Sn химия. Изделия из олова и другие области применения чистого металла, а также его различных сплавов

Олово (лат. Stannum ; обозначается символом Sn) - элемент главной подгруппы четвёртой группы, пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 50. Относится к группе лёгких металлов. При нормальных условиях простое вещество олово - пластичный, ковкий и легкоплавкий блестящий металл серебристо-белого цвета.

Когда человек впервые познакомился с оловом точно сказать нельзя. Олово и его сплавы известны человечеству с древнейших времен. Олово было известно человеку уже в IV тысячелетии до н. э. Этот металл был малодоступен и дорог, так как изделия из него редко встречаются среди римских и греческих древностей. Об олове есть упоминания в Библии, Четвёртой Книге Моисеевой. Олово является (наряду с медью) одним из компонентов 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: 35-11 века до н. э.). По другим данным сплавы олова с медью, так называемые оловянные бронзы, по-видимому, стали использоваться более чем за 4000 лет до нашей эры. А с самим металлическим оловом человек познакомился значительно позже, примерно около 800 года до нашей эры. Из чистого олова в древности изготовляли посуду и украшения, очень широко применяли изделия из бронзы.

Олово - редкий рассеянный элемент, по распространенности в земной коре олово занимает 47-е место. Кларковое содержание олова в земной коре составляет, по разным данным, от 2·10 −4 до 8·10 −3 % по массе. Основной минерал олова - касситерит (оловянный камень) SnO 2 , содержащий до 78,8 % олова. Гораздо реже в природе встречается станнин (оловянный колчедан) - Cu 2 FeSnS 4 (27,5 % Sn).

В незагрязнённых поверхностных водах олово содержится в субмикрограммовых концентрациях. В подземных водах его концентрация достигает единиц микрограмм на дм³, увеличиваясь в районе оловорудных месторождений, оно попадает в воды за счёт разрушения в первую очередь сульфидных минералов, неустойчивых в зоне окисления. ПДК Sn = 2 мг/дм³.

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 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).

В общем можно выделить следующие формы нахождения олова в природе:

1. 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.
2. Минеральная форма: олово установлено в минералах-концентраторах. Как правило, это минералы, в которых присутствует железо Fe +2: биотиты, гранаты, пироксены, магнетиты, турмалины и т. д. 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 т. д.

Физические и химические свойства олова

Простое вещество олово полиморфно. В обычных условиях оно существует в виде b-модификации (белое олово), устойчивой выше 13,2°C. Белое олово - это серебристо-белый, мягкий, пластичный металл, обладающий тетрагональной элементарной ячейкой, параметры a = 0.5831, c = 0.3181 нм. Координационное окружение каждого атома олова в нем - октаэдр. Плотность b-Sn 7,228 г/см 3 . Температура плавления 231,9°C, температура кипения 2270°C.

При охлаждении, например, при морозе на улице, белое олово переходит в a-модификацию (серое олово). Серое олово имеет структуру алмаза (кубическая кристаллическая решетка с параметром а = 0,6491 нм). В сером олове координационный полиэдр каждого атома - тетраэдр, координационное число 4. Фазовый переход b-Sn a-Sn сопровождается увеличением удельного объема на 25,6% (плотность a-Sn составляет 5,75 г/см 3), что приводит к рассыпанию олова в порошок. В старые времена наблюдавшееся во время сильных холодов рассыпание оловянных изделий называли «оловянной чумой». В результате этой «чумы» пуговицы на обмундировании солдат, их пряжки, кружки, ложки рассыпались, и армия могла потерять боеспособность. (Подробнее об «оловянной чуме» см. интересные факты об олове, ссылка внизу этой страницы).

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

При комнатной температуре олово, подобно соседу по группе германию, устойчиво к воздействию воздуха или воды. Такая инертность объясняется образованием поверхностной пленки оксидов. Заметное окисление олова на воздухе начинается при температурах выше 150°C:

Sn + O 2 = SnO 2 .

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

Sn + 2Cl 2 = SnCl 4

С концентрированной соляной кислотой олово медленно реагирует:

Sn + 4HCl = SnCl 4 + H 2

Возможно также образование хлороловянных кислот составов HSnCl 3 , H 2 SnCl 4 и других, например:

Sn + 3HCl = HSnCl 3 + 2H 2

В разбавленной серной кислоте олово не растворяется, а с концентрированной - реагирует очень медленно.

Состав продукта реакции олова с азотной кислотой зависит от концентрации кислоты. В концентрированной азотной кислоте образуется оловянная кислота b-SnO 2 ·nH 2 O (иногда ее формулу записывают как H 2 SnO 3). При этом олово ведет себя как неметалл:

Sn + 4HNO 3 конц. = b-SnO 2 ·H 2 O + 4NO 2 + H 2 O

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

3Sn + 8HNO 3 разб. = 3Sn(NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O.

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

Sn + 2KOH +2H 2 O = K 2 + H 2

Гидрид олова - станнан SnH 4 - можно получить по реакции:

SnCl 4 + Li = SnH 4 + LiCl + AlCl 3 .

Этот гидрид весьма нестоек и медленно разлагается уже при температуре 0°C.

Олову отвечают два оксида SnO 2 (образующийся при обезвоживании оловянных кислот) и SnO. Последний можно получить при слабом нагревании гидроксида олова (II) Sn(OH) 2 в вакууме:

Sn(OH) 2 = SnO + H 2 O

При сильном нагреве оксид олова (II) диспропорционирует:

2SnO = Sn + SnO 2

При хранении на воздухе монооксид SnO постепенно окисляется:

2SnO + O 2 = 2SnO 2 .

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

SnCl 4 + 4NH 3 + 6H 2 O = H 2 + 4NH 4 Cl.

H 2 = a-SnO 2 ·nH 2 O + 3H 2 O.

Свежеполученная a-оловянная кислота растворяется в кислотах и щелочах:

a-SnO 2 ·nH 2 O + KOH = K 2 ,

a-SnO 2 ·nH 2 O + HNO 3 = Sn(NO 3) 4 + H 2 O.

При хранении a-оловянная кислота стареет, теряет воду и переходит в b-оловянную кислоту, которая отличается большей химической инертностью. Данное изменение свойств связывают с уменьшением числа активных HO–Sn группировок при стоянии и замене их на более инертные мостиковые –Sn–O–Sn– связи.

При действии на раствор соли Sn (II) растворами сульфидов выпадает осадок сульфида олова (II):

Sn 2+ + S 2– = SnS

Этот сульфид может быть легко окислен до SnS 2 раствором полисульфида аммония:

SnS + (NH 4) 2 S 2 = SnS 2 + (NH 4) 2 S

Образующийся дисульфид SnS 2 растворяется в растворе сульфида аммония (NH 4) 2 S:

SnS 2 + (NH 4) 2 S = (NH 4) 2 SnS 3 .

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

Этап выплавки.

Для восстановления касситерит плавят с углеродсодержащими материалами в отражательных или особого типа шахтных печах. Шахтные оловоплавильные печи применяются с давних времен; в них с использованием дутья сжигается служащий восстановителем древесный уголь, который загружается слоями, чередующимися со слоями касситерита. В более распространенных отражательных печах в качестве топлива используется каменный уголь; они действуют аналогично мартеновским сталеплавильным печам, причем руда смешивается с антрацитом и известняком. Печи обоих типов дают шлаки, богатые оловом (до 25%). Шлаки подвергают доработке переплавкой при значительно более высокой температуре с добавлением новых количеств восстановителя. В результате получается черновое олово с высоким содержанием железа - так называемая железистая печная настыль. Процесс требует строгого контроля, иначе и вторичные шлаки будут содержать слишком большой процент олова.

Этап рафинирования.

Чистота первичного олова зависит от исходной руды, но чаще всего оно требует рафинирования, которое может проводиться либо термическим, либо электролитическим способом.

Термическое рафинирование. Черновое олово, содержащее 97-99% Sn, рафинируют от примесей в обогреваемых стальных полусферических котлах при температуре около 300° С. Железо и медь удаляют добавлением в расплав угля и серы, мышьяк и сурьму отделяют в виде соединений и сплавов с алюминием, свинец - действием SnCl 2 , а висмут - в виде соединений с кальцием и магнием. Рафинированный металл содержит 99,75-99,95% Sn.

Электролитическое рафинирование. Метод электролитического рафинирования был разработан компанией "Америкэн смелтинг энд рифайнинг" в применении к боливийским рудам, отличающимся высокой степенью загрязненности. Электролит содержит 8% серной кислоты, 4% крезол- и фенолсульфокислоты и 3% двухвалентного олова (Sn 2+). Электролизные ванны и вспомогательное оборудование примерно такие же, как и при рафинировании меди. Рабочая температура 35° С. Чистота электролитического олова (>99,98%) выше, чем термически рафинированного. Дополнительной очисткой по методу зонной плавки получают особо чистое олово для полупроводниковой техники (99,995% Sn).

Получение олова из вторсырья

Для того чтобы получить килограмм металла, не обязательно перерабатывать центнер руды. Можно поступить иначе: «ободрать» 2000 старых консервных банок.

Всего лишь полграмма олова приходится на каждую банку. Но помноженные на масштабы производства эти полуграммы превращаются в десятки тонн... Доля «вторичного» олова в промышленности западных стран составляет примерно треть общего производства.

Механическими способами извлечь олово из жести (из неё делаются консервные банки) почти невозможно, поэтому используют различие в химических свойствах железа и олова. Чаще всего жесть обрабатывают газообразным хлором. Железо в отсутствие влаги с ним не реагирует. Олово же соединяется с хлором очень легко. Образуется дымящаяся жидкость – хлорное олово SnCl 4 , которое применяют в химической и текстильной промышленности или отправляют в электролизер, чтобы получить там из него металлическое олово.

• Олово используется в основном как безопасное, нетоксичное, коррозионностойкое покрытие в чистом виде или в сплавах с другими металлами. 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). Другой известный сплав - пьютер - используется для изготовления посуды. В последнее время возрождается интерес к использованию металла, поскольку он наиболее «экологичен» среди тяжёлых цветных металлов. Используется для создания сверхпроводящих проводов на основе интерметаллического соединения Nb 3 Sn.
• Золотисто-желтые кристаллы дисульфида олова применяются мастерами для имитации сусального золота при золочении гипсовых и деревянных рельефов.
  Водным раствором дихлорида олова обрабатывают стекло и пластмассу перед нанесением на их поверхность тонкого слоя какого-либо металла. Дихлорид олова входит также в состав флюсов, применяемых при сварке металлов. Оксид олова применяется в производстве рубинового стекла и глазурей.

• 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.
• На основе оловоорганических соединений созданы эффективные инсектициды; оловоорганические стекла надежно защищают от рентгеновского облучения, полимерными свинец- и оловоорганическими красками покрывают подводные части кораблей, чтобы на них не нарастали моллюски.

• Олово применяется также в химических источниках тока в качестве анодного материала, например: марганцево-оловянный элемент, окисно-ртутно-оловянный элемент. Перспективно использование олова в свинцово-оловянном аккумуляторе; так, например, при равном напряжении, по сравнению со свинцовым аккумулятором свинцово-оловянный аккумулятор обладает в 2,5 раза большей емкостью и в 5 раз большей энергоплотностью на единицу объёма, внутреннее сопротивление его значительно ниже.
• Олово имеет непосредственное отношение к рождению мелодичных звуков в самых различных колоколах, поскольку оно входит в состав медных сплавов, применяемых для их отливки. Но оказывается, оно способно петь вполне самостоятельно: у чистого олова не менее выдающиеся музыкальные способности. Слушая торжественные звуки органной музыки, мало кто из слушателей догадывается, что чарующие звуки рождаются в большинстве случаев в оловянных трубах. Именно они придают звуку особую чистоту и силу.
• Среди множества других полезных свойств соединений олова - защита древесины от гниения, уничтожение насекомых-вредителей и многое другое.

Влияние олова на человека

О роли олова в живых организмах практически ничего не известно. В теле человека содержится примерно (1-2)·10 –4 % олова, а его ежедневное поступление с пищей составляет 0,2-3,5 мг. Олово представляет опасность для человека в виде паров и различных аэрозольных частиц, пыли. При воздействии паров или пыли олова может развиться станноз - поражение легких. Очень токсичны некоторые оловоорганические соединения. Временно допустимая концентрация соединений олова в атмосферном воздухе 0,05 мг/м 3 , ПДК олова в пищевых продуктах 200 мг/кг, в молочных продуктах и соках - 100 мг/кг. Токсическая доза олова для человека - 2 г.

Оловянная чума

Есть у олова свойство, которое называют «оловянной чумой». Металл «простужается» на морозе уже при -13°С и начинает постепенно разрушаться. При температуре -33 °С свойство прогрессирует с невероятной быстротой - оловянные изделия превращаются в серый порошок. Именно из-за оловянной чумы до нас не дошли известнейшие коллекции оловянных солдатиков из прошлого.

Почему сейчас не случаются подобные истории? Только по одной причине: оловянную чуму научились «лечить». Выяснена ее физико-химическая природа, установлено, как влияют на восприимчивость металла к «чуме» те или иные добавки. Оказалось, что алюминий и цинк способствуют этому процессу, а висмут, свинец и сурьма, напротив, противодействуют ему.

Запасы олова в мире

Запасы олова на земле достаточно невилики и составляют около 5,6 млн.тонн. Крупными запасами олова обладает Китай – 30,52% в мировых. Достаточно заметны на общем фоне запасы олова в Индонезии – 14,4%, Перу – 12,8%, Боливии – 8%, Бразилии – 9,7% и Малайзии – 9% в мировых запасах олова на январь 2010 года.

Производство олова в мире

Производство рафинированного олова в мире в последние годы неуклонно растет. Его динамика была следующей (тыс. т): 2000 г. - 270, 2003 г. - 280, 2006 г. - 325.

Добыча олова в 2009 году увеличилась на 2% до 306 тыс. тонн. Добыча олова в мире осуществляется теми странами, которым принадлежат наибольшие его запасы. В 2009 году крупнейшими странами традиционно стали Китай, с добычей 37,6% в мировых показателях, Индонезия – 32,7% и Перу 12,4%, в мировом объеме добычи. Россия занимает достаточно низкое место в показателях мировой добычи олова со значением 0,3% в мировых объемах добычи.
Мировое производство олова рафинированного в 2009 году снизилось на 2% до 315 тыс.тонн. Крупнейшей компанией по производству рафинированного олова является YUNNAN TIN, которая занимает в общем объеме производства в 2009 году 18%. PT TIMAH на втором месте с долей 13% в мировых показателях. На третьем месте MINSUR – 13%. MALAYSIA SMELTING CORP по итогам 2009 года занимает четвертое место с долей 12,5% в общемировом производстве.

На долю Индонезии приходится порядка 30% выпуска олова в мире. В самой же Индонезии основным регионом по производству этого цветного металла является провинция Банки-Белитунга. В оловянной отрасли занято примерно 40% всей рабочей силы страны. Индонезия в 2007 г. ввела квоты на экспорт олова с целью поддержания его цены на мировом рынке. В 2006 г. Индонезия произвела около 120 тыс. т олова.

Цены на олово с 2006 по 2007 год выросли с 8 тыс. $ за тонну рафинированного металла до 15 тыс. $ а затем до 20 тыс. $ во второй половине 2010 года.

Запасы олова в России

В СНГ запасы олова сосредоточены в России, Кыргызстане и Казахстане. Добыча основной массы олова в СНГ ведется российскими предприятиями. В России же находится и единственный в СНГ производитель металлического олова - ОАО "Новосибирский оловокомбинат". Это предприятие контролирует оловодобывающие активы России и Кыргызстана.

Россия обеспечена запасами олова в достаточном количестве. Но только в условиях высоких цен на олово разработка месторождений становится достаточно рентабельной, так как они находятся в труднодоступных местах Дальнего Востока и на большом расстоянии от производителя олова.

Основными потребителями олова в СНГ являются производители белой жести (ОАО "ММК", АО "Миттал Стил Темиртау", ОАО "Запоржсталь") и производители сплавов, в основном припоев.

По оценке экспертов Infomine в ближайшие годы следует ожидать роста потребления олова, в первую очередь в России. Растет производство консервов, флоат-стекла, наблюдается рост производства в машиностроении, которое сейчас поддерживается на уровне руководства страны. Не исключено, что потребление в перспективе до 2010 г. не будет обеспечено внутренним производством, и в Россию увеличится импорт олова и его сплавов.

Несмотря на свое наименование – «стойкий», к прочным металлам не относится. Оно слишком легкое и ковкое, чтобы его можно было применять для производства любых несущих конструкций. А вот ковкость при относительно низкой температуре и пластичность делают вещество весьма популярным в соответствующей области. О том, как можно использовать олово, где купить его для пайки, какие припои с ним возможны — все это и даже больше вы узнаете из данной статьи.

Сплавы

В современном народном хозяйстве в абсолютном большинстве случаев используется не олово, а его разнообразные сплавы.

• Самая древняя и известная сфера использования – , то есть, и олова. Он обладает не только превосходными эстетическими качествами, но прекрасными техническими: , устойчива к износу, не подвержена коррозии и так далее. Ну а красоту сплава оценили очень и очень давно: и сейчас привлекают богатством цвета и блеска.

• Второе наиболее известное применение – припои . Это , серебра, меди, а так же кадмия или висмута. Отличительная особенность этого сплава – низкая температура плавления, способность образовывать связи с другими металлами и высокая прочность таких соединений. С помощью припоев соединяют между собой самые разнообразные детали из металлов, которые друг с другом соединены быть не могут – из-за слишком разной температуры плавления, например. Изредка, но применяются и чисто оловянные припои.

Свойства припоя определяются его . Традиционно он используется в радио- и электротехнике. А вот сплав из 30% олова и 70% свинца отличается очень широким диапазоном затвердевания. Эту характеристику используют при пайке труб разного рода.

• И само олово, и оловянно-свинцовые сплавы обладают хорошим сцеплением к металлу. А поэтому и те и другие используются для внешнего покрытия деталей с целью защитить изделия от коррозии и придать им привлекательный вид. Наносят слой, погрузив предмет в ванну с расплавом, или электролитическим методом из водных растворов.
• Еще один известный сплав из олова, сурьмы и меди известен за счет своих выдающихся антифрикционных качеств. Такие составы – баббиты, применяют для покрытия различных движущихся с целью уменьшить их износ.
• Сплав металла со свинцом и сурьмой применяют при изготовлении типографских шрифтов. Его прочность и устойчивость к усталости позволяют длительное время использовать один и тот же набор.
• Еще одно необычное применение соединения металла со свинцом – органные трубы. Олово – наиболее тонально-резонансный металл из известных. Его количество в сплаве определяет тон трубы.

О сферах использования олова расскажет данное видео:

Самостоятельное вещество

Олово применяют и в качестве подачи самостоятельного вещества – с долей до 97–99%.

• Почти половина такого чистого металла как олово уходит на покрытие консервных банок. Всем известные жестяные предметы представляют собой стальное изделие, покрытое тончайшим слоем олова – 0,4 мкм. Последний обеспечивает превосходную антикоррозийную защиту.
• Из олова производят массу разнообразных пищевых контейнеров и даже посуду, поскольку металл отличается прекрасными гигиеническими свойствами и абсолютно безопасен в отличие от своего средневекового «собрата», представляющего собой сплав со свинцом. Посуда из этого легкого серебристого металла очень красива. Кроме того, высокая ковкость и пластичность вещества позволяют не просто штамповать кастрюльки и тарелки, а изготавливать действительно превосходные предметы столовой сервировки. Соответственно, популярностью пользуются подарки из олова.
• Благодаря отличным антикоррозийным свойствам олово используют и при изготовлении трубопровода. Особенно ценны эти его качества при организации системы снабжения питьевой водой. Большого распространения они, правда, не получают, поскольку материал довольно дорогой, а, самое главное, дефицитен на строительном рынке.

Про теплоту, градус, удельную температура плавления олова для изготовления изделий и пайки микросхем, про особенности применения в промышленности белого, серого, хлорного, жидкого олова, его свойства расскажем ниже.

Применение металла в строительстве

Невысокая прочность и твердость значительно ограничивают применение олова в строительной сфере. Да и большинство сплавов с металлом предполагают совершенно другие характеристики.

Однако и в этой области веществу нашлось место.

Оловянные бронзы

Сплав олова с – наиболее известное применение металла, за исключением, возможно, получения белой жести. Оловянная обладает превосходными антифрикционными свойствами, устойчива к коррозии, гигиенична и не боится мороза. Кроме того, материал необычайно привлекателен внешне и обладает доставочной ковкостью.

Эти свойства и определяют сферы применения оловянного сплава.

• Трубопровод – стойкость к действию высоких температуры и очень малая усадка – менее 1%, обуславливают применение бронзовых труб для любого типа трубопровода: горячего и холодного водоснабжения, отопления и так далее. Благодаря тому, что материал не поддается коррозии, он исключительно долговечен: бронзовый трубопровод (не путать с ) рассчитан на использование столетиями. Кроме того, его значительно проще обслуживать. Внешний вид его со временем становится только привлекательнее: правильная черная патина придает даже простой трубе элегантность, свойств своих материал не теряет, к тому же материал не накапливает электричество, как сталь, например.
• Сантехника – ванные, умывальники, унитазы из этого сплава не только «честно» выполняют свою роль, то есть, являются долговечными предметами с прекрасными гигиеническими свойствами, они зачастую еще и очень красивы. Ковкость бронзы позволяет превратить ванную в художественный шедевр.
• То же самое касается и мелких аксессуаров для ванной , санузла или кухни. Бронзовые краны, лейки, подставки, полотенцесушители и прочие придадут любому интерьеру вид совершенно роскошный.
• Фурнитура другого рода – ручки, замки, дверные накладные петли и даже кольца для штор, весьма изысканный штрих классического стиля.
• Лестничные перила и ограждения – пожалуй, самое эффектное применение бронзы в жилом доме, поскольку имеет относительно большую площадь. Кованые или литые бронзовые перила – способ сделать интерьер не только уникальным, но и в высшей степени роскошным и элегантным.
• и предметы быта , которые можно сделать из металла – вешалки, скамьи, держатели, рамы для зеркала и так далее. Выполненные из бронзы эти изделия являются украшением любого дома и в любом стиле.

О том, что делать, если вам не хватает олова для пайки, расскажет данное видео:

Предметы быта

Канули в Лето оловянные подсвечники, подстаканники, пуговицы и солдатики. Сегодня чистое олово, несмотря на куда меньшую стоимость по сравнению с прошлыми веками, имеет куда меньшее применение, поскольку вытесняется более дешевыми и доступными сплавами.

Однако любители ретростилей и сейчас не преминут найти оловянное изделие для украшения интерьера.

• Оловянная фурнитура – в основном дверные ручки, хотя можно найти и другие изделия. По сравнению с бронзой или олово кажется более скромным и обладает меньшим блеском. Однако для стилей кантри или английского это является достоинством. Ну а высокая ковкость материала значительно компенсирует его неяркость.
• Оловянная посуда – от самой простой «дедовской» кружки, из которой «такая вкусная вода», до изысканного столового прибора. Посуда из олова изящна и составит честь любой гостиной. А уж набором оловянных десертных ложечек и сейчас можно удивить любителя старины.
• В позапрошлом веке повсеместно использовались штампованные оловянные уличные фонари . Использовать их давно перестали, а вот оловянные светильники разного рода – от люстр до скромных настольных, изготавливают до сих пор.

Олово – металл малораспространенный, более всего известен как компонент бронзы, да и применение в строительстве и быту нашел именно в виде бронзового сплава. Однако оловянные предметы быта и посуда и сейчас являются украшением столовой.

Решили самостоятельно изготовить небольшие поделки из олова? Тогда посмотрите прежде этот видеосюжет:

Химический элемент олово является одним из семи древних металлов, которые известны человечеству. Этот металл входит в состав бронзы, имеющей огромное значение. В настоящее время химический элемент олово утратил востребованность, но его свойства заслуживают детального рассмотрения и изучения.

Что собой представляет элемент

Располагается он в пятом периоде, в четвертой группе (главной подгруппе). Подобное расположение свидетельствует о том, что химический элемент олово - амфотерное соединение, способное проявлять и основные, и кислотные свойства. Относительная атомная масса составляет 50, поэтому его считают легким элементом.

Особенности

Химический элемент олово является пластичным, ковким, легким веществом серебристого белого цвета. По мере эксплуатации он теряет свой блеск, что считают минусом его характеристик. Олово - металл рассеянный, поэтому существуют сложности с его добычей. Элемент имеет высокую температуру кипения (2600 градусов), низкую температуру плавления (231,9 С), большую электрическую проводимость, отличную ковкость. У него высокое сопротивление разрыву.

Олово - элемент, который не обладает токсичными свойствами, не оказывает негативного воздействия на организм человека, поэтому востребован в пищевом производстве.

Какое еще имеет свойство олово? При выборе данного элемента для изготовления посуды и водного трубопровода не придется опасаться за свою безопасность.

Нахождение в организме

Чем еще характеризуется олово (химический элемент)? Как читается его формула? Данные вопросы рассматриваются в курсе школьной программы. В нашем организме данный элемент располагается в костях, способствуя процессу регенерации костной ткани. Его относят к макроэлементам, поэтому для полноценной жизнедеятельности, человеку достаточно от двух до десяти мг олова в сутки.

В организм этот элемент попадает в большем количестве с пищей, но кишечник усваивает не больше пяти процентов поступлений, поэтому вероятность отравления минимальна.

При недостатке данного металла происходит замедление роста, происходит потеря слуха, меняется состав костной ткани, наблюдается облысение. Отравление вызывается поглощением пыли или паров данного металла, а также его соединений.

Основные свойства

Плотность олова имеет среднюю величину. Металл отличается высокой коррозионной стойкостью, поэтому его применяют в народном хозяйстве. Например, олово востребовано при изготовлении консервных банок.

Чем еще характеризуется олово? Применение этого металла основывается также на его способности объединять различные металлы, создавая устойчивую к агрессивным средам, внешнюю среду. Например, сам металл необходим для лужения предметов быта и посуды, а его припои нужны для радиотехники и электричества.

Характеристики

По своим внешним характеристикам этот металл аналогичен алюминию. В реальности сходство между ними незначительное, ограничивается только легкостью и металлическим блеском, устойчивостью к химической коррозии. Алюминий проявляется амфотерные свойства, поэтому легко вступает в реакцию со щелочами и кислотами.

Например, если на алюминий действует уксусная кислота, наблюдается химическое взаимодействие. Олово же способно взаимодействовать только с сильными концентрированными кислотами.

Преимущества и недостатки олова

Данный металл практически не используется в строительстве, поскольку не отличается высокой механической прочностью. В основном в настоящее время используют не чистый металл, а его сплавы.

Выделим основные преимущества данного металла. Особое значение имеет ковкость, ее используют в процессе изготовления предметов быта. Например, эстетично выглядят подставки, светильники, выполненные из данного металла.

Оловянное покрытие позволяет существенно снижать трение, благодаря чему изделие защищено от преждевременного износа.

Среди основных недостатков данного метала можно упомянуть его незначительную прочность. Олово непригодно для изготовления частей и деталей, предполагающих существенные нагрузки.

Добыча металла

Плавление олова осуществляется при невысокой температуре, но из-за трудности его добычи металл считается дорогостоящим веществом. Из-за низкой температуры плавления при нанесении олова на поверхность металла можно получить существенную экономию электрической энергии.

Структура

Металл имеет однородную структуру, но, в зависимости от температуры, возможны разные его фазы, отличающиеся по характеристикам. Среди самых распространенных модификаций данного металла отметим β-вариант, существующий при температуре 20 градусов. Теплопроводность, его температура кипения, являются основными характеристиками, приводимыми для олова. При снижении температуры от 13,2 С образуется α-модификация, именуемая серым оловом. Эта форма не обладает пластичностью и ковкостью, имеет меньшую плотность, поскольку обладает иной кристаллической решеткой.

При переходе из одной формы в другую наблюдается изменение объема, так как существует разница в плотности, в результате чего происходит разрушение оловянного изделия. Такое явление называют «оловянной чумой». Такая особенность приводит к тому, что существенно уменьшается область использования металла.

В природных условиях олово можно найти в составе горных пород в виде рассеянного элемента, кроме того известны его минеральные формы. Например, в касситерите содержится его оксид, а в оловянном колчедане - его сульфид.

Производство

Перспективными для промышленной переработки считают оловянные руды, в которых содержание металла не меньше 0,1 процента. Но в настоящее время эксплуатируют и те месторождения, в которых содержание металла составляет всего 0,01 процента. Для добычи минерала применяют различные способы, учитывая специфику месторождения, а также его разновидность.

В основном оловянные руды представлены в виде песков. Добыча сводится к его постоянной промывке, а также к концентрированию рудного минерала. Коренное месторождение разрабатывать гораздо сложнее, поскольку необходимы дополнительные сооружения, строительство и эксплуатация шахт.

Концентрат минерала перевозят на завод, специализирующийся на плавке цветного металла. Далее осуществляется многократное обогащение руды, измельчение, затем промывание. Рудный шлих восстанавливают, воспользовавшись специальными печами. Для полного восстановления олова этот процесс проводят несколько раз. На завершающем этапе осуществляют процесс очистки от примесей чернового олова, используя термический либо электролитический способ.

Использование

В качестве основной характеристики, позволяющей применять олово, выделяют его высокую коррозионную устойчивость. Данный металл, а также его сплавы являются одними из самых устойчивых соединений по отношению к агрессивным химическим веществам. Больше половины всего олова, производимого в мире, применяется для изготовления белой жести. Данную технологию, связанную с нанесением на сталь тонкого слоя олова, стали применять для защиты от химической коррозии консервных банок.

Способность олова к раскатыванию используется для производства из него тонкостенных труб. Из-за неустойчивости данного металла к низким значениям температур его бытовое использование достаточно ограничено.

У сплавов олова значение теплопроводности существенно ниже, чем у стали, поэтому их можно применять для производства умывальников и ванн, а также для изготовления различной сантехнической фурнитуры.

Олово подходит для производства незначительных декоративных и бытовых предметов, изготовления посуды, создания оригинальных ювелирных украшений. Этот неяркий и ковкий металл при объединении с медью давно стал одним из самых излюбленных материалов скульпторов. Бронза объединяет в себе высокую прочность, стойкость к химической и естественной коррозии. Этот сплав востребован в качестве декоративного и строительного материала.

Олово является тонально-резонансным металлом. Например, при его соединении со свинцом получают сплав, применяемый для изготовления современных музыкальных инструментов. С древних времен известны бронзовые колокола. Для создания органных труб применяют сплав олова со свинцом.

Заключение

Увеличение внимания современного производства к вопросам, связанным с охраной окружающей среды, а также к проблемам, связанным с сохранением здоровья населения, повлиял на состав материалов, применяемых в изготовлении электроники. Например, возрос интерес к технологии бессвинцового процесса пайки. Свинец является материалом, приносящим существенный вред здоровью человека, поэтому его перестали применять в электротехнике. Ужесточились требования к пайке, вместо опасного свинца стали использовать сплавы олова.

Чистое олово практически не используется в промышленности, поскольку возникают проблемы с развитием «оловянной чумы». Среди основных сфер применения данного редкого рассеянного элемента выделим изготовление сверхпроводящих проводов.

Покрытие чистым оловом контактных поверхностей позволяет увеличивать процесс пайки, защищать металл от процесса коррозии.

В результате перехода на бессвинцовую технологию многих производителей стали ими начало использоваться натуральное олово для покрытия контактных поверхностей и выводов. Подобный вариант позволяет по приемлемой стоимости получать качественное защитное покрытие. Благодаря отсутствию примесей, новая технология не только считается экологически безопасной, но и дает возможность получать отличный результат по приемлемой стоимости. Именно олово производители считают перспективным и современным металлом в электротехнике, радиоэлектронике.

О́лово (лат. Stannum; обозначается символом Sn) - элемент главной подгруппы четвёртой группы, пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 50. Относится к группе лёгких металлов. При нормальных условиях простое вещество олово - пластичный, ковкий и легкоплавкий блестящий металл серебристо-белого цвета. Олово образует две аллотропические модификации: ниже 13,2 °C устойчиво α-олово (серое олово) с кубической решёткой типа алмаза, выше 13,2 °C устойчиво β-олово (белое олово) с тетрагональной кристаллической решеткой.

История

Олово было известно человеку уже в IV тысячелетии до н. э. Этот металл был малодоступен и дорог, так как изделия из него редко встречаются среди римских и греческих древностей. Об олове есть упоминания в Библии, Четвёртой Книге Моисеевой. Олово является (наряду с медью) одним из компонентов бронзы (см. История меди и 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: 35-11 века до н. э.).

Происхождение названия
Латинское название stannum, связанное с санскритским словом, означающим «стойкий, прочный», первоначально относилось к сплаву свинца и серебра, а позднее к другому, имитирующему его сплаву, содержащему около 67 % олова; к IV веку этим словом стали называть собственно олово.
Слово олово - общеславянское, имеющее соответствия в балтийских языках (ср. лит. alavas, alvas - «олово», прусск. alwis - «свинец»). Оно является суффиксальным образованием от корня ol- (ср. древневерхненемецкое elo - «жёлтый», лат. albus - «белый» и пр.), так что металл назван по цвету.

Производство

В процессе производства рудоносная порода (касситерит) подвергается дроблению до размеров частиц в среднем ~ 10 мм, в промышленных мельницах, после чего касситерит за счет своей относительно высокой плотности и массы отделяется от пустой породы вибрационно-гравитационном методом на обогатительных столах. В дополнение применяется флотационный метод обогащения/очистки руды. Полученный концентрат оловянной руды выплавляется в печах. В процессе выплавки восстанавливается до свободного состояния посредством применения в восстановления древесного угля, слои которого укладываются поочередно со слоями руды.

Применение

1. Олово используется в основном как безопасное, нетоксичное, коррозионностойкое покрытие в чистом виде или в сплавах с другими металлами. 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). Другой известный сплав - пьютер - используется для изготовления посуды. В последнее время возрождается интерес к использованию металла, поскольку он наиболее «экологичен» среди тяжёлых цветных металлов. Используется для создания сверхпроводящих проводов на основе интерметаллического соединения Nb 3 Sn.
2. 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.
3. Олово является важнейшим легирующим компонентом при получении конструкционных сплавов титана.
4. Двуокись олова - очень эффективный абразивный материал, применяемый при «доводке» поверхности оптического стекла.
5. Смесь солей олова - «жёлтая композиция» - ранее использовалась как краситель для шерсти.
6. Олово применяется также в химических источниках тока в качестве анодного материала, например: марганцево-оловянный элемент, окисно-ртутно-оловянный элемент. Перспективно использование олова в свинцово-оловянном аккумуляторе; так, например, при равном напряжении, по сравнению со свинцовым аккумулятором свинцово-оловянный аккумулятор обладает в 2,5 раза большей емкостью и в 5 раз большей энергоплотностью на единицу объёма, внутреннее сопротивление его значительно ниже.

Мягкий белый металл – олово – был одним из первых металлов, которые научился обрабатывать человек. Ученые считают, что добывать олово стали гораздо раньше, чем было впервые найдено железо.


Некоторые археологические находки подтверждают, что оловянные шахты на территории нынешнего Ирака работали уже четыре тысячи лет назад. Оловом торговали: купцы выменивали его на и драгоценные камни. В природе олово содержится в оксидной оловянной руде касситерите – минерале, залежи которого встречаются в Юго-Восточной Азии, Южной Америке, Австралии, Китае.

Из истории

По данным историков и археологов, впервые обнаружили олово, вероятнее всего, случайно, в наносных отложениях касситерита. Древние горны с отработанным шлаком удалось найти на юго-западе Великобритании. Среди обнаруженных предметов эпохи Древнего Рима и Греции оловянные изделия встречаются очень редко, что подтверждает предположение, что металл этот был дорогим.

Об олове упоминается в произведениях арабской литературы VIII-IX веков, а также в средневековых произведениях, описывающих путешествия и великие открытия. В Богемии и Саксонии олово стали добывать в XII веке.


Интересно, что задолго до того, как люди стали добывать чистое олово, изобрели бронзу – сплав олова с медью. По некоторым данным, бронза была известна человеку уже в 2500 году до нашей эры.

Дело в том, что олово существует в составе руд вместе с медью, поэтому при плавке получали не чистую медь, а ее сплав с оловом, то есть бронзу. Олово как случайную примесь можно обнаружить в медной посуде египетских фараонов, изготовленной в 2000 году до нашей эры.

Химические свойства олова

Олово инертно по отношению к воде и кислороду при комнатной температуре. Металл также имеет свойство покрываться тонкой оксидной пленкой на открытом воздухе. Именно химическая инертность олова в обычных условиях послужила популярности металла у изготовителей жестяной тары.


Серная и соляная кислота в разбавленном состоянии воздействуют на олово крайне медленно, а в концентрированном виде при нагревании растворяют его. При соединении с соляной кислотой получают хлорид олова, при реакции с серной – сульфат олова.

При вступлении в реакцию с разбавленной азотной кислотой получают нитрат олова, с концентрированной азотной кислотой – нерастворимую оловянную кислоту. Соединения олова имеют важное промышленное значение: их используют при производстве гальванических покрытий.

Применение олова

Этот серебристо-белый мягкий металл можно раскатать до состояния тонкой фольги. Олово не ржавеет, поэтому его широко используют в разных сферах. Чаще всего из этого металла изготавливают тару. Если олово нанести тонким слоем на другой металл, оно придаст поверхности особый блеск и гладкость.

Это свойство олова используют при изготовлении консервных банок. Олово часто используют в качестве антикоррозионного покрытия. Более третьей части всего олова, которое сегодня добывают в мире, используется при производстве пищевых емкостей для продуктов и напитков. Жестяные банки, хорошо всем знакомые, сделаны из стали, покрытой слоем олова толщиной не более 0,4 мкм.


Еще треть добываемого олова идет на изготовление припоев – сплавов со свинцом в разных пропорциях. Припои используются в электротехнике, для пайки трубопроводов. Такие сплавы могут содержать до 97% олова, медь и сурьму, увеличивающие твердость и прочность сплава.

Из олова, смешанного с сурьмой, делают посуду (в первую очередь фраже). В промышленности олово используют в различных химических соединениях.