Яка температура плавлення у олова, властивості елемента

Олово є м'яким металом сріблясто-білого кольору. атомна вага 118,69 та знак «Sn» (з лат. станнум).Відомо 10 його стабільних ізотопів.

В основному метал у сплаві зі свинцем використовується для пайки. Крім того, його використовують як антикорозійне покриття для харчових сталевих тар, оскільки воно є нетоксичним.

Історія елемента

Цей елемент був відкритий у 1854 році Халюсом Пелегріном. з бронзи зброю та знаряддя праці, які були більш ефективними, ніж камінь і кістка.

В античний час виробництво бронзи призвело до розвитку торгівлі між різними країнами. Також існують згадки про цей метал у Старому Завіті.

Загальні властивості олова

Всі властивості цього металу можна розділити на дві великі групи: фізичні та хімічні.

Фізичні характеристики

Це сріблястий кування метал, який легко окислюється при температурі навколишнього середовища, при цьому колір олова змінюється на темно-сірий. Якщо зігнути пластину з цього металу, то можна почути характерний звук, так званий «крик олова», який виникає через тертя між його кристалами. Однією з яскраво виражених його характеристик є різке погіршення механічних властивостей за певних умов, що має назву «олов'яна чума»: нижче за температуру -18 °C відбувається руйнування металу, і він починає виглядати, як сірий порошок.

Чисте олово має дві алотропні модифікації: сіру та білу. Сіра модифікація має кубічну кристалічну структуру, є напівпровідником, дуже тендітна, має низьку щільність і стабільна при температурі нижче 13,2 °C. Біла алотропна модифікація має тетрагональну кристалічну структуру, добре проводить електричний струм та стабільна при температурах вище 13,2 °C.

Плавиться метал за відносно низької температури 232 °C (для порівняння: залізо плавиться при 1535 °C). При цьому необхідно розуміти, відповідаючи на питання, при якій температурі олово плавиться, що плавиться саме його біла алотропна модифікація. Незважаючи на низьку температуру плавлення, кипіння металу відбувається за відносно високої температури 2602 °C (залізо кипить при 2750 °C).

Хімічні властивості

Найбільш важливим мінералом є каситерит, SnO2. Однак нині невідомі рудні родовища з високим відсотковим вмістом цього мінералу. Більшість каситериту у світі видобувають із наносних покладів низької якості. Саме з цього мінералу одержують олово у промислових масштабах.Для цього каситерит подрібнюють, отримуючи його концентрат, а потім він піддається плавці разом з коксом, кварцем та вапном у доменній печі. Після цього виливки у вигляді блоків проходять остаточне очищення від домішок вісмуту, міді та заліза.

Хімічний елемент олово добре реагує як із сильними кислотами, так і з сильними основами, проте відносно інертний у нейтральних розчинах. Піддається корозії в присутності окисних середовищ, без кисню метал практично не піддається корозії. При окисненні на поверхні металу утворюється щільна оксидна плівка, яка захищає решту його частини від подальшого окиснення.

Якщо при розчиненні солей у воді утворюється кисле середовище, тоді в присутності окислювачів або олово повітря вступає в реакцію. До таких солей відносяться хлориди, наприклад, алюмінію та заліза. Більшість неводних рідин, наприклад, олії та спирти практично не вступають у реакцію з оловом. Саме олово і його прості неорганічні солі не є токсичними, однак деякі органічні композити мають токсичність.

Оксид олова (II), SnO є кристалом чорно-синього кольору, який розчиняється в кислотах та основах. Його використовують для виробництва солей у гальванопластику та при виробництві скла. Оксид олова (IV), SnO2 є білим пилом, нерозчинним у кислотах. Його використовують як незамінний компонент для фарбування в рожевих, жовтих та коричневих кераміках, а також у діелектриках та тугоплавких сплавів. Він є важливим агентом при поліруванні мармуру та інших декоративних каменів.

Хлорид олова (II), SnCl2 є основним інгредієнтом в олов'яній кислоті для паяння.Хлорид олова (IV), SnCl4 використовується як хімічний інгредієнт для надання ваги шовкової тканини, а також для стабілізації деяких парфумерних продуктів і стабілізації кольору мила, а SnF2, що має білий колір і розчинний у воді, застосовується як добавка до зубних паст.

Органічні хімічні сполуки на основі цього елемента — це такі сполуки, в яких є хоча б один зв'язок олова з воднем, Sn-H, і в яких метал виявляє ступінь окислення +4. Органічні сполуки, які знайшли свою програму в індустрії, мають такі хімічні формули:

Тут R - органічна групанаприклад, метил, етил, бутил та інші, а X - неорганічний елемент, наприклад, хлор, кисень, флор та інші.

Сплави на основі олова

Сплави на основі олова також відомі, як білі метали, зазвичай містять у своєму складі мідь, сурму та свинець. Сплави мають різні механічні властивості залежно від їх складу.

Сплави олова зі свинцем знайшли своє комерційне використання широкого набору складів. Так, 61,9% олова та 38,1% свинцю відповідають евтектичному складу, градус затвердіння якого становить 183 °C. Сплави з іншим співвідношенням цих металів плавляться і кристалізуються в широкому інтервалі температур, коли існує рівновага між твердою та рідкою фазами. За такої кристалізації в розплаві починають виділятися тверді сегрегації, які призводять до утворення різних структур. Сплав евтектичного складу, так як має найменшу температуру плавлення, використовується як запобіжник від перегріву компонентів електроніки.

Також існують сплави, в яких, крім зазначених металів, присутня невелика кількість сурми (до 2,5%). Основною проблемою сплавів на основі олова та свинцю є їх негативний вплив на екологію, тому останнім часом розробляються їх замінники, в яких не використовується свинець, наприклад сплави зі сріблом і міддю.

Сплави олова зі свинцем і сурмою використовують для декоративних прикрас, а деякі сплави олова, міді та сурми використовують як мастило для зменшення тертя в підшипниках, завдяки їх антифрикційним властивостям. Крім сказаних вище сплавів, олово використовують у бронзових сплавах та в сплавах з титаном та цирконієм.

Використання елемента та його з'єднань

Усі сфери людського виробництва, у яких прямо чи опосередковано використовується цей елемент, перелічені нижче:

• Захист від корозії та механічного впливу сталей та інших металів, наприклад, при виробництві консервних банок;
• Зменшення крихкості скла, а також при виробництві дзеркал;
• У карбованих візерунках на різному посуді;
• Використання у фунгіцидах, фарбах, зубних пастах та різних пігментах.
• При отриманні різних металів, наприклад, бронз.
• Для низькотемпературного паяння або паяння з м'яким припоєм;
• У складі зі свинцем під час виробництва металевих аркушів для музичних інструментів;
• При виробництві етикеток різної продукції;
• У сплавах, що оберігають від перегріву електричні апарати та електронні мікросхеми;
• У керамічній промисловості для виробництва емалей як матуючий агент.
• У капсулах для закупорювання пляшок із вином. Виробництво таких капсул розширилося після заборони використання свинцю у харчовій промисловості.

Ефекти від впливу сполук олова

Активність сполук із цим елементом, однак, впливає, як у організм людини, і на екологію.

На здоров'я людини

Як згадувалося, найбільш небезпечними здоров'ю людини є органічні хімічні сполуки олова. Ці речовини широко використовуються в індустрії, наприклад, при виробництві фарб, пластику та пестицидів для агрікультури. Крім того, обсяги виробництва органічних сполук з цим металом постійно зростають, незважаючи на те, що відомі наслідки отруєння ними.

Ефекти від впливу цих речовин на людину різноманітні, все залежить від типу сполуки та від індивідуальних особливостей організму. Небезпека з'єднання корелює з довжиною зв'язку між металом і воднем, чим довше цей зв'язок, тим менш небезпечне з'єднання. У зв'язку з цим найнебезпечнішою органічною речовиною вважається з'єднання олова з трьома етиловими групами, водневі зв'язки якого є відносно короткими.

Потрапити в організм людини ці речовини можуть через їжу, повітряно-краплинним шляхом або від простого дотику до них. Відомі такі ефекти впливу органічних сполук олова на організм людини:

• При знаходженні у приміщенні, що містить пари цього металу, сильне подразнення верхніх дихальних шляхів, шкірних покривів та очей;
• Головний біль, біль у шлунку та відсутність апетиту;
• Нудота та блювання;
• Проблеми при сечовипусканні;
• Сильне потовиділення та задишка.

Ці ефекти можуть призвести до більш серйозних наслідків:

• Депресія;
• Проблеми із печінкою;
• Порушення роботи імунної системи;
• Пошкодження хромосом клітин та нестача червоних тілець у крові;
• Ушкодження мозку (порушення сну, головний біль, провали пам'яті, роздратований стан).

На довкілля

Як атоми олова, так і сам метал у чистому стані не є токсичними для жодного організму на землі, у свою чергу, практично всі сполуки з цим елементом органічного характеру є шкідливими. Ці сполуки можуть перебувати у навколишньому середовищі протягом тривалого часу. Вони є досить стійкими і практично не розкладаються під впливом мікроорганізмів завдяки своїм міцним водневим зв'язкам. Наскільки малі не були концентрації сполук цього металу в грунті і воді, зважаючи на сказане вище, вони постійно зростають.

Відомо, що органічні олов'яні з'єднання завдають великої шкоди водних екосистем, оскільки вони є отруйними для грибів, водоростей та фітопланктону. Фітопланктон є важливою ланкою водної екосистеми, оскільки він виробляє кисень для всіх інших живих організмів цієї системи, а також є важливою частиною в харчовому ланцюгу. Токсичність сполук олова різна для різних живих істот, наприклад, трибутилове олово є отруйним для риб і грибів, тоді як найтоксичнішим з'єднанням для фітопланктону є трифенолове олово.

Також відомо, що органічні сполуки цього елемента надають негативний вплив на зростання та репродуктивну функцію тварин, порушують роботу ферментів. Такі сполуки накопичуються головним чином у верхніх шарах ґрунту та води.

За якої температури плавиться і кристалізується олово

До одного з найперших металів, відкритих у давнину, належить олово. Воно має сріблясто-білий колір із невеликою масою. Посуд із нього чудово зберігає запах, а також смак напоїв.Даний метал використовувався набагато раніше відкритого згодом заліза, яке сплав з міддю (бронза) є першим сплавним речовиною, створеним людиною. Це вийшло через те, що температура плавлення олова дуже низька, що дозволяло обробляти метал ще зародження металургії.

Властивості та особливості олова

Олов'яні сплави мають малий коефіцієнт тертя, через що їх використовують у різноманітних антифрикційних матеріалах. Крім цього, цією властивістю вони можуть наділяти інші речовини. Це значно продовжує період експлуатації механізмів, машин, значно знижуючи втрати тертя. До цікавої особливості даного матеріалу належить його збільшення обсягу на 25,6 % за температури + 13,2 °С. Цей метал називається сірим.

При зниженні температури до - 33,0 ° С речовина кристалізується і переходить у порошкоподібний стан. При взаємодії сірого та білого олова відбувається передача властивостей білому металу. Різні олов'яні сплави широко використовуються електротехнічною промисловістю. На питання при якій температурі плавиться олово існує однозначна відповідь: + 231,9 ° С або 505,1 по кельвіну. Це дуже зручно для радіоаматорів, адже паяти деталі з такою температурою можна без особливих проблем навіть у домашніх умовах. Температура плавлення, коли він олово перетворюється на рідкий стан невисока, що полегшує його використання.

Високий інтерес представляє цю речовину через свою гарну корозійну стійкість. Саме олов'яне покриття є найдавнішим способом захисту різноманітних предметів із металів, у тому числі й консервних банок. Крім цього, даний елемент має властивість поєднувати багато металів з наданням їм стійкості до зовнішніх впливів.Це використовується при лудженні різного посуду та інших побутових напоїв, а також електротехніками. Олов'яно-свинцеві сплави відносяться до м'яких компонентів, що зручно під час паяння радіотехнічних деталей. Ці припої можуть мати різну кількість компонентів та відповідне позначення. Наприклад, пос-61 означає, що олов'яна складова має 61%, а свинцева – 39%.

Людське тіло містить олов'яні речовини у кістках, де вони допомагають оновленню кісткової тканини. Для нормальної життєдіяльності організму необхідно одержувати щодня близько 2-10 мг металу на добу. Цей макроелемент міститься в їжі, проте засвоюється всього лише до 5% від загальної кількості, що надходить.

Температура плавлення

Особливу популярність мають сполуки, що використовуються як припой радіоаматорами. Температура плавлення у сплаві ПОС-40 становить + 235,0 °С. Свинець, що міститься в припоях, є досить м'яким матеріалом, що має сірий колір зі світлим відтінком. Він плавиться за значення + 327,0 °С, що робить його ідеальною складовою для олова. Припій ПОС-61 може плавитися при температурі + 191,0 °С, чим дуже зручний для паяння невеликих радіодеталей.

Фахівці знають, за якої температури олово плавиться. Дана величина становить + 231,9 ° С, а при + 231,0 ° С воно залишається твердим. Температурний показник кипіння цієї речовини набагато вищий – 2600 градусів Цельсія. Залежно від компонентів, що входять до складу олов'яного сплаву, змінюється температурний показник плавлення. Цей матеріал добре гнеться навіть у холодному стані, а нагріваючись, він починає набувати властивості пластиліну. Температура плавлення свинцю і олов'яної складової різниться, проте їх сплави мають широке застосування.При плавці застосовуються спеціальні флюси, шлаки, а також присадки для отримання необхідного ступеня якості та сорту металу. Через його можливість розплавлятися за низької температури він є стратегічно важливою сировиною. Сплави за участю олов'яного компонента дуже легко обробляються та застосовуються при з'єднанні конструктивних деталей та вузлів із герметичним швом. До найбільш відомих побутових сполук відносяться припої, температура плавлення в яких олова та свинцю залежить від їхньої кількості.

Застосування та вторинна переробка

Головною перевагою, що визначає область застосування олов'яної речовини, є його висока стійкість до корозії. Ця властивість вона передає й іншим металам, що беруть участь у металі. Ця здатність протидії хімічно агресивним речовин робить матеріал дуже цінним при захисті сталевих виробів. Найтонший шар покриває майже половину всієї виробленої сталевої жерсті.

Даний метал використовується при виробництві тонкостінних труб, які застосовуються виключно за позитивних температурних показників. До обмеження сфери застосування належить низька температура кристалізації олова. Побутові вироби містять олово в сантехнічному устаткуванні, різноманітній фурнітурі та інших аксесуарах. Матеріал має високу гігієнічність, низький температурний показник плавлення олова, а також дуже низьку теплопровідність порівняно зі сталлю. За цими характеристиками його активно використовують для виготовлення умивальників та ванн.

Ця речовина присутня у домашній посуді, ювелірних прикрасах, а також невеликих елементах декору та побуту. Це обумовлено хорошим плавленням матеріалу при невисокій температурі, ковкості та м'якому кольорі.Бронзові метали мають відмінну міцність, а також високу стійкість до корозії. Це робить бронзу чудовим будівельно-декоративним матеріалом.

Крім припоїв, які зручно розплавляти в домашніх умовах та промисловому виробництві, сплави застосовуються навіть для музичних інструментів. З різних сплавів відливаються церковні дзвони та органні труби. Від кількості елементів, що складають, залежить тон виробів. Невисока температура затвердіння матеріалу та простота обробки дозволяють виготовляти унікальні вироби музичного спрямування.

Для вторинної переробки використовують старі консервні бляшанки. Вони мають захисне олов'яне покриття з деякими домішками. Їх кількість для продуктової тари має суворе обмеження. Величина олов'яного складу при лудженні бляшанки не повинна перевищувати 0,14%, а по свинцю цей показник становить 0,04%. Для безпеки здоров'я додатково застосовують спеціальні лаки, які оберігають металеву основу від руйнування під впливом солі, цукру, а також органічних кислот. Середня банка містить близько 0,5 м олов'яного компонента. Для світових масштабів це дуже велика цифра. Частка цієї повторно використаної сировини у розвинених державах сягає 30 %.

Олово використовується практично у всіх напрямках сучасного виробництва. Через тисячоліття після свого відкриття метал залишається затребуваною речовиною, що володіє широким спектром унікальних властивостей.

Рекомендуємо до прочитання:

ОЛОВО - різноликий метал

Метал олово було відкрито раніше заліза, яке сплав із міддю — найперший, створений людьми.

Люди наголосили на значущості бронзи, назвавши епоху свого розвитку Бронзовим століттям.

Невідома історія

Історія відкриття олова та сплавів з нього вкрита пилом часів. Ніхто не назве імені першовідкривача металу, ніхто не знає, хто здогадався першим сплавити олово з міддю. Проте відомо, що ще 6000 років тому люди користувалися виробами з металу.

Походження латинської назви вчені виводять із санскритського sta – міцний.

Російське найменування відносять до грецького коріння. Alophoys по-гечески білий, що вказує на колір металу.

Властивості Sn

Stannum (Sn) - латинське найменування цього гнучкого, пластичного, легкоплавкого металу. Має № 50 у періодичній таблиці Менделєєва.

За хімічними властивостями метал подібний до своїх «сусідів» — германію та свинцю.

У реакціях виявляє ступеня окиснення +2, +4.

З водою чи повітрям не реагує. Причина цього плівка оксиду на поверхні металу.

Розчиняється у розведених кислотах; з неметалами реагує під час нагрівання.

Фізичні властивості олова:

• густина β-Sn 7,3 г/см3;
• щільність рідкого олова 6,98 г/см3;
• питома електропровідність 8,69 Мсм/м.

Метал має рідкісну властивість: плавиться при низькій температурі (232°С), а кипить при високій (2620°С).

Алотропні властивості олова

Алотропія - властивість елемента змінювати свою кристалічну решітку за зміни температури. Модифікація альфа (сіре олово) стійка за низьких температур (нижче 13 °С). Має кубічні грати, на кшталт алмазу. Практичного застосування немає.

Бета-модифікація (біле, металеве олово), з якого роблять солдатиків, їм покривають консервні банки. Кристалічна структура тетрагональна.

У гамма-модифікацію метал переходить за температури 161-232°С.

Сумно: у музеї А.В. Суворова сталося нещастя. У запаснику, де зберігалася цінна колекція олов'яних солдатиків, взимку луснули труби опалення, і колекція просто розсипалася на порох.

Маркування металу

Промисловість випускає метал у дроті, чушках, прутках.

Родовища олов'яних руд

«Олово зустрічається в природі рідко, у жилах древніх порід, майже виключно у вигляді окису SnO2, званого олов'яним каменем».

Олово відноситься до рідкісних розсіяних металів. У природі серед елементів посідає 47 місце за поширеністю.

Світові запаси олов'яних руд розташовані в:

• Китаї;
• Малайзії;
• Індонезії;
• Бразилії;
• Перу;
• Австралії.

Значні родовища російських олов'яних руд зосереджено Далекому Сході (в Приморському краї, в Якутії, в Хабаровському краї). Видобуток металу переважно відбувається у підземних шахтах.

Основні руди:

олов'яний камінь, каситерит містить до 78% металу;

Сумно: за підрахунками вчених, оловосодержащих мінералів на Землі залишилося років на 30. Потім доведеться видобувати його з брухту, або шукати заміну.

Сплави

За своєю класифікацією олов'яні сплави поділяються на припої, підшипникові та легкоплавкі.

1. Бабіти. У них додають свинець, мідь, сурма. Бабіти можуть мати легуючі присадки. Маркування бабітів: Б88, Б83, Б83С.
2. Бронза - сплав міді з оловом. Будь-яка бронза містить невеликі добавки фосфору, цинку, свинцю, нікелю та інших елементів. Марки бронзи: Бр ОФ 6,5-0,15; Бр.ОЦ 4-3; Бр.ОЦ10-2; Бр.ОФ 10-1; Бр.ОНС 11-4-3.
3. П'ютер. Сплав із вісмутом, сурмою, міддю, зрідка зі свинцем.
4. Припої. Бувають тверді та легкоплавкі. У сплав додають свинець та інші елементи. Марки припоїв: ПІС-30, ПІС-40, ПІС-90.

Плюси та мінуси олова

До переваг відносимо:

1. Нетоксичність, це дозволяє використовувати метал у харчовій промисловості, у виробництві посуду.
2. Гідна антикорозійна стійкість в агресивних середовищах.
3. Не реагує із сіркою; тому використовують скрізь, де метал «загорнуть» у гумову чи пластикову ізоляцію.

1. Схильний до «олов'яної чуми».
2. Досить висока вартість обмежує широке застосування металу.
3. Невисока температура плавлення (всього 232 ° С).

Виробництво виробів з олова та його сплавів

Продукція з олова була затребувана з давніх-давен. Діти грають у олов'яних солдатиків уже 4000 років.

• Електроніка з її платами зараз всюди, і будь-які контакти з'єднуються припоєм із олова та його сплавів. Олов'яне напилення для мідних проводів корисне, це захист від дії сірки (вона входить до гумової ізоляції).
• Олов'яні сплави бабіти мають прекрасні антифрикційні властивості. Жоден з механізмів (від велосипеда до могутнього КРАЗу) не обходиться без підшипників.
• Використовують метал у друкарському сплаві гарті. Поліграфічне виробництво неможливе без олов'яних сплавів.

Вплив на організм олов'яних виробів мінімальний. Тому застосування металу у харчовій промисловості цілком виправдане.

Проста консервна банка та загибель полярної експедиції

Французький кухар Франсуа Аппер вигадав, як довго зберігати їжу. Він запропонував герметично закривати продукти в банки з білої жерсті (це тонкий лист із заліза, покритий олов'яним напиленням). Тепер ми не можемо уявити життя без баночки смачних консервів.

Але самі консервні банки (вірніше, «олов'яна чума») сприяли загибелі експедиції Р. Скота до Південного полюса. З баків, запаяних олов'яним припоєм, вилилося пальне. Метал перейшов до альфа-модифікації і просто розкришився на морозі.

Вартість олова

Головний світовий майданчик інвесторів у метали знаходиться у Лондоні. Це LME (Лондонська біржа металів).

Ціна тонни олова на LME складала 15590,0 US$ за тонну (дані на 28.05.2020).