ru=русск.-церк.-слав. |chu-sr=сербск.-церк.-слав. |chu-bg=болг.-церк.-слав. |cjs=шорск. |ckt=чук. |co=корс. |crh=кр.-тат. |cs=чешск. |csb=кашубск. |cu=ст.-слав. |cv=чувашск. |cy=валл. |da=датск. |dar=дарг. |ddo=цезск. |de=нем. |dsb=н.-луж. |dty=дотели |dum=ср.-нидерл. |egy=егип. |el=греч. |en=англ. |enm=ср.-англ. |eo=эспер. |es=исп. |et=эст. |ett=этрусск. |fa=перс. |fi=финск. |fo=фарерск. |fr=франц. |frk=др.-франкск. |frm=ср.-франц. |fro=ст.-франц. |frr=сев.-фризск. |fry=зап.-фризск. |fur=фриульск. |fy=фризск. |ga=ирл. |gag=гагаузск. |gd=гэльск. |gdo=годобер. |gem=прагерм. |gez=древнеэфиопск. |gin=гинухск. |gkm=ср.-греч. |gl=галис. |gmh=ср.-в.-нем. |gml=ср.-н.-нем. |gmy=микен. |gn=гуарани |goh=др.-в.-нем. |got=готск. |grc=др.-греч. |grc-pro|grk-pro=протогреч. |gsw=алеманнск. |gu=гуджарати |ha=хауса |haw=гавайск. |hbo=др.-евр. |hbs=сербохорв. |he=ивр. |hi=хинд. |hit=хетт. |hr=хорв. |hsb=в.-луж. |ht=гаит. |hu=венг. |hy=армянск. |id=индон. |inh=ингушск. |is=исл. |it=итал. |itl=ительм. |iu=инукт. |ja=яп. |jv=яванск. |ka=груз. |kaa=каракалп. |kas=кашм. |kg=конго |kik=кикуйю |kjh=хакас. |kk=казахск. |kky=кууку-йимитирск. |kl=гренландск. |kn=канн. |ko=корейск. |kom=коми-зыр. |koi=коми-перм. |krc=карач.-балк. |krl=карельск. |kum=кумыкск. |ky=кирг. |la=лат. |lad=сефардск. |lb=люксемб. |lez=лезг. |liv=лив. |lmo=ломбардск. |lng=лангобардск. |lo=лаосск. |lt=лит. |ltg=латг. |lv=латышск. |mad=мадурск. |mdf=мокш. |mg=малаг. |mga=ср.-ирл. |mi=маори |mic=микмакск. |mk=макед. |mn=монг. |mnc=маньчжурск. |mns=мансийск. |mnw=монск. |ms=малайск. |mt=мальтийск. |myv=эрзянск. |myz=мандейск. |na=науру |nah=науатль |niv=нивх. |nds=нж.-нем. |ne=непали |nl=нидерл. |no=норв. |non=др.-сканд. |nuk=нутка |oc=прованс. |ojp=ст.-яп. |orv=др.-русск. |os=осет. |osp=ст.-исп. |osx=др.-сакс. |ota=османск. |otk=др.-тюрк. |pa=пендж. |pap=папьям. |pcd=пикардск. |pdc=пенсильв.-нем. |peo=др.-перс. |phn=финик. |pi=пали |pie=праиндоевр. |pl=польск. |pox=полабск. |ppol=праполинез. |pro=ст.-оксит. |prg=др.-прусск. |pt=порт. |pt-BR=браз.-порт. |qu=кечуа |rm=ретором. |ro=рум. |roa-nor=нормандск. |rom=цыганск. |ru=русск. |rw=киньяруанда |sa=санскр. |sah=якутск. |sc=сард. |scn=сицил. |sco=скотс. |se=северносаамск. |see=сенека |sga=др.-ирл. |sh=сербохорв. |shh=шошонск. |sjd=кильдин-саамск. |sjt=терско-саамск. |sk=словацк. |sl=словенск. |sla-pro=праслав. |smi-pro=прасаамск. |smn=инари-саамск. |sms=коллта-саамск. |sqi|sq=алб. |sr=сербск. |sux=шумерск. |sv=шведск. |sw=суах. |syc=сирийск. |syd=самодийск. |ta=там. |tab=табасаранск. |tg=тадж. |th=тайск. |tin=тинд. |tk=туркм. |tl=тагальск. |tn=тсвана |tnq=таино |tpn=тупи |tr=тур. |trk=тюрк. |tt=тат. |ttt=татск. |txb=тохар. B |ty=таитянск. |tyv=тувинск. |udm=удм. |ug=уйгурск. |uga=угаритск. |uk=укр. |ur=урду |urj-pro=прауральск. |uz=узб. |vec=венет. |vi=вьетн. |vot=водск. |vsn=др.-инд. |xas=камас. |xal=калм. |xcl=грабар |xh=коса |xil=иллир. |xld=лидийск. |xmf=мегр. |xno=англ.-норм. |xpr=парфянск. |xpu=пуническ. |xto=тохар. A |yi=идиш |yrk=ненецк. |zh=кит. |zu=зулусск. |la.}}}}}}{{#if:stannum|{{#if:la|{{#if:|| }}}}Шаблон:Aslinks{{#if:|Ошибка скрипта: Модуля «string» не существует.}}}}{{#if:| }}{{#if:| «{{{3}}}{{#if:|, {{{4}}}}}{{#if:|, {{{5}}}}}»}}{{#if:| ({{{comment}}})}}{{#if:|}}{{#if:|Шаблон:Категория}}{{#if:|Шаблон:Категория}}{{#if:|Шаблон:Категория}}, 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 н. э. этим словом стали называть собственно олово<ref>Encyclopædia Britannica, 11th Edition, 1911, s.v. 'tin', citing H. Kopp</ref>.
Слово олово — общеславянское, однако в некоторых славянских языках такое же или однокоренное слово (пол. ołów, чеш. olovo, серб. олово, бел. волава и др.) используется для обозначения другого, внешне похожего металла — свинца. Слово олово имеет соответствия в балтийских языках (ср. лит. alavas, alvas, латыш. alva — «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<ref>Введенская Л. А., Колесников Н. П. Этимология: Учебное пособие // СПб: Питер, 2004, стр. 122.</ref>.
Физические свойства
Полная электронная конфигурация атома олова: 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p2
- Плотность: в твёрдом состоянии при +20 °С — 7,3 г/см³; в жидком состоянии при температуре плавления — 6,98 г/см³.
- Температура: плавления — 231,91 °C<ref name=ФЭ/>; кипения — 2620 °C.
- Коэффициент линейного расширения:
- при температуре 0 °C равен 1,99·10−5 К−1;
- при +100 °С равен 2,38·10−5 К−1<ref name=ХЭ/>;
- средний в диапазоне 0—100 °C равен 2,62·10−5 К−1<ref name=ФЭ/>.
- Удельная теплоёмкость: в твёрдом состоянии при +20 °C — 226 Дж/(кг·К); в жидком состоянии при температуре плавления — 268 Дж/(кг·К).
- Молярная теплоёмкость при постоянном давлении: при 0 °C равна 27,11 Дж/(моль·К) (белое олово), 25,79 Дж/(моль·К) (серое олово)<ref name=ХЭ/>.
- Теплота плавления равна 7,19 кДж/моль<ref name=ФЭ/>.
- Теплота испарения равна 296 кДж/моль<ref name=ХЭ/>.
- Теплопроводность при +20 °С — 65,26 Вт/(м·К)<ref name=ХЭ/>.
- Удельное электрическое сопротивление при +20 °C — 0,115 мкОм·м<ref name=ХЭ/> (по другим данным 0,128 мкОм·м при +25 °C<ref name=ФЭ/>).
- Термический коэффициент сопротивления равен 4,5·10−3 К−1<ref name=ФЭ/>.
- Удельная электропроводность при +20 °C — 8,69 МСм/м.
- Температура Дебая равна 200 К (белое олово), 212 К (серое олово)<ref name=ФЭ/>.
Механические и технологические свойства:
- модуль упругости 55 ГПа при 0 °C<ref name=ХЭ/><ref name=ФЭ/> и 48 ГПа при 100 °C;
- модуль сдвига 16,8—8,1 ГПа<ref name=ФЭ/>;
- временное сопротивление разрыву — 20 МПа;
- относительное удлинение — 40 %<ref name=ХЭ/>;
- твёрдость по Бринеллю — 152 МПа (белое олово), 62 МПа (серое олово)<ref name=ХЭ/>;
- температура литья — 260—300 °C.
При температуре немного выше 170 °C олово становится хрупким<ref name=ФЭ/>.
Стандартный электродный потенциал Шаблон:Math °Sn2+/Sn равен −0,136 В, а Шаблон:Math пары °Sn4+/Sn2+ около 0,151 В.
Серое и белое олово
Простое вещество олово полиморфно. В обычных условиях оно существует в виде Шаблон:Math-модификации (белое олово), устойчивой выше +13,2 °C. Белое олово — серебристо-белый, мягкий, пластичный металл, образующий кристаллы Шаблон:Крист. Координационное окружение каждого атома олова в нём — октаэдр. Плотность Шаблон:Math-Sn равна Шаблон:Nobr. При сгибании прутков олова слышен характерный хруст от взаимного трения кристаллитов<ref>Шаблон:Cite web</ref>.
При охлаждении белое олово переходит в Шаблон:Math-модификацию (серое олово). Серое олово образует кристаллы Шаблон:Крист со структурой типа алмаза. В сером олове координационный полиэдр каждого атома — тетраэдр, координационное число 4. Фазовый переход Шаблон:Math-Sn в Шаблон:Math-Sn сопровождается увеличением удельного объёма на 25,6 % (плотность Шаблон:Math-Sn составляет 5,75 г/см3), что приводит к рассыпанию олова в порошок. Энтальпия перехода Шаблон:Math Шаблон:Nobr. Одна модификация переходит в другую тем быстрее, чем ниже температура окружающей среды. При −33 °C скорость превращений становится максимальной. Тем не менее белое олово можно переохладить до гелиевых температур. Белое олово превращается в серое также под действием ионизирующего излучения<ref name="Slovar">Шаблон:Статья</ref>.
Из-за сильного различия структур двух модификаций олова разнятся и их электрофизические свойства. Так, Шаблон:Math-Sn — металл, а Шаблон:Math-Sn относится к числу полупроводников. Ниже Шаблон:Nobr Шаблон:Math-Sn переходит в сверхпроводящее состояние. Атомы в кристаллической решётке белого олова находятся в электронном s2p2-состоянии. Серое олово — ковалентный кристалл со структурой алмаза и электронным sp3-состоянием. Белое олово слабо парамагнитно, атомная магнитная восприимчивость Шаблон:Nobr (при Шаблон:Nobr), при температуре плавления становится диамагнитным, Шаблон:Nobr. Серое олово диамагнитно, Шаблон:Nobr (при Шаблон:Nobr).
Соприкосновение серого олова и белого приводит к «заражению» последнего, то есть к ускорению фазового перехода по сравнению со спонтанным процессом из-за появления зародышей новой кристаллической фазы. Совокупность этих явлений называется «оловянной чумой».<ref>Шаблон:Книга</ref> Нынешнее название этому процессу в 1911 году дал Э. Коген (он называл его также «музейной болезнью»<ref name=far35/>), однако это явление было известно ещё в античности, оно упоминается Аристотелем и Плутархом<ref name=far35/>. Начало научного изучения этого фазового перехода было положено в 1870 году работами петербургского учёного, академика Ю. Фрицше. Много ценных наблюдений и мыслей об этом процессе высказано Д. И. Менделеевым в его «Основах химии».
Одним из средств предотвращения «оловянной чумы» является добавление в олово стабилизатора, например висмута. С другой стороны, ускоряет процесс перехода белого олова в серое при не очень низких температурах катализатор хлорстаннат аммония (NH4)2SnCl6<ref>Шаблон:Статья</ref>.
«Оловянная чума» — одна из причин гибели экспедиции Скотта к Южному полюсу в 1912 году. Она осталась без горючего из-за того, что топливо просочилось из запаянных оловом баков, поражённых «оловянной чумой»<ref>Оловянная чума // БСЭ</ref>.
Некоторые историки указывают на «оловянную чуму» как на одно из обстоятельств поражения армии Наполеона в России в 1812 году — сильные морозы привели к превращению оловянных пуговиц на мундирах солдат в порошок<ref>Шаблон:Cite news</ref>.
Оловянная чума погубила многие музейные экспонаты. В музейных собраниях России оловянные предметы большой древности отсутствуют, имеются лишь единичные предметы начиная с XIV века, существующие экспонаты относятся в основном к XVIII и последующим векам. Так, разрушился целый ряд блюд и мисок XVII века из казны царевны Татьяны Михайловны, сестры царя Алексея Михайловича, и из казны его дочерей Феодосии Алексеевны и Софья Алексеевны в ризнице Троицкого собора Успенского девичьего монастыря в Александрове, где во время послереволюционной разрухи после 1917 года надолго прекращалось отопление<ref name=far35>Шаблон:Книга</ref>.
Олово, поражённое «чумой», после переплавки снова становится белым. Однако для превращения серого олова в белое достаточно выдержать его при повышенной температуре, по одним источникам, выше +40 °C, по другим — выше +59 °C<ref name=far35/>. Реставраторы для остановки разрушения предметов, поражённых «оловянной чумой», выдерживают их в кипящей воде в течение часа и более<ref name=far35/>.
При высоких давлениях обнаружены ещё две модификации олова: Шаблон:Math-олово (переход при температуре 161 °C и давлении около 4 ГПа, при комнатной температуре и давлении 10 ГПа) и Шаблон:Math-олово (переход при температуре около 1000 °C и давлении выше 21 ГПа)<ref>Шаблон:Статья</ref>.
Изотопы
Шаблон:Main Природное олово состоит из десяти стабильных нуклидов с массовыми числами 112 (в смеси 0,96 % по массе), 114 (0,66 %), 115 (0,35 %), 116 (14,30 %), 117 (7,61 %), 118 (24,03 %), 119 (8,58 %), 120 (32,85 %), 122 (4,72 %) и 124 (5,94 %). Для некоторых из них энергетически возможен двойной бета-распад, однако экспериментально он пока (2018 г.) не наблюдался, поскольку предсказываемый период полураспада очень велик (более 1020 лет)<ref>Упоминавшееся в некоторых источниках (например, в «Химической энциклопедии») обнаружение бета-распада олова-124 впоследствии не подтвердилось.</ref>.
Олово обладает наибольшим среди всех элементов числом стабильных изотопов, что связано с тем, что 50 (число протонов в ядрах олова) является магическим числом — оно составляет заполненную протонную оболочку в ядре и повышает тем самым энергию связи и стабильность ядра. Известны два дважды магических изотопа олова, оба они радиоактивны, так как удалены от полосы бета-стабильности: нейтронодефицитное 100Sn (Шаблон:Math) и нейтроноизбыточное 132Sn (Шаблон:Math, Шаблон:Math).
Изотопы олова 117Sn и 119Sn являются мёссбауэровскими изотопами и применяются в гамма-резонансной спектроскопии.
Химические свойства
Металлическое олово
При комнатной температуре олово, подобно соседу по группе германию, устойчиво к воздействию воздуха или воды. Такая инертность объясняется образованием поверхностной плёнки оксидов. Заметное окисление олова на воздухе начинается при температурах выше 150 °C:
- <math>\mathsf{Sn + O_2 \rightarrow SnO_2}</math>
При нагревании олово реагирует с большинством неметаллов. При этом образуются соединения в степени окисления +4, которая более характерна для олова, чем +2. Например:
- <math>\mathsf{Sn + 2Cl_2 \rightarrow SnCl_4}</math>
Растворяется в разбавленных кислотах (HCl, H2SO4)<ref name="Третьяков">Шаблон:Книга</ref>:
- <math>\mathsf{Sn + 2HCl \rightarrow SnCl_2 + H_2\uparrow}</math>
Олово реагирует c концентрированной соляной кислотой. При этом серое олово (Шаблон:Math-Sn) образует раствор хлорида олова(II), а белое (Шаблон:Math-Sn) — хлорида олова(IV)<ref name="Шрайвер">Шаблон:Книга</ref>:
- <math>\mathsf{Sn + 3HCl \rightarrow H[SnCl_3] + H_2\uparrow}</math>
- <math>\mathsf{Sn + 6HCl \rightarrow H_2[SnCl_6] + 2H_2\uparrow}</math>
Состав продукта реакции олова с азотной кислотой зависит от концентрации кислоты. В концентрированной азотной кислоте (60 %) образуется оловянная кислота Шаблон:Math-SnO2·Шаблон:MathH2O<ref name="Третьяков"/> (иногда её формулу записывают как H2SnO3). При этом олово ведёт себя как неметалл:
- <math>\mathsf{Sn + 4HNO_3 \rightarrow \ SnO_2\cdot H_2O + 4NO_2 + H_2O}</math>
При взаимодействии с разбавленной азотной кислотой (3—5 %) образуется нитрат олова(II)<ref name="Третьяков"/>:
- <math>\mathsf{4Sn + 10HNO_3 \rightarrow 4Sn(NO_3)_2 + NH_4NO_3 + 3H_2O}</math>
Окисляется растворами щелочей до гидроксостанната(II), который в горячих растворах склонен к диспропорционированию<ref name="Третьяков"/>:
- <math>\mathsf{Sn + NaOH + 2H_2O \rightarrow Na[Sn(OH)_3] + H_2\uparrow}</math>
- <math>\mathsf{2Na[Sn(OH)_3] \rightarrow Sn + Na_2[Sn(OH)_6]}</math>
- <math>\mathsf{Sn + 2NaOH + 4H_2O \rightarrow Na_2[Sn(OH)_6] + 2H_2\uparrow}</math>
Олово(II)
Менее устойчивая степень окисления, чем (IV). Соединения олова(II) имеют высокую восстановительную активность и легко диспропорционируют<ref name="Третьяков"/>:
- <math>\mathsf{2SnO \xrightarrow{^ot}\ SnO_2 + Sn}</math>
На воздухе соединения быстро окисляются кислородом, как в твёрдом виде<ref name="Третьяков"/>, так и в растворах<ref name="Шрайвер"/>:
- <math>\mathsf{2SnO + O_2 \rightarrow 2SnO_2}</math>
- <math>\mathsf{2Sn^{2+} + O_2 + 4H^+ \rightarrow 2Sn^{4+} + 2H_2O}</math>
Сильным восстановителем является «оловянная соль» SnCl2·2H2O<ref name="Третьяков"/>. Она может восстанавливать золото(III) до золота(0), что применяется для качественного определения золота в растворах (образуется чёрное мелкодисперсное золото):
- <chem>2H[AuCl4] + 3SnCl2 -> 2Au v + 3SnCl4 + 2HCl</chem>
Оксид можно получить действием аммиака на горячий раствор хлорида олова(II) в атмосфере СO2<ref name="Третьяков"/>:
- <math>\mathsf{SnCl_2 + 2NH_3 + H_2O \rightarrow SnO + 2NH_4Cl}</math>
Также оксид получается при слабом нагревании гидроксида олова(II) Sn(OH)2 в вакууме или осторожном нагревании некоторых солей:
- <math>\mathsf{Sn(OH)_2 \rightarrow SnO + H_2O}</math>
- <math>\mathsf{SnC_2O_4 \rightarrow SnO + CO\uparrow + CO_2\uparrow}</math><ref name="Третьяков"/>
В растворах солей олова(II) идёт сильный гидролиз<ref name="Третьяков"/>:
- <math>\mathsf{[Sn(H_2O)_3]^{2+} +H_2O \rightarrow [Sn(H_2O)_2OH]^+ + H_3O^+}</math>
При действии на раствор соли Sn(II) растворами сульфидов выпадает осадок сульфида олова(II):
- <math>\mathsf{Sn^{2+} + S^{2-} \rightarrow SnS\downarrow}</math>
Этот сульфид может быть легко окислен до сульфидного комплекса раствором полисульфида натрия, при подкислении превращающегося в осадок cульфида олова(IV)<ref name="Третьяков"/>:
- <math>\mathsf{SnS + Na_2S_2 \rightarrow Na_2SnS_3}</math>
- <math>\mathsf{Na_2SnS_3 + 2HCl \rightarrow SnS_2 + 2NaCl + H_2S\uparrow}</math>
Олово(IV)
Оксид олова(IV) (SnO2) образуется прямым окислением кислородом. При сплавлении с щелочами образует станнаты, при обработке водой образующие гидроксостаннаты<ref name="Третьяков"/>:
- <math>\mathsf{SnO_2 + 2NaOH \xrightarrow{^ot}\ Na_2SnO_3 + H_2O}</math>
При гидролизе растворов солей олова(IV) образуется белый осадок — так называемая Шаблон:Math-оловянная кислота<ref name="Третьяков"/>:
- <math>\mathsf{SnCl_4 + 4NH_3 + 6H_2O \rightarrow H_2[Sn(OH)_6] + 4NH_4Cl}</math>
- <math>\mathsf{H_2[Sn(OH)_6] \rightarrow \ SnO_2\cdot nH_2O + 3H_2O}</math>
Свежеполученная Шаблон:Math-оловянная кислота растворяется в кислотах и щелочах<ref name="Третьяков"/>:
- <math>\mathsf{SnO_2\cdot nH_2O + 2KOH \rightarrow K_2[Sn(OH)_6]}</math>
- <math>\mathsf{SnO_2\cdot nH_2O + 4HNO_3 \rightarrow Sn(NO_3)_4 + (n+2)H_2O}</math>
При хранении Шаблон:Math-оловянная кислота стареет, теряет воду и переходит в Шаблон:Math-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<ref name="Третьяков"/>.
Гидрид олова — станнан SnH4 — можно получить по реакции:
- <math>\mathsf{SnCl_4 + Li[AlH_4] \rightarrow SnH_4\uparrow + LiCl + AlCl_3}</math>
Этот гидрид весьма нестоек и медленно разлагается уже при температуре 0 °C.
Четырёхвалентное олово образует обширный класс оловоорганических соединений, используемых в органическом синтезе, в качестве пестицидов и др.
Нахождение в природе
Олово — редкий рассеянный элемент, по распространённости в земной коре олово занимает 47-е место. Кларковое содержание олова в земной коре составляет, по разным данным, от 2Шаблон:E до 8Шаблон:E % 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 основном в Китае и Юго-Восточной Азии — Индонезии, Малайзии и Таиланде. Также есть крупные месторождения в Южной Америке (Боливии, Перу, Бразилии) и Австралии.
В России запасы оловянных руд расположены в Хабаровском крае (Солнечный район — месторождения Фестивальное, Солнечное, Лунное, Придорожное, Перевальное и Соболиное<ref>Шаблон:Cite web</ref>; Верхнебуреинский район — Правоурмийское месторождение), в Чукотском автономном округе (Пыркакайские штокверки; рудник/посёлок Валькумей, Иультин — разработка месторождений закрыта в начале 1990-х годов), в Приморском крае (Кавалеровский район), в Якутии (месторождение Депутатское) и других районах<ref>Шаблон:Cite web</ref>.
Распространённость в природе
Распространённость в природе отражена в следующей таблице<ref name="Геохимия">Шаблон:Книга</ref>:
| Геол. объект | Камен. метеориты | Дуниты и др. | Базальты и др. | Диориты и др. | Гранитоиды | Глины и др. | Вода океанов | Живое вещество(% на живой вес) | Почва | Зола растений |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Содержание, вес. % | Шаблон:01Шаблон:E | Шаблон:05Шаблон:E | Шаблон:01,5Шаблон:E | Шаблон:0− | Шаблон:03Шаблон:E | 1Шаблон:E | Шаблон:07Шаблон:E | Шаблон:05Шаблон:E | 1Шаблон:E | Шаблон:05Шаблон:E |
В незагрязнённых поверхностных водах олово содержится в субмикрограммовых концентрациях. В подземных водах его концентрация достигает единиц микрограмм на литр, увеличиваясь в районе оловорудных месторождений, оно попадает в воды за счёт разрушения в первую очередь сульфидных минералов, неустойчивых в зоне окисления. Шаблон:Nobr.
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 в 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).
Формы нахождения
Основная форма нахождения олова в горных породах и минералах — рассеянная (или эндокриптная). Однако олово образует и минеральные формы, и в этом виде часто встречается не только как акцессорий в кислых магматических породах, но и образует промышленные концентрации преимущественно в окисной (касситерит SnO2) и сульфидной (станнин) формах<ref name="Барсуков">Шаблон:Книга</ref>.
Твёрдая фаза. Минералы
В общем можно выделить следующие формы нахождения олова в природе:
- 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.
- Минеральная форма: олово установлено в минералах-концентраторах. Как правило, это минералы, в которых присутствует железо Fe+2: биотиты, гранаты, пироксены, магнетиты, турмалины и так далее. 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 так далее.
На сульфидных месторождениях олово входит как изоморфный элемент в сфалериты (Силинское месторождение, Россия, Приморье), халькопириты (Дубровское месторождение, Россия, Приморье), пириты. Высокие концентрации олова выявлены в пирротине грейзенов Смирновского месторождения (Россия, Приморье). Считается, что из-за ограниченного изоморфизма происходит распад твёрдых растворов с микровыделениями Cu2+1Fe+2SnS4 или тиллита PbSnS2 и других минералов.
Собственно минеральные формы
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 так далее, 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 другие, 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<ref>Шаблон:Статья</ref><ref name="самород">Самородное минералообразование в магматических процессах. Часть I и II. Якутск, 1981</ref>.
Приведённые формы нахождения олова и других элементов встречаются в различных геологических образованиях<ref name="самород"/>:
- Группа интрузивных и эффузивных магматических пород: траппы, пикриты Сибирской платформы, гипербазиты и габброиды Камчатки, кимберлиты Якутии, лампроиты Алдана и так далее; гранитоиды Приморья, Дальнего Востока, Тянь-Шаня.
- Группа метасоматически и гидротермально изменённых пород: медно-никелевые руды Сибирской платформы, золоторудные объекты Урала, Кавказа, Узбекистана и так далее<ref>Шаблон:Статья</ref>.
- Группа современного рудообразования: пелагические осадки Тихого океана, продукты Большого Трещинного Толбачинского извержения, гидротермальная система Узон на Камчатке и прочие.
- 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 спектроскопии присутствует Sn+4.
Касситерит
Шаблон:Main Касситерит (от греч. kassiteros — олово) — главный рудный минерал для получения олова, химическая формула SnO2. Теоретически содержит 78,62 % Sn. Образует отдельные выделения, зёрна, сплошные массивные агрегаты, в которых зёрна минерала достигают в размере Шаблон:Nobr и даже больше. В чистом виде бесцветные кристаллы, примеси придают минералу самые различные цвета.
- Плотность 6040—7120 кг/м³ (наиболее низкая у светлоокрашенных касситеритов).
- Твёрдость по Моосу 1,5.
- Блеск — матовый, на гранях — алмазный.
- Спайность несовершенная.
- Излом раковистый.
Основные формы выделения касситерита:
- микровключения в других минералах;
- акцессорные выделения минерала в породах и рудах;
- сплошные или вкрапленные руды: игольчатые радиально-лучистые агрегаты (месторождения Приморья), коломорфные и криптокристаллические выделения и скопления (месторождения Приморья); 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 других странах.
Гидроокисные соединения
Второстепенное место занимают гидроокисные соединения олова, которые можно рассматривать как соли полиоловянных кислот. К ним можно отнести минерал сукулаит Ta2Sn2+2O7<ref name="Некрасов">Некрасов И. Я. Фазовые соотношения в олово-содержащих системах. М.: Наука, 1976.</ref>; твёрдый раствор олова в магнетите вида Fe2SnO4 или Fe3SnO3 (Бретштейн Ю. С., 1974; Воронина Л. Б., 1979); «варламовит» — продукт окисления станнина; считается, что он представляет собой смесь аморфных и полуаморфных соединений Sn, метаоловянной кислоты, поликонденсированной фазы и гидрокасситеритовой фазы. Известны также гидратированные продукты окисления — гидромартит 3SnO·H2O; мушистонит (Cu,Zn,Fe)Sn(OH)6; гидростаннат меди CuSn(OH)6 и другие.
Силикаты
Известна многочисленная группа силикатов олова, представленная малаяитом CaSn[SiO5]<ref>Шаблон:Книга</ref>; пабститом Ba(Sn, Ti)Si3O9<ref name="Некрасов"/>, стоказитом Ca2Sn2Si6O18·4H2O и др. Малаяит образует даже промышленные скопления.
Шпинелиды
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 месторождениях халькопирита CuFeS2 с образованием парагенезиса касситерит — халькопирит.
Станнин
Шаблон:Main 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 месторождений 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 вкраплённость в сфалерите ZnS, халькопирите. Во многих случаях наблюдаются явления распада станнина с выделением касситерита.
Коллоидная форма
Коллоидные и олово-кремнистые соединения играют значительную роль в геохимии олова, хотя детально она не изучена. Значительное место в геологии элемента играют коломорфные соединения и продукты его кристаллических превращений в скрытокристаллические разности. Коломорфный касситерит рассматривается как форма выражения вязких гелеобразных растворов.
Независимые исследования выявили аномально высокую растворимость SnO2 в хлор-кремниевых растворах. Максимальная растворимость достигается при отношении <math>\frac{\mathsf{SnO}_2}{\mathsf{SiO}_2}= 1{,}5</math>.
Анализ свойств соединения Sn(OH)4 и близость их к соединению Si(OH)4 выявляет способность его к полимеризации с образованием в конечном счёте соединений H2SnШаблон:MathO2Шаблон:Math+1, SnШаблон:MathO2Шаблон:Math−1(OH)2. В обоих случаях возможно замещение группы (ОН) на анионы F и Cl.
Таким образом, полимеризация молекул Sn(OH)4 и соединение их с молекулами Si(OH)4 ведёт к образованию геля (коллоида) и появлению цепочек HШаблон:MathSn2Шаблон:MathSiШаблон:MathOШаблон:Math, причём Шаблон:Nobr<ref name="Некрасов-2">Шаблон:Книга</ref>, или HШаблон:Math[SiO2Шаблон:Math(SnOШаблон:Math)Шаблон:Math] (Некрасов И. Я. и др., 1973).
Имеющиеся данные говорят о том, что коллоидная форма является естественным промежуточным звеном при осаждении олова из гидротермальных растворов.
Формы нахождения олова в жидкой фазе
Наименее изученная часть геохимии олова, хотя в газово-жидких включениях установлены касситериты в виде минералов-узников (Кокорин А. М. и др., 1975). Работ по анализу конкретных оловосодержащих природных растворов нет. В основном вся информация основана на результатах экспериментальных исследований, которые говорят только о вероятных формах нахождения олова в растворах. Существенную роль в разработке методики этих исследований принадлежит академику В. Л. Барсукову<ref name="Барсуков" />.
Вся совокупность экспериментально установленных форм нахождения олова в растворах разбивается на группы:
- Ионные соединения. Эти соединения и их структура описываются с позиций классических валентных и стереохимических представлений. Выделяются подгруппы:
- Простые ионы Sn+2 и Sn+4 в основном обнаружены в магматических расплавах, а также в гидротермальных растворах, обладающих низкими значениями рН. Однако в существующих гидротермальных системах, отражаемых составом газово-жидких включений, такие условия не установлены.
- Галогениды — SnF2, SnF40, SnCl40. Считается, что роль хлора в переносе и отложении олова и сопутствующих металлов более значительна, чем роль фтора.
- Гидроксильные соединения. В щелочных условиях исходными являются соединения H2SnO2, H2SnO4, H2SnO3. Эти формы часто устанавливаются на основе известных минеральных форм. Часть этих форм имеет как искусственное (CaSnO3, Ca2SnO4), так и природное (FeSnO2, Fe2SnO4) происхождение. В кислых средах эти соединения ведут себя как слабые основания типа Sn(OH)2, Sn(OH)4. Считается, что одной из форм проявления подобных соединений является варламовит. Согласно экспериментальным данным Sn(OH)4 отлагается только при Шаблон:Nobr в слабокислых или нейтральных условиях при Шаблон:Nobr. Соединения Sn(OH)4 и Sn(OH)3+ устойчивы при рН= 7—9, тогда как Sn(OH)2+2 и Sn(OH)+2 — при Шаблон:Nobr. Довольно часто группы (ОН)−1 замещаются на F и Cl, создавая галогенозамещённые модификации гидросоединений олова. В общем виде эти формы представлены соединениями Sn(OH)4-Шаблон:MathFШаблон:Math или Sn(OH)4−Шаблон:MathFШаблон:MathClШаблон:Math. В целом соединение Sn(OH)3F устойчиво при Шаблон:Nobr, а Sn(OH)2F2 — при Шаблон:Nobr.
- Сульфидные соединения. По экспериментальным данным в растворе присутствуют соединения SnS4−4 или SnS3−2 при Шаблон:Nobr; SnS2O−2 (Шаблон:Nobr) и Sn(SH)4 (Шаблон:Nobr). Имеется упоминание о существовании соединения типа Na2SnS3, неустойчивого в кислой среде.
- Комплексные соединения олова изучены при растворении касситерита во фторированных средах. Эти соединения отличаются высокой растворимостью. Этими же свойствами обладают соединения, полученные в хлоридных растворах. В качестве основных форм комплексных соединений, известных из экспериментов, можно назвать Na2[Sn(OH)6], Na2[SnF6], Na2[Sn(OH)2F4] и пр. Эксперименты показали, что комплекс Sn(OH)4F2−2 будет преобладать при Шаблон:Nobr.
- Коллоидные и олово-кремнистые соединения. Об их существовании говорит присутствие на многих месторождениях коломорфных выделений касситерита.
Промышленные типы месторождений олова
Описанные выше геохимические особенности олова находят косвенное отражение в формационной классификации оловорудных месторождений, предложенной Е. А. Радкевич с последующими дополнениями.
- А. Формация оловоносных гранитов. Касситерит установлен в акцессорной части гранитов.
- Б. Формация редкометальных гранитов. Это граниты литионит-амазонит-альбитового типа (апограниты по А. А. Беусу). Касситерит в акцессорной части вместе колумбит-татнатлитом, микролитом и прочими.
- В. Формация оловоносных пегматитов. Оловянная минерализация характерна для Be-Li-, Be-Ta-, F-Li- типов.
- Г. Формация полевошпат-кварц-касситеритовая. Выделена Ив. Ф. Григорьевым. Это кварц-полевошпатовые жилы с касситеритом и другими минералами.
- Д. Формация кварц-касситеритовая. Распространена на северо-востоке России. Это жильные зоны, грейзены с кварцем, мусковитом, вольфрамитом, касситеритом и другим.
- Е. Формация касситерит-силикатно-сульфидная с турмалиновым и хлоритовым типами. Одна из основных продуктивных формаций Приморья России.
- Ж. Формация касситерит-сульфидная. Также основная оловопродуктивная формация. В ней выделяют основные типы:
- 1) штокверковое олово-вольфрамовое оруденение;
- 2) рудные тела квар-касситерит-арсенопиритового типа;
- 3) продуктивные кварцевые жилы сульфидно-касситерит-хлоритового типа.
- З. Формация оловянно-скарновая.
- И. Формация деревянистого олова (риолитовая формация).
- К. Формация основных и ультраосновных пород (по И. Я. Некрасову)<ref name="Некрасов-2" />.
- Л. Формация щелочных пород Украины (по В. С. Металлиди, 1988).
Производство
В процессе производства рудоносная порода (касситерит) подвергается дроблению до размеров частиц в среднем Шаблон:Nobr, в промышленных мельницах, после чего касситерит за счёт своей относительно высокой плотности и массы отделяется от пустой породы вибрационно-гравитационным методом на обогатительных столах. В дополнение применяется флотационный метод обогащения/очистки руды. Таким образом удаётся 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 поочерёдно со слоями руды, или алюминием (цинком) в электропечах: <math>\mathsf{SnO_2 + C = Sn + CO_2}</math>. Особо чистое олово полупроводниковой чистоты готовят электрохимическим рафинированием или методом зонной плавки<ref>Шаблон:Книга</ref>.
Цена килограмма металлического олова на Лондонской бирже металлов в 2018—2019 была близка к 20 долларам, с наступлением пандемии COVID-19 в 2020 году снизилась, опускаясь ниже 14 долларов, однако в 2021—2022 цена существенно выросла, дойдя в июле 2021 года почти до 34 долларов, превысив рекорд 2011 года<ref>Шаблон:Cite web</ref>, и поставив новый рекорд в 2022 году — более 48 долларов. По состоянию на конец февраля — начало марта 2023 года килограмм олова стоит около 25 долларов<ref name="elec.ru">Шаблон:Cite web</ref>.
Применение
- Олово используется в основном как безопасное, нетоксичное, коррозионностойкое покрытие в чистом виде или в сплавах с другими металлами (лужение). 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), широко применяется в промышленности и в быту. Другой известный сплав — пьютер — используется для изготовления посуды. Для этих целей расходуется около 33 % всего добываемого олова. До 60 % производимого олова используется в виде сплавов с медью, медью и цинком, медью и сурьмой (подшипниковый сплав, или баббит), с цинком (упаковочная фольга) и в виде оловянно-свинцовых и оловянно-цинковых припоев.
- Дисульфид олова SnS2 применяют в составе красок, имитирующих позолоту («поталь»).
- Искусственные радиоактивные ядерные изомеры олова 117mSn и 119mSn — источники гамма-излучения, являются мёссбауэровскими изотопами и применяются в гамма-резонансной спектроскопии.
- 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.
- Смесь солей олова — «жёлтая композиция» — ранее использовалась как краситель для шерсти.
- Олово применяется также в химических источниках тока в качестве анодного материала, например: марганцево-оловянный элемент, окисно-ртутно-оловянный элемент.
- Исследуются изолированные двумерные слои олова (станен), созданные по аналогии с графеном<ref>Шаблон:Cite news</ref><ref>Шаблон:Cite news, по материалам Yong Xu et al., Physical Review Letters, 27 Sept 2013 (doi:10.1103/PhysRevLett.111.136804)</ref>.
- Используется для создания сверхпроводящих проводов на основе интерметаллического соединения Nb3Sn.
- В последнее время возрождается интерес к использованию металла, поскольку он наиболее «экологичен» среди тяжёлых цветных металлов.
Физиологическое действие
О роли олова в живых организмах практически ничего не известно. Ежедневное поступление олова с пищей составляет Шаблон:Nobr, при регулярном потреблении консервированной пищи — до Шаблон:Nobr. В теле человека содержится примерно Шаблон:Nobr олова, наибольшая концентрация наблюдается в кишечнике.Шаблон:Sfn
Металлическое олово не токсично, что позволяет применять его в пищевой промышленности. Олово представляет опасность для человека в виде паров, различных аэрозольных частиц и пыли. При воздействии паров или пыли олова может развиться станноз — поражение лёгких. Газообразное вещество станнан (оловянистый водород) — сильнейший яд, более того, он самовоспламеняется при контакте с воздухом. Также очень токсичны некоторые оловоорганические соединения, такие как тетраэтилолово. Временно допустимая концентрация соединений олова в атмосферном воздухе Шаблон:Nobr, ПДК олова в пищевых продуктах Шаблон:Nobr, в молочных продуктах и соках — Шаблон:Nobr. Токсическая доза олова для человека — Шаблон:Nobr, интоксикация организма начинается при содержании в организме Шаблон:Nobr.Шаблон:Sfn
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 в объёмах, превышающих предельно допустимую концентрацию (в частности, определённую по ГОСТ 12.1.005—76. Длительное (в течение Шаблон:Nobr) воздействие пыли олова оказывает фиброгенное воздействие на лёгкие и может вызвать заболевание работающих пневмокониозом<ref>Требования безопасности// ГОСТ 860-75 ОЛОВО (ред. 2002)</ref>.
Галерея изображений
-
Оловянный куб
-
Оловянная руда
-
Консервная банка с оловянным покрытием
-
Оловянный солдатик в форме после литья
-
Кристаллы касситерита (тёмные)
Примечания
Литература
Ссылки
- Олово на Webelements
- Олово в Популярной библиотеке химических элементов
- Шаблон:Книга
- Олово — иллюстрированная научно-популярная статья на periodictable.ru
- Демонстрационные ролики: «Оловянная чума» на PeriodicTable.ru
- Горение олова, видео
Шаблон:Вс Шаблон:Навигационная обёртка
| {{#if:|Щелочные металлы|Щелочные металлы}} | {{#if:|Щёлочноземельные металлы|Щёлочноземельные металлы}} | {{#if:|Лантаноиды|Лантаноиды}} | {{#if:|Актиноиды|Актиноиды}} | {{#if:|Переходные металлы|Переходные металлы}} |
| {{#if:|Постпереходные металлы|Постпереходные металлы}} | {{#if:|Полуметаллы|Полуметаллы}} | {{#if:|Неметаллы| Неметаллы}} | {{#if:|Галогены|Галогены}} | {{#if:|Благородные газы|Благородные газы}} |
Шаблон:Навигационная обёртка/конец
Шаблон:Ряд Активности Металлов Шаблон:Соединения олова Шаблон:Металлы и сплавы, используемые для изготовления монет