Олово, властивості атома, хімічні та фізичні властивості

Олово, властивості атома, хімічні та фізичні властивості.

118,710(7) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 5s2 5p2

Олово — елемент періодичної системи хімічних елементів Д. І. Менделєєва з атомним номером 50. Розташований у 14-й групі (за старою класифікацією — головною підгрупою четвертої групи), п'ятим періодом періодичної системи.

Атом та молекула олова. Формула олова. Будова атома олова

Ізотопи та модифікації олова

Властивості олова (таблиця): температура, щільність, тиск та ін.

Фізичні властивості олова

Хімічні властивості олова. Взаємодія олова. Хімічні реакції з оловом

Таблиця хімічних елементів Д.І. Менделєєва

Олово (Sn, Stannum)

Історія олова

Олово – один з найдавніших відомих людству металів, перші вироби з олов'яної бронзи (сплав, де поряд з оловом є мідь) датуються III тисячоліттям до н.е. Латинська назва stannum пов'язана з санскритом, де є схожий термін визначення сплаву срібла і свинцю, який був надзвичайно міцний (calorizator). Власне назва олово була утворена від кількох слів у слов'янських мовах, що позначають білий чи жовтий колір.

Загальна характеристика олова

Олово є елементом XIV групи V періоду періодичної таблиці хімічних елементів Д.І. Менделєєва має атомний номер 50 і атомну масу 118,710. Прийняте позначення – Sn (Від латинського stannum).

Знаходження у природі

Олово вважається рідкісним розсіяним елементом, основна кількість міститься в мінералі каситерит (олов'яний камінь), основні родовища олова на території Китаю, Індонезії, Таїланду, Малайзії, Перу, Болівії та Бразилії.

Фізичні та хімічні властивості

Олово є легким, пластичним, легкоплавким та ковким металом, має блискучу поверхню сріблясто-білого кольору. Інертний до впливу повітря при звичайних температурах завдяки оксидній плівці, що утворюється на поверхні.

Добова потреба в олові

Добова потреба в олові не встановлена, вважається, що людині достатньо 2-10 мг на день. Щодня організм з їжею отримує до 50 мг мікроелемента (при заявленій токсичній дозі 20 мг), але отруєння не відбувається тому, що засвоюється не більше 5% олова, решта природним шляхом виводиться із сечею.

Продукти харчування багаті на олов

Основними постачальниками олова для організму людини традиційно вважаються яловичина, свинина, індичка та курка, молоко та молочні продукти, квасоля, горох та насіння соняшника, буряк та картопля.

Ознаки нестачі олова

Недостатня кількість олова в організмі людини зустрічається дуже рідко і характеризується такими ознаками:

• уповільнення зростання;
• погіршення слуху;
• втрата ваги;
• випадання волосся;
• дисбаланс мінерального складу.

Ознаки надлишку олова

Надлишок олова трапляється у працюючих із солями олова і в тих, хто часто харчується консервами в залізних банках, які мають властивість руйнуватися при тривалому зберіганні, тому якщо вміст банки не використовується відразу, є сенс перекласти продукти в скляну або пластикову ємність. Надлишок олова характеризується:

• анемією;
• мігренями та запамороченнями;
• металевим присмаком у роті;
• збільшенням печінки;
• запальними реакціями на шкірі;
• зниженням апетиту, блюванням, проносом;
• зміною кольору шкіри (блідість із сірим відтінком) та ясен (синева);
• збудженням та невмотивованою агресією.

Застосування олова у житті

Олово застосовують як у чистому вигляді, так і в сплавах для виготовлення безпечних та стійких до корозії покриттів, також у хімічній промисловості, скляній справі та для фарбування вовни.

Корисні властивості олова та його вплив на організм

Роль олова на процеси, що відбуваються в організмі, вивчена не в повному обсязі, на сьогоднішній день зрозуміло, що мікроелемент бере участь у процесах росту та в окисно-відновних реакціях, присутній у шлунковому ферменті (гастрин), сприяє нормальному розвитку кісткових тканин.

Автор: Вікторія Н. (спеціально для ) Копіювання цієї статті повністю або частково заборонено.

Атом та молекула олова. Формула олова. Будова атома олова:

Олово (Лат. Stannum) – хімічний елемент періодичної системи хімічних елементів Д. І. Менделєєва з позначенням Sn та атомним номером 50. Розташований у 14-й групі (за старою класифікацією – головною підгрупою четвертої групи), п'ятим періодом періодичної системи.

Олово – Амфотерний метал. Належить до групи легких, кольорових металів.

Олово позначається символ Sn.

Як проста речовина олово за нормальних умов є ковкий, м'який, пластичний, легкоплавкий, сріблясто-білий, блискучий метал (біле олово, β-олово) або сірий порошок (сіре олово, α-олово).

Молекула олова одноатомна.

Хімічна формула олова Sn.

Електронна конфігурація атома олова 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 5s2 5p2. Потенціал іонізації (перший електрон) атома олова дорівнює 708,58 кДж/моль (7,343918(12) еВ).

Будова атома олова. Атом олова складається з позитивно зарядженого ядра (50), навколо якого по п'яти оболонках рухаються 50 електронів.При цьому 46 електронів знаходяться на внутрішньому рівні, а 4 електрони – на зовнішньому. Оскільки олово розташоване у п'ятому періоді, оболонок всього п'ять. Перша – внутрішня оболонка представлена ​​s-орбіталлю. Друга – внутрішня оболонка представлені s- та р-орбіталями. Третя та четверта – внутрішні оболонки представлені s-, р- та d-орбіталями. П'ята – зовнішня оболонка представлена ​​s-орбіталлю. На зовнішньому енергетичному рівні атома олова на 5s-орбіталі знаходяться два спарені електрони, на 5p-орбіталі – два неспарені електрони. У свою чергу ядро ​​атома олова складається з 50 протонів та 69 нейтронів. Олово відноситься до елементів p-родини.

Радіус атома олова (Обчислений) становить 145 пм.

Атомна маса атома олова складає 118,710(7) а. е. м.

Олово, властивості атома, хімічні та фізичні властивості

Властивості олова (таблиця): температура, щільність, тиск та ін.

Детальна інформація на сайті ChemicalStudy.ru

– β-олово, біле олово, з тетрагональними об'ємно-центрованими кристалічними гратами,

(у дужках зазначено координаційне число – характеристика, що визначає число найближчих частинок (іонів чи атомів) у молекулі чи кристалі)

Sn4+ + 4e– → Sn, Eo = +0,01 В

6,99 г/см3 (при температурі плавлення 231,93 °C та інших) стандартних умов, стан речовини – рідина)

205* Емпіричний радіус атома олова згідно з [1] та [3] становить 140 пм та 162 пм відповідно.

206* Ковалентний радіус олова згідно з [1] та [3] становить 139±4 пм та 141 пм відповідно.

401* Щільність білого олова згідно [4] становить 7,29 г/см3 (при 20 °C та інших) стандартних умов, стан речовини – тверде тіло) та 6,98 г/см3 (при температурі плавлення 232 °C та інших стандартних умов, стан речовини – рідина). Щільність сірого олова згідно [4] складає 5,85 г/см3 (при 14 ° C та інших стандартних умов, стан речовини – тверде тіло.

402* Температура плавлення олова згідно з [3] та [4] становить 231,91 °С (505,06 K, 449,44 °F) та 231,9 °С (505,05 K, 449,42 °F) відповідно .

403* Температура кипіння олова згідно з [3] та [4] становить 2619,85 °C (2893 K, 4747,73 °F) та 2620 °С (2893,15 K, 4748 °F) відповідно.

407* Питома теплота плавлення (ентальпія плавлення ΔHпл) білого олова згідно з [4] становить 7,2 кДж/моль.

Властивості металу

Олово відноситься до безпечних для людини речовин. В організм людини воно щодня потрапляє з їжею у мінімальних пропорціях (0,25-3,4 мг). У тілі міститься близько (1-2). 10-4% металу. Найвища концентрація виявляється у кишечнику. Регулярне вдихання парів або повітряних частинок може завдати шкоди та призвести до легеневих захворювань. Людям, які працюють із органічними сплавами олова, рекомендується одягати захисні костюми.

Причиною отруєння може стати вживання старих консервів, у яких органічні продукти реагують із внутрішнім покриттям з олова, відбувається окислення, при цьому виділяється олов'янистий водень. Роль речовини в людини практично не вивчена. Металеве олово вважається нетоксичним для людини, тому застосовується для покриття бляшаних тар для продуктів.

Фізичні характеристики

Щільність металу у твердій фракції при звичайній температурі (+ 20-22˚С) становить 7,3 г/см3, підвищення показників до температури плавлення олова (+231,8˚С) знижує щільність рідкого металу до 6,97 г/см3.Процес кипіння починається в умовах температури +2615С.

Читайте також: Посібник з матеріалів електротехніки для всіх: провідники — Срібло, Мідь, Алюміній.

Інші факти:

1. Показник лінійного розширення становить 1,99.10-5 К-1 (при 0?С), а при температурі +100?С дорівнює 2,38.10-5 К-1.
2. Питома теплоємність твердої речовини у звичайному стані – 225 Дж/кг.К, а в рідкому – не більше 269 Дж/кг.К.
3. Молярна теплоємність білого олова – 27,1 Дж/моль.К, сірої модифікації – 25,8 Дж/моль.К.
4. Показник плавлення становить 7,2 кДж/моль.
5. Для випаровування потрібно 296 кДж/моль.
6. Питомий опір електриці – 0,115-0,128 мкОм.м в умовах температури +25?

Пружність матеріалу знижується при підвищенні температури, при 0С модуль дорівнює 55 ГПа, а при +100С – 48 ГПа. Тимчасовий опір на розрив дорівнює 20 МПа, відносне подовження становить 40%. Модуль зсуву знаходиться в межах 169-82 ГПа.

Хімічні показники

Метал виявляє стійкість до дії навколишнього повітря чи вологи за умов кімнатної температури. Інертність матеріалу пояснюється появою оксидної плівки на поверхні.Олово починає окислюватися на повітрі зі збільшенням температури понад +150˚С. Метал має два окисних ступенів, +2 і +4. Перша має меншу стійкість.

Формули характерних хімічних реакцій:

1. Холодна азотиста кислота реагує з оловом, така формула: 4 Sn + 10 HNO 3 = NH 4 NO 3 + 4 Sn (NO 3) 2 + 3 H 2 O).
2. У разі нагрівання з концентрованою формою HN О 3 використовується властивість окислення олова, при цьому виділяється осад зі змінною гідратацією – 3 Sn + n H 2 O + 4 HNO 3 = 4 NO + 3 H 2 S n O 3 . n H 2 O.
3. Нагрівання олова в насиченому лужному розчині має позначення за формулою 2 KOH + Sn + 4 H 2 O = 2 H 2 + K 2 (Sn(OH) 6).

Галогенні метали дають сплави з вмістом SnX 2 і SnX 4. Перші є солеподібні розчини з іонами, другі підлягають водної гідролізації, але можуть розчинятися в органічних рідинах неполярного типу. При з'єднанні з сухим хлором продукується тетрахлорид, який є рідиною без кольору, що розчиняє йод, сірку.

Області знань: Загальні питання хімії Символ: Sn Атомний номер: 50 Група елементів: Постперехідні метали Відносна атомна маса: 118,710 а. е. м. Радіус атома: 158 пм Електронегативність: 1,8 од. за шкалою Полінга Агрегатний стан: Тверде Щільність: 7,265 г/см³ (при 20 °С) Температура плавлення: 231,9 °C Температура кипіння: 2629 °C

Олово (лат. Stannum), Sn, хімічний елемент IV групи короткої форми (14-ї групи довгої форми) періодичної системи; атомний номер 50, атомна маса 118710 а. е. м.Природне олово містить 10 ізотопів 112 Sn (0,97 %), 114 Sn (0,66 %), 115 Sn (0,34 %), 116 Sn (14,54 %), 117 Sn (7,68 %), 118 Sn (24,22 %), 119 Sn (8,58 %), 120 Sn (32,59 %), 122 Sn (4,63 %), 124 Sn (5,79 %; слабко радіоактивний, β-випромінювач , період напіврозпаду Т_1/2 більше 1017 років). Штучно отримані радіоізотопи з масовими числами 100-137.

Історична довідка

Олово відоме з доісторичних часів, згадується у Старому Завіті. За свідченням Гомера, руди олова видобували на Кассітеридах – Британських островах. Сплави олова з міддю (бронзи) відомі з 3-го тис. до н. е., чистий метал – з 2-го тис. до н. е. У давнину з олова робили прикраси, посуд, начиння. У Стародавньому Єгипті з олова робили прикраси, напаяні інші метали. З кінця 13 ст. у Західній Європі з олова виготовляли судини, церковне начиння, парадні чаші, страви, кубки з рельєфними зображеннями (герби, міфологічні, жанрові сцени). У Росії вироби з олова (рами дзеркал, начиння) набули широкого поширення в 17-18 ст.

Латинська назва елемента, ймовірно, пов'язана з санськ. stha – стійко триматися, sthavan – міцно. Походження російської назви "олово" точно не встановлено.

Поширеність у природі

Зміст олова в земній корі 8 · 10 -3% за масою. Самородне олово у природі не зустрічається. Відомо близько 20 мінералів олова. Промислове значення має каситерит (олов'яний камінь) SnO₂, меншою мірою – станнин (олов'яний колчедан) Cu₂FeSnS₄. Концентрування олова пов'язане як з магматичними процесами (відомі «оловоносні граніти», пегматити, збагачені оловом), так і з гідротермальними процесами; Каситерит зустрічається також у розсипах.У біосфері олово мігрує слабо, у морській воді його лише 3 · 10 -7%; відомі водні рослини з підвищеним вмістом Sn.

Станін (департамент Оруро, Болівія). Експонат із колекції Національного музею природної історії (Вашингтон, США). Смітсонівський інститут. Станін (департамент Оруро, Болівія). Експонат із колекції Національного музею природної історії (Вашингтон, США). Смітсонівський інститут.

Властивості

Конфігурація зовнішньої електронної оболонки атома олова 5s 2 5p 2; у сполуках зазвичай виявляє ступеня окиснення +2 і +4, остання стійкіша; енергії іонізації при переході від Sn0 до Sn5+ відповідно 7,34; 14,63; 30,50; 40,73 та 70,30 еВ; електронегативність за Полінгом 1,8; радіус атомний 158 пм.

У вільному стані олово – блискучий сріблясто-білий метал, важкий, м'який та пластичний; t_пл 231,9 °C, t_стос 2629 °C. Утворює дві поліморфні модифікації. Кристалічні грати звичайного β-Sn (білого олова) тетрагональні, щільність 7265 кг/м 3 (20 °С). Нижче 13,2 °С стійко α-Sn (сіре олово) кубічної структури типу алмазу із щільністю 5769 кг/м 3 . Перехід білого олова в сіре супроводжується перетворенням металу на порошок та руйнуванням металевих виробів, зумовленим значним (на 25%) збільшенням питомого обсягу металу («олов'яна чума»). Температурний коефіцієнт лінійного розширення (273 К) 1,99 · 10 -5 К -1 теплопровідність (293 К) 65,26 Вт / (м · К); теплоємність β-Sn 27,11 Дж/(моль К), α-Sn 25,79 Дж/(моль К); питомий електричний опір 11,5 · 10 -8 Ом · м (293 К). Механічні властивості олова залежать від його чистоти і температури обробки, твердість за Брінеллем для α-Sn при 293 К становить т 62 МПа, для β-Sn – 152 МП а.При згинанні прутків олова чути характерний хрускіт від взаємного тертя кристалітів («олов'яний крик»). Біле олово слабо парамагнітне, при температурі плавлення воно стає діамагнітним. Сіре олово діамагнітне. Температура переходу у надпровідний стан 3,72 К.

Зразок олова. Фото: Björn Wylezich/alamy/legion-media.ru Зразок олова. Фото: Björn Wylezich / alamy / legion-media.ru Кисень повітря пасивує олово, залишаючи на його поверхні плівку хімічно стійкого SnO₂. Тому на повітрі та у воді до 100 °C олово практично не окислюється. З розведених HCl та H₂SO₄ на холоді олово відновлює водень, утворюючи відповідно хлорид SnCl₂ та сульфат SnSO₄. Сполуки Sn(II) – сильні відновники. У гарячій концентрованій H₂SO₄ при нагріванні олово розчиняється, утворюючи Sn(SO₄)₂ та SO₂. Холодна розведена HNO₃ переводить олово до Sn(NO₃)₂. При нагріванні з концентрованою HNO₃ олово окислюється з утворенням осаду гідратованого оксиду олова(IV) SnO₂·xH₂O. При нагріванні олова в концентрованих розчинах лугів виділяється водень і утворюються гідроксостаннати M₂[Sn(OH)₆] (M – Na, K).

При спалюванні на повітрі утворюється SnO₂. Нижчий оксид SnO отримують лише непрямим шляхом, у повітрі він швидко окислюється. SnO₂ виявляє переважно кислотні властивості, SnO – основні. З воднем олово безпосередньо не реагує; нестійкий станнан SnH₄ утворюється при взаємодії Mg₂Sn та HCl.

З галогенами олово дає сполуки складу SnX₂ та SnX₄. Останні (крім SnF₄) гідролізуються водою, але розчиняються в неполярних органічних рідинах. Взаємодіям олова з сухим хлором одержують тетрахлорид SnCl₄ (Безбарвна рідина, добре розчиняє сірку, фосфор, йод). Тетрагалогеніди SnX₄ утворюють комплексні сполуки з H₂O, NH₃, оксидами азоту , PCl₅, спиртами, ефірами та багатьма органічними сполуками. З галогеноводородними кислотами галогеніди олова дають комплексні кислоти, стійкі у розчинах, наприклад H[SnCl₃] та H₂[SnCl₆]. При розведенні водою або нейтралізації прості та комплексні хлориди гідролізуються і дають малорозчинні продукти: відповідно основні солі олова(II) типу SnOHCl та гідратований оксид олова(IV) SnO₂·xH₂O. З сіркою олово утворює нерозчинні у воді та розведених кислотах сульфіди: коричневий SnS та золотисто-жовтий SnS₂.

Олово та більшість його неорганічних сполук малотоксичні. Вдихання парів або пилу олова у виробничих умовах може призводити до розвитку станнозу (форма пневмоконіозу). Станнан SnH₄ високотоксичний (для гострих отруєнь характерні судоми, порушення рівноваги; можливий смертельний результат). Органічні сполуки олова є високотоксичними.

Отримання

Промислове отримання олова доцільно, якщо його у розсипах 0,01 % за масою, в рудах 0,1 %. Зазвичай у рудах олова супроводжують W, Zr, Cs, Rb, Та, Nb, рідкісноземельні та інші елементи. Первинне сировину збагачують: розсипи – переважно гравітаційним, руди – флотаційним чи флотогравітаційним методом. Концентрати, що містять 50-70% олова, випалюють для видалення сірки, очищають від заліза дією HCl; якщо є домішки вольфраміту (Fe,Mn)WO₄ та шееліту CaWO₄концентрат обробляють HCl; Утворена WO₃·H₂O витягують за допомогою розчину NH₃. Плавкою концентратів з вугіллям в електричних або полум'яних печах одержують чорнове олово (94–98 % Sn), що містить домішки Cu, Pb, Fe, As, Sb, Bi.При випуску з печей олово чорнове фільтрують при температурі 500–600 °C через кокс або центрифугують, відокремлюючи основну масу домішки заліза. Залишкова кількість Fe і Cu видаляють, додаючи в сірку рідкий метал; домішки спливають у вигляді твердих сульфідів, які знімають з поверхні олова. Від домішок миш'яку та сурми олово рафінують, додаючи алюміній, від свинцю – за допомогою SnCl.₂. Домішки Bi та Pb відокремлюють також вакуумуванням. Електролітичним рафінуванням та зонною перекристалізацією отримують особливо чисте олово. Значна частина всього олова, що виробляється, становить вторинний метал; його одержують із відходів білої жерсті, брухту та різних сплавів (ступінь рециркуляції олова становить понад 20 %). Обсяг світового виробництва олова 329 тис. т/рік (2019).

Застосування

Олово – компонент сплавів: з міддю (бронзи), міддю і цинком (латунь), сурмою (бабіт), свинцем (припій), цирконієм, титаном, ніобієм (атомні реактори, турбіни, надпровідники) та ін Олово використовується для нанесення метали, у тому числі на лудіння білої жерсті, виготовлення фольги, деталей вимірювальних приладів, теплообмінників, художніх виробів та ін Оксид SnO₂ застосовується для виготовлення жаростійких емалей та глазурів. Солі олова(II) використовуються в протруйному фарбуванні тканин. Кристалічний SnS₂ («сусальне золото») входить до складу фарб, що імітують позолоту, фторид олова – добавка у зубних пастах, що містять фтор.

Алікберова Людмила Юріївна. Перша публікація: Велика російська енциклопедія, 2014.

Опубліковано 8 червня 2022 р. о 16:40 (GMT+3). Останнє оновлення 25 квітня 2023 р. о 13:23 (GMT+3). Зв'язатися з редакцією

Олово є хімічним елементом, що стоїть у 14 групі 5 періоду під 50 атомним номером. У нормальних умовах показує властивості пластичності, є ковким та легкоплавким металом з характерним блиском та сріблястим кольором.

Історія відкриття

Людина познайомилася з оловом приблизно в 4 тисячолітті до нашої ери. У чистому вигляді його вдалося отримати приблизно в XII столітті, цей факт став відомий із праць Р. Бекона. Назва прийшла з латинської мови, у перекладі, якщо говорити дослівно, вона означає «міцний». Безпосередньо ж слово «олово» має загальнослов'янське коріння і грубо кажучи, позначає «жовтий».

Ізотопи

У природі даний елемент становлять десять нуклідів, які є стабільними і володіють такими масовими числами: 112 Sn, 114 Sn, 115 Sn, 116 Sn, 117 Sn, 118 Sn, 119 Sn, 120 Sn, 122 Sn.

Він є представником хімічних елементів, у якого у складі стабільних ізотопів найбільше.

Знаходження у природі

Дана речовина є досить рідкісним елементом, який до того ж є ще й розсіяним. За поширенням воно по праву посідає 47 місце.

У поверхневих чистих водах олово міститься як субмікрограмовий концентрат, а якщо ж говорити про підземні води, то там воно досягає цілих одиниць мікрограмів на 1 літр. У воді олово виявляється внаслідок руйнування мінералів.

Форми знаходження

Даний елемент, крім розсіяної форми поширення, здатний також і до утворення мінеральних форм.

• Тверда фаза. Існують такі форми елемента, у яких він зустрічається у природному середовищі: розсіяна; мінеральна (найчастіше це мінерали із вмістом заліза).
• Власне мінеральні форми
• Самородні елементи
• З'єднання олова у вигляді оксидів
• Каситерит
• Каситерит є основним мінералом руд, який застосовується для отримання хімічного елемента, що описується.
• Синтез із водою
• Силікати
• Шпінеліди
• Сульфідні сполуки олова
• Станін
• Колоїдна форма

Форми рідкого стану речовини:

1. Іонні сполуки;
2. Прості іони;
3. Галогеніди;
4. Гідроксильні поєднання;
5. Сульфідні сполуки.

Застосування

Використання олова відбувається в якості безпечного, нетоксичного матеріалу, який не піддається корозіям. Одними з небагатьох галузей промисловості, де його використовують, є виробництво посуду, трубопроводів. .

Поєднання олова з іншими представниками періодичної системи застосовують для виробництва фарб, оптичного скла.

Біологічна роль

Про цю роль цього представника таблиці Д. І. Менделєєва практично немає жодної інформації.

Речовина є небезпечною для людини, коли вона діє у вигляді пари або пилу, що може призвести до хвороб, однією з них може бути ураження легень.