К какой группе металлов относится олово

Обновлено: 22.01.2025

Олово — химический элемент таблицы Менделеева под номером 14. Он относится к разряду легких цветных металлов. В твердом (естественном) состоянии он представляет собой вещество бело-серого цвета. Олово имеет небольшую массу, хорошо поддается пайке, плавлению, ковке и другим методам механической обработки. Оно может преобладать в различных аллотропических состояниях. Всего их четыре вида — α-Sn чаще всего встречается при температуре не более +13,2 градуса. β-олово получается если температурный показатель превышает +13,2 градуса. При высоких давлениях во внешней среде можно наблюдать образование y и γ-олова.

История

Впервые олово обнаружили еще около четырех тысяч лет назад. В давние времена серебристый металл был довольно редким материалом и стоил очень дорого. В основном его использовали как составляющую бронзовых сплавов. Как известно в те времена бронза была основным техническим материалом, из которого изготавливали различные вещи — посуду, инструменты, оружие, доспехи, украшения и другие предметы быта. Олово, присутствующее в составе бронзовых изделий ценилось на протяжении многих веков, сравнительно с другими металлами, которые тогда добывались.

Характеристика и физические свойства олова

Олово наделено множественными свойствами и вступает в реакцию со многими металлами, неметаллами и другими элементами периодической таблицы Менделеева. Поэтому рассмотрим общие характеристики вещества:

Олово способно преобладать в твердом или жидком состоянии, поэтому значения плотности в различных вариантах отличаются — в первом случае показатель приравнивается к 7.3 г/куб. см, во втором — 6,98 7.3 г/куб. см.
Что касается влиянию высоких температур, то стоит отметить, что олово начинает плавиться при 232 0С, а при температуре 2620 градусов оно начинает закипать.
Емкость теплоотдачи олова в затвердевшей форме составляет 226 Дж/(кг*К), а в жидком, эта цифра доходит до 268 Дж/(кг*К).
Молярная емкость теплоотдачи при стабильном давлении составляет: для белого олова - 27,11 Дж/(моль*К), для серого - 25,79 Дж/(моль*К).
Теплоотдача при плавлении олова — 7,19 кДж/моль, а при испарении — 296 кДж/моль.
Теплопроводность при оптимальной температуре (около 20 0С) приравнивается 65,26 Вт/(м*К).
Сопротивление электротока колеблется в пределах 0,115 мк Ом*м.
Удельная электрическая проводимость при 20 0С равняется 8,69 МСм/м.
Тугость металла твердой формы варьируется в рамках от 55 ГПа до 48 ГПа при условии температур от 0 до 100 0С.
Сопротивление при разрыве твердого олова равно 20 МПа.
Удлинение — до 40%.
Твердость серого олова достигает 62 МПа, белого — до 152 МПа.
Оптимальная температура для литья колеблется от 260 до 300 градусов.
При нагревании до + 170С олово приобретает хрупкую структуру.

Белое и серое олово: в чем различие?

Олово — это элемент, относящийся к классу полиморфических металлов. В быту многие сталкиваются с его бета-модификацией. Это белое олово со стойкостью к температурам от 14 и выше градусов по Цельсию. Внешне оно представляет собой пластичный и мягкий материал белого цвета. Его структура представлена в виде кристаллической решетки, построенной по типу тетрагональной сингонии. Его атомное строение обуславливается окружением октаэдров, что дает олову плотность до 7,2 г/куб. м. Если зажать кусок олова в тиски и прислушаться, можно наблюдать своеобразный хруст, исходящий от трущихся кристаллов.

При воздействии низкой температуры на белое олово, структура металла начинает меняться, постепенно переходя в альфа-версию, приобретая серый оттенок. Это обуславливается тем, что при падении температуры ниже 0 градусов, кристаллы формируют новую структуру, как у алмаза. При этом, увеличивается объем металла, и он постепенно начинает распадаться, пока окончательно не превратиться в оловянный порошок.

Переход с одной модификации в другую, обуславливается воздействием низкой температуры. В естественных условиях окружающей среды, этот переход проходит немного быстрее, а максимально быстрый распад достигается при температуре — 33 градуса. Однако образование порошкообразного вещества может происходить не только под влиянием низких температур. Ионное излучение также может вызвать распад металла и его переход в состояние порошка. Существует возможность изменить структуру олова до гелиевого состояния, если достичь необходимого охлаждения в определенных условиях.

Электрофизические характеристики олова обуславливаются его структурой, поэтому каждой модификации присущи свои показатели. Например, бета-олово считается металлом, а версия альфа является полупроводником, который используется при пайке. При воздействии внешних факторов, альфа-олово (ниже 3,72 К) преобразуется в модификацию сверхпроводника. При этом атомы кристаллической решетки бета-модификации образуют s2p2, а форма альфа обращается в состояние sp3. При воздействии магнитного поля олово может проявлять себя по-разному. В одном случае оно парамагнитно, но при определенных обстоятельствам может стать диамагнитным.

Если представить, что различные модификации будут взаимодействовать между собой, то бета-олово может быстро трансформироваться в альфа-олово. Это происходит потому, что структура олова не постоянна. Такой процесс перехода можно сравнить с заражением. Такое поведение металла было замечено еще в 1870 году, и названо уже в 1911 году "оловянной чумой".

В ходе экспериментов и химических опытов было установлено, что заражение можно предотвратить и даже остановить. Для этого необходимо использовать химический элемент — висмут. Ученые даже нашли способ, чтобы ускорить процесс перехода с бета до альфа-версии. Этому способствует химическая реакция олова с хлор станнатом аммония.

Залежи олова

Олово как природный минерал

В природе олово встречается очень редко. Если сравнить его распространенность с другими металлами, то в этой категории оно занимает 47 место по всей земле. Запасы элемента в земном массиве варьируются в пределах от 2*10-4 до 8*10-3 %, без учета ресурсов в океанских и морских глубинах. Преобладающим минералом, из которого получают олово, считается касситерит. Он содержит в себе порядка 79% металла.

Первые месторождения олова

Самые большие запасы олова находятся в южных континентах — Китае и Японии. Помимо этого, немалые залежи оловянной руды найдены в Южной Америке. Россия также является месторождением данного минерала.

Кислотно-щелочные свойства

Учитывая, что олово является амфотерным веществом, то помимо основных свойств, оно может проявлять кислотные и щелочные характеристики. Благодаря им, появляется вероятность выявления олова во внешней среде. Элемент по некоторым свойствам похож на кварц, что дает возможность определять связь минерала как оксид с соединениями кислот. Большое содержание олова в ископаемых источниках может формировать кварцево-касситеритовые руды. Его щелочные свойства можно заметить в различных сульфитах.

Преобладающие формы

Олово часто встречается в составе горных образований, наполняющих земную кору. Реже его можно встретить в результате образования вулканических пород и других минеральных соединений. Самые большие запасы элемента преобладают в окисной форме.

Олово при низких температурах

Оловянная чума стала причиной трагических событий 1912, во время экспедиции Скотта на Южный полюс. Его путешествие закончилось преждевременно, а виной тому стали оловянные крышки на бачках с горючим. Находясь в холодных климатических условиях, температура достигла той отметки, когда олово преобразовалось в порошок, и все топливные запасы были потеряны.

Изотопы

Олово имеет постоянное количество нуклидов. Количество протонов у него приравнивается к 50-ти. Они равномерно насыщают зону вокруг ядра, что прибавляет больше энергетики. Поэтому, их число считают магическим, а сам элемент располагает максимальным объемом неизменных изотопов, по сравнению с другими элементами. В металле содержаться два изотопа, которые при выпадении из бета-олова становятся радиоактивными.

Твердые минеральные источники

В условиях внешней среды олово может преобладать в трех основных видах:

Рассеянный класс. Неопределенность названия говорит о том, что неизвестно в какой конкретной форме находится элемент. Обычно олово наблюдается в изоморфной рассеянной форме вместе с другими сопутствующими веществами. К ним относятся вольфрам, ниобий и тантал, которые образуют кислотные соединения. Цезий, Таллий и Ванадий способствуют формированию кислых и сульфидных связей. Если олово преобладает в обычном состоянии, то реагенты замещаются в различном изоморфном порядке.

Минеральный тип. Данный тип обуславливает наличием олова в различных минералах. Чаще всего ими являются гранаты, магнетиты, турмалины и другие образования. Обычно их взаимодействие влияет только на преобразование химического состава элемента, не нарушая его структуру. Максимальной накаляемостью в оловоносных минералах наблюдается соединение с гранатами, эпитодами и другими минералами.

Источники сульфидов содержат высокий процент олова как изоморфного компонента. В приморском регионе России найдены новые месторождения сфалеритов, халькопиритов, пиритов и других минералов. Учитывая ограничение изоморфных структур, то при этом случается разложение образца с выпадением филлита.

Формирование и виды осадочных пород

Как природный материал, олово может встречаться не только в различных минералах, породных образованиях, но и других источниках в виде различных соединений.

Природные соединения и сплавы олова

Олово способно формироваться в совокупности с иными химическими веществами в геологических условиях, которые можно классифицировать следующим образом:

Образование руд происходят по сей день. Причиной вполне могут служить океанические осадки с Тихого океана, гидротермальной камчатской зоны или продукты выбросов Тол Бачинского вулкана.

Эффузивные или интрузивные магматические залежи траппов и пикритов на сибирской площадке, а также габброиды, гипербазит и магматические породы, локализующиеся на Камчатке.

Преобразование пород при гидротермическом и метасоматическом влиянии. К таковым стоит отнести золотоносные или медно-никелиевые залегания на территории России и Узбекистана.

Касситерит

Наиболее встречающимся оловянным ресурсом считается касситерит (SnO2). Он представлен в виде окисного соединения олова с кислородом. Учитывая, что этот образец является наиболее встречающимся минералом, содержащим большой процент олова, то первым делом нужно обращать внимание на его структуру. Если детально осмотреть образец породы, то можно наблюдать отдельные кристаллы олова. Они могут достигать до 3-4 мм в диаметре, а в некоторых случаях и больше.

Гидроокисные оловянные источники

На основе достоверной информации, подобные источники белого или серого металла занимают не лидирующие позиции. Они представлены в форме солей поли оловянных кислот. К таким можно отнести варламовит, сукулаит или отвердевшую примесь олова в магнетите. Чаще всего это полу аморфные соединения элемента. Помимо этого, олово содержится в оксидных соединениях — CuSn(OH)6, 3SnO·H2O и других оксидах.

Силикаты

Еще одним распространенным минералом, содержащим олово, является малахит. Он принадлежит к классу силикатов, которые способны формировать огромные залежи металла.

Шпинелиды

Шпинелиды являются еще одним источником окисных соединений, которые содержат оловянные примеси. Основным веществом считается нигерит.

Сульфидные соединения олова

Данный класс обуславливается соединением олова с серными породами. В производственной сфере они занимают вторую позицию. Основным материалом добычи олова является станнин. Помимо этого, к этой группе можно отнести и другие соединение на основе цветных металлов: Cu, Pb или Ag. Такие руды могут содержать различный процент олова, в зависимости от климатических условий.

Минерал Станнин

Оловянный колчедан — это второе название данного минерала, относящегося к сульфидному классу. Он является самым распределенным источником олова, залегающим на территории России. Процентное содержания искомого металла составляет от 10 до 40%. При увеличении этой доли можно наблюдать признаки разложения станина, сопровождающиеся выделением касситерита.

Коллоидная форма олова

С геохимической точки зрения, олово является сложным элементом, поэтому изучено оно не до конца. В природе можно наблюдать олово-кремнистые соединения, относящиеся к группе коллоидов. В основном, олово образуется в результате изменения структуры кристаллической решетки многих соединений и элементов. Благодаря этому и коломорфным связям, металл может изменять свое физическое состояние, образуя гелеобразные смеси.

В ходе множественных экспериментов, ученые выяснили, что при взаимодействии металла с хром-кремневым соединением, олово видоизменяется. При этом его коллоидная форма используется как вспомогательное звено.

Чтобы понять, как изменяется форма и химические свойства олова, необходимо рассмотреть несколько примеров перехода металла в жидкое состояние.

Учитывая, что его геохимические свойства являются наиболее неизученным разделом, то предоставленная информация, это не результаты проведенных опытов или исследований, а всего лишь теоретические выводы ученых. Основываясь на этих фактах, можно разделить локализацию олова в смесях на следующие классы:

Ионные связи.
Гидроксильные соединения.
Сульфидные связи.
Комплексные соединения.

Все наблюдения по поводу реакций или структуры ионных соединений, строятся на геохимических и валентных предположениях. Они делятся на две основные группы:

Простые ионы, которые наблюдались в примесях с малой долей рН и продуктах магматического разложения. Однако конкретных форм при условии газового или жидкого состояния металла выявлены небыли.

Галогениды — вещества, содержащие фтор и воздействующие на металл в процессе разложения и перехода в иное состояние.

Минеральные формы гидроксильных соединений в щелочной среде часто образуют двух, трех и четырехвалентные оловянные кислоты (H2SnO). Они могут формироваться естественным образом или иметь искусственное происхождение. Результаты проведенных исследований показали, что олово в составе кислот проявляется очень слабо и способна формировать химические комбинации по подобию варламовита.

Сульфидные связи в кислотной сфере крайне неустойчивы.

Комплексная связь была обнаружена в результате опытов, методом воздействия фторовых соединений на касситерит. Анализы показали, фторовые и хлоридные растворы при воздействии на минералы проявляют идентичные свойства. В ходе исследований было проделано несколько опытов с различными реактивами. В результате получились совокупные соединения модели Na2[Sn(OH)2F4]. И это только один из множественных образцов, которые были получены.

Олова-кремневые и коллоидные образования формируются при наличии касситерита, который наблюдается практически во всех оловянных месторождениях.

Особенности производства

Производственный процесс по изготовлению олова состоит из нескольких этапов. Сначала приготовленную руду помещают в специальные дробилки и мельницы, где минерал приобретает мелкую фракцию (кусочки не более 10 мм в диаметре). Затем гравитационно-вибрационным методом извлекаются частицы касситерита. Наряду с этим применяется флотационный метод обогащения минерала, после которого касситерит приобретает концентрат олова до 70%.

В ходе последующей переработки сырья, осуществляется удаление мышьяка и серы. После этого, полученный продукт отправляют в печь для выплавки. Там минерал послойно смешивается с древесными углями, для освобождения его от ненужных веществ. Здесь же добавляется Zn, Pb или Cu. Для очищенного олова используется метод плавки.

Сфера использования

Благодаря свои антикоррозийным свойствам, олово широко применяется при литье различных сплавов. Оно является одним из основных компонентов бронзы, изготовления белой жести и других материалов. Его успешно используют в электротехнической сфере для пайки контактов и микросхем. Олово также необходимо при производстве посуды, которая выполняется и специального оловянного сплава — пьютера.

Во всех вышеперечисленных случаях, элемент используется в малых долях. Большая часть олова приходится на плавление с медью, цинком, свинцом и сурьмой. Также возможно сочетание некоторых элементов: медь с цинком, медь с сурьмой и другие. Благодаря своей экологичности и проводимости, олово используют для изготовления кабелей с большой электропроводностью.

Также олово применяется для изготовления лакокрасочных материалов, которые имитирую золотистое покрытие. Цинко-оловянные соединения используют для легирования стали и нержавеющих сплавов из черного металла.

Помимо этого, оловянные изомеры, полученные искусственным путем являются источниками гамма-излучения, поэтому их успешно применяют в спектроскопии.

Благодаря своим свойствам, олово участвует в производстве анода и различного рода химических испытаниях. На основе свинцово-оловянных сплавов делают аккумуляторные батареи. Они превосходят обычные АКБ по качеству, емкости и сроку службы. Их энергетическая плотность в 5 раз превышает энергию обычных свинцовых аккумуляторов, имея при этом наименьшее сопротивление.

ОЛОВО

Температура плавления, ° С 231,9 Температура кипения, ° С 2625 Плотность, г/см3 7,29 Твердость (по Бринеллю) 3,9 Содержание в земной коре, % (масс.) 0,0004 Степени окисления +2, +4
Физические свойства. Олово - мягкий серебристо-белый пластичный металл (может быть прокатан в очень тонкую фольгу - станиоль) с невысокой температурой плавления (легко выплавляется из руд), но высокой температурой кипения. Олово имеет две аллотропные модификации: a-Sn (серое олово) с гранецентрированной кубической кристаллической решеткой и b-Sn (обычное белое олово) с объемноцентрированной тетрагональной кристаллической решеткой. Фазовый переход b -> a ускоряется при низких температурах (-30° С) и в присутствии зародышей кристаллов серого олова; известны случаи, когда оловянные изделия на морозе рассыпались в серый порошок ("оловянная чума"), но это превращение даже при очень низких температурах резко тормозится наличием мельчайших примесей и поэтому редко встречается, представляя скорее научный, чем практический интерес. См. также
АЛЛОТРОПИЯ;
ЭЛЕМЕНТЫ ХИМИЧЕСКИЕ;
ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ. Чистое олово обладает низкой механической прочностью при комнатной температуре (можно согнуть оловянную палочку, при этом слышится характерный треск, обусловленный трением отдельных кристаллов друг о друга) и поэтому редко используется. Однако оно легко образует сплавы с большинством других черных и цветных металлов. Оловосодержащие сплавы обладают прекрасными антифрикционными свойствами в присутствии смазки, поэтому широко используются как материал подшипников.
Химические свойства. При комнатной температуре олово химически инертно к кислороду и воде. На воздухе олово постепенно покрывается защитной оксидной пленкой, которая повышает его коррозионную стойкость. С химической инертностью олова и его оксидной пленки в обычных условиях связано использование его в покрытии жестяной тары для продуктов питания, прежде всего - консервных банок. Олово легко наносится на сталь и продукты его коррозии безвредны. В соединениях олово проявляет две степени окисления: +2 и +4, причем соединения олова(II) в большинстве своем относительно нестабильны в разбавленных водных растворах и окисляются до соединений олова(IV) (их используют иногда как восстановители, например SnCl2). Разбавленные соляная и серная кислоты действуют на олово очень медленно, а концентрированные, особенно при нагревании, растворяют его, причем в соляной кислоте получается хлорид олова(II), а в серной - сульфат олова(IV). С азотной кислотой олово реагирует тем интенсивнее, чем выше концентрация и температура: в разбавленной HNO3 образуется растворимый нитрат олова(II), а в концентрированной HNO3 - нерастворимая b-оловянная кислота H2SnO3. Концентрированные щелочи растворяют олово с образованием станнитов - солей оловянистой кислоты H2SnO2; в растворах станниты существуют в гидроксоформе, например Na2[[Sn(OH)4]]. Наибольшее промышленное значение соединения олова(II) имеют в производстве гальванических покрытий. Соединения олова(IV) находят обширное промышленное применение. Оксиды олова амфотерны, проявляют и кислотные, и основные свойства. Оксид олова(IV) встречается в природе в виде минерала касситерита, а чистый SnO2 получают из чистого металла; диоксид олова SnO2 применяется для приготовления белых глазурей и эмалей. Из SnO2 при взаимодействии со щелочами получают станнаты - соли оловянной кислоты, наиболее важные из которых - станнаты калия и натрия; растворы станнатов находят широкое применение как электролиты для осаждения олова и его сплавов. SnCl4 - тетрахлорид олова, исходное соединение для многих синтезов других соединений олова, включая и оловоорганические.
Применение. В современном мире более трети добываемого олова расходуется на изготовление пищевой жести и емкостей для напитков. Жесть в основном состоит из стали, но имеет покрытие из олова обычно толщиной менее 0,4 мкм.
Сплавы. Одна треть олова идет на изготовление припоев. Припои - это сплавы олова в основном со свинцом в разных пропорциях в зависимости от назначения. Сплав, содержащий 62% Sn и 38% Pb, называется эвтектическим и имеет самую низкую температуру плавления среди сплавов системы Sn - Pb. Он входит в составы, используемые в электронике и электротехнике. Другие свинцово-оловянные сплавы, например 30% Sn + 70% Pb, имеющие широкую область затвердевания, используются для пайки трубопроводов и как присадочный материал. Применяются и оловянные припои без свинца. Сплавы олова с сурьмой и медью используются как антифрикционные сплавы (баббиты, бронзы) в технологии подшипников для различных механизмов. Современные оловянно-свинцовые сплавы содержат 90-97% Sn и небольшие добавки меди и сурьмы для увеличения твердости и прочности. В отличие от ранних и средневековых свинецсодержащих сплавов, современная посуда из cплавов олова безопасна для использования.
Покрытия из олова и его сплавов. Олово легко образует сплавы со многими металлами. Оловянные покрытия имеют хорошее сцепление с основой, обеспечивают хорошую коррозионную защиту и красивый внешний вид. Оловянные и оловянно-свинцовые покрытия можно наносить, погружая специально приготовленный предмет в ванну с расплавом, однако большинство оловянных покрытий и сплавов олова со свинцом, медью, никелем, цинком и кобальтом осаждают электролитически из водных растворов. Наличие большого диапазона составов для покрытий из олова и его сплавов позволяет решать многообразные задачи промышленного и декоративного характера.
Соединения. Олово образует различные химические соединения, многие из которых находят важное промышленное применение. Кроме многочисленных неорганических соединений, атом олова способен к образованию химической связи с углеродом, что позволяет получать металлоорганические соединения, известные как оловоорганические
(см. также МЕТАЛЛООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ).
Водные растворы хлоридов, сульфатов и фтороборатов олова служат электролитами для осаждения олова и его сплавов. Оксид олова применяют в составе глазури для керамики; он придает глазури непрозрачность и служит красящим пигментом. Оксид олова можно также осаждать из растворов в виде тонкой пленки на различных изделиях, что придает прочность стеклянным изделиям (или уменьшает вес сосудов, сохраняя их прочность). Введение станната цинка и других производных олова в пластические и синтетические материалы уменьшает их возгораемость и препятствует образованию токсичного дыма, и эта область применения становится важнейшей для соединений олова. Огромное количество оловоорганических соединений расходуется в качестве стабилизаторов поливинилхлорида - вещества, используемого для изготовления тары, трубопроводов, прозрачного кровельного материала, оконных рам, водостоков и др. Другие оловоорганические соединения используются как сельскохозяйственные химикаты, для изготовления красок и консервации древесины.
ЛИТЕРАТУРА
Спиваковский В.Б. Аналитическая химия олова. М., 1975 Большаков К.А., Федоров П.И. Химия и технология малых металлов. М., 1984

Металл олово

Олово (Sn, Stannum) - химический элемент с атомным номером 50 в периодической системе. Относится к группе легких металлов; ковкий и пластичный материал. Имеет серебристо-белый цвет с блестящей поверхностью. Плотность составляет 7,31 г/см 3 , температура плавления t_пл. = 231,9 °С, температура кипения t_кип. = 2620 °С.

α-Sn (серое олово) - температура ниже 13,2 °С; кубическая кристаллическая решетка типа алмаза;
β-Sn (белое олово) - температура выше 13,2 °С; тетрагональная кристаллическая решетка;
γ-Sn - температура 161-232 °С.

В земной коре содержание Sn по разным данным составляет от 2·10 -4 до 8·10 -3 % по массе. Данный металл занимает 47-е место по распространенности в земной коре. Основным минералом, содержащим олово, является касситерит (оловянный камень), в состав которого входит до 78,8% Sn. Лидерами по запасам рассматриваемого химического элемента являются Китай, Индонезия, Малайзия и Таиланд.

История открытия

Описываемый металл, издревле известный человечеству. Считается, что его использование началось еще в IV тысячелетии до н.э. Наибольшее распространение в древнем мире пришлось на бронзовый век (приблизительно XXXV-XI вв. до н.э.), так как Sn является одним из основных компонентов оловянистой бронзы. Название “олово” закрепилось за рассматриваемым химическим элементом в IV в.

Свойства олова

Физические и механические свойства

Свойство	Значение
Атомный номер	50
Атомная масса, а.е.м	118,7
Радиус атома, пм	162
Плотность, г/см³	7,31
Теплопроводность, Вт/(м·K)	66,8
Температура плавления, °С	231,9
Температура кипения, °С	2620
Теплота плавления, кДж/моль	7,07
Теплота испарения, кДж/моль	296
Молярный объем, см³/моль	16,3
Группа металлов	Легкий металл

Химические свойства

Свойство	Значение
Ковалентный радиус, пм	141
Радиус иона, пм	(+4e) 71 (+2) 93
Электроотрицательность (по Полингу)	1,96
Электродный потенциал	-0,136
Степени окисления	+4, +2
Энергия ионизации, кДж/моль (эВ)	708,2 (7,34)

Марки олова

ОВЧ-000 — олово высокой чистоты, содержание Sn составляет 99,999%; выпускается в виде чушек и прутков.
О1пч, О1 — содержание Sn составляет 99,915% и 99,900% соответственно; выпускается в виде чушек, прутков, проволоки.
О2 — 99,565% Sn; полуфабрикаты: чушка, проволока, пруток.
О3 — в составе 98,49% Sn, самая весомая примесь Pb - 1,0%; поставляется в виде чушек.
О4 — олово с самым высоким содержанием примесей, общее количество которых составляет 3,51%, массовая доля Sn - 96,43%; выпускается в виде чушек.

Достоинства / недостатки

Достоинства

имеет хорошую коррозионную стойкость в среде органических кислот и солей;
не подвержен негативному влиянию серы, содержащейся в пластике;
нетоксичен, что позволяет использование в пищевой промышленности.

Недостатки

имеет низкую температуру плавления;
склонность к “оловянной чуме”.

Области применения олова

Sn имеет несколько основных направлений применения. Благодаря своей нетоксичности и стойкости к коррозии в среде органических солей и кислот данный металл получил распространение в пищевой промышленности. Его наносят в виде покрытий на различные изделия, имеющие контакт с продуктами питания. Оловом также покрывают медные жилы проводов. Оно защищает Cu от негативного воздействия S, содержащейся в резиновой изоляции.

В производстве электронных приборов, где очень часто для соединения элементов применяется пайка, олово используется в качестве припоя.

Sn является составляющей большого количества сплавов с медью, цинком, медью и цинком, медью и сурьмой. Среди наиболее известных можно выделить баббиты, бронзы.

Продукция из олова

Современная промышленность выпускает разнообразную продукцию из олова. Наиболее распространены чушки, проволока, прутки и аноды.

Достаточное широкое применение в промышленности получили оловянные аноды, которые используются при лужении поверхностей различных изделий. Оловянная проволока и прутки часто используются в качестве припоев в электронике при пайке. Оловянные чушки выступают исходным материалом для производства остальных полуфабрикатов, а также используются при выплавке сплавов, содержащих олово.

телефоны:
8 (800) 200-52-75
(495) 366-00-24
(495) 504-95-54
(495) 642-41-95

Обзор сплавов олова

Олово - это металл, для которого характерны устойчивость к образованию коррозии и экологичность (нетоксичность). Благодаря этим качествам его широко используют в пищевой и электронной промышленности. Довольно часто олово выступает составляющим элементом металлосплавов. Оловянные сплавы по сфере применения классифицируются на подшипниковые, легкоплавкие и припои. На основе олова производятся баббиты, бронза, припои и пьютеры. Каждый из них имеет свой специфический химический состав, свойства и сферу применения.

Баббиты

90% олова и 10% меди - баббиты на основе олова с добавлением меди;
89% олова, 7% сурьмы и 4 % меди - оловянный сплав с добавлением сурьмы и меди;
80% свинца, 15% сурьмы и 5% олова. - баббиты на основе свинца с добавлением сурьмы и олова.

Легирующими присадками могут выступать в этих сплавах различные металлы.

Баббиты плавятся при температуре от 300 градусов Цельсия. Как уже было отмечено выше, в основе этих материалов лежит олово. Маркируются они как Б88, Б83, Б83С. Данные сплавы применяются в целях повышения вязкости и, напротив, снижения коэффициента трения. Если сравнить эти показатели у оловянного и свинцового баббита, то первый отличается большой стойкостью к появлению коррозии, теплопроводностью и прочностью к различного рода воздействиям.

Сплавы на основе свинца имеют высокие температуры применения (даже выше, чем у оловянных баббитов). Они используются при изготовлении подшипников для двигателей дизельного типа. Также свинцовые баббиты применяют в производстве прокатных станов.

Рисунок 1. Подшипник скольжения

Для всех баббитов характерен такой значительный минус, как малое сопротивление усталости. Незначительная степень прочности этих лигатур позволяет применять их лишь в производстве подшипников, которые, напротив, отличаются износостойким и надежным корпусом, выполненным из стали или бронзы. Долговечность подшипников напрямую зависит от толщины слоя баббитового сплава, залитого на вкладыш из стали. И, соответственно, чем тоньше баббитовый слой, тем меньше срок эксплуатации подшипника.

Рисунок 2. Оловянные баббиты

Бронзы

Другим распространенным видом оловянных сплавов является бронза – оловянно-медный сплав. В принципе, под бронзой подразумевают также и медные сплавы в сочетании с другими элементами. В составе любого типа бронзы содержатся незначительные пропорции различных добавок (цинка, свинца, фосфора и других элементов).

Известную всем бронзу человечество начало изготавливать еще в эпоху Бронзового века. Ее применяли достаточно долгий период времени. Осталась она востребованной и при Железном веке. Она плавится при 930—1140 °C. А плотность бронзы равна 7800-8700 кг/м 3 .

Если изначально в мире была востребована мышьяковая бронза, то с развитием гужевого транспорта и внешней экономики в ряде стран мира начали применять оловянную бронзу. Особенно актуально было использование данного сплава в стремительно развивающейся сфере крупной промышленности. Правда, в последние десятилетия ее начали вытеснять неоловянные сорта бронзы (алюминиевые, медные и др.). Считается, что они превосходят оловянный сплав по своим свойствам.

Твердость;
Прочность;
Легкоплавкость.

Оловянная бронза обладает данными свойствами в большей степени, нежели чистая медь. Данный сплав устойчив к затачиванию и другим видам обработки. Это говорит о том, что он относится к литейным металлам. Усадка у бронзы сравнительно низкая. Она составляет всего 1% (к примеру, у латуни и чугуна она равна 1,5%, у стали – превышает 2%). Это позволяет применять оловянные бронзы для изготовления отливок.

Их плюсами являются такие качества, как устойчивость к образованию коррозии и отличные антифрикционные свойства. Это объясняет использование данных сплавов в химической промышленности. В частности, их применяют для изготовления литой арматуры. Не менее популярны оловянные бронзы и в других промышленных отраслях.

Цинк; ;
Фосфор;
Свинец;
Мышьяк.

И другие металлы. Содержание цинка в бронзах не превышает 10%. Такое незначительное содержание данного компонента никак не влияет на качества этих сплавов. При этом его использование помогает снизить расходы на изготовление оловянных бронз и повышает их устойчивость к коррозии. Добавление в качестве легирующих компонентов свинца и фосфора положительно сказывается на антифрикционные свойства данных сплавов. К тому же так оловянные бронзы легче поддаются резке и давлению.

Бр ОФ 6,5-0,15;
Бр.ОЦ 4-3;
Бр.ОЦ10-2;
Бр.ОФ 10-1;
Бр.ОНС 11-4-3.

Сегодня эти сплавы широко применяются в транспортной промышленности.

Устойчивость оловянных бронз к ржавчине и механическим повреждениям позволяет использовать их в производстве деталей машин. Производимые элементы относятся к расходным материалам, поскольку необходима их регулярная замена.

Бронза отличается долговечностью. Она устойчива к атмосферным осадкам и механическим воздействиям. Изделия, выполняющие декоративную функцию в театрах и дворцах, также производятся из бронз.

Рисунок 3. Изделия из бронзы для нефтегазового оборудования

Пьютер

Пьютером называется сплав олова с такими элементами периодической системы, как медь, сурьма и висмут. Иногда олово смешивают со свинцом. Сплав маркируется символами JJ. Пьютер плавится уже при 170-230 градусах. Следует отметить внешнюю эстетичность данных сплавов. Их легко полировать. Пьютеры необходимы при изготовлении декоративной посуды. Также сплавы используются в производстве различных украшений. Одним из существенных минусов изделий, изготавливаемых с применением пьютеров, является их низкая устойчивость перед так называемой оловянной чумой. Еще один не менее значимый недостаток данных сплавов – их токсичность. В некоторых странах (к примеру, в Англии) их запретили к использованию. Однако пьютер все же содержится в изделиях, относящихся к антиквариату.

Припои

Припои – это тоже лигатуры/сплавы.Они бывают легкоплавкими и твердыми. К первой группе относятся оловянно-свинцовые сплавы. В них также включают и другие элементы. Однако, как правило, их содержание в припоях бывает незначительно. Легирующие элементы обычно добавляют в данные сплавы для улучшения показателей тех или иных свойств (антикоррозийной защите, прочности и т.д.).

Легкоплавкие припои используются для монтажа и сборки радиоаппаратуры и различной электроники. Хотя они не такие прочные, как твердые сплавы, однако для данных целей они наиболее приемлемы. Их температура плавления составляет 300-450 градусов Цельсия (иногда меньше).

На сегодняшний день более популярной и востребованной считается припой марки ПОС. В маркировочных таблицах можно заметить несколько ПОС с различными номерами, следующими за данной аббревиатурой. Эти цифры являются показателями объема олова в них. К примеру, в припоях марки ПОС-40 количество олова составляет 40% от общего объема. Кстати, те сплавы, в которых содержится много олова, отличаются ярким металлическим блеском. Особенно значительно содержание данного элемента в марках ПОС-61 и ПОС–90. Те же сплавы, в составе которых преобладает свинец (а не олово), имеют матовую поверхность темно-серого цвета. Еще одна их отличительная особенность – хорошая пластичность. Те припои, в которых больше олова, жестки и прочны. Их невозможно легко и быстро погнуть.

ПОС-90 используют при восстановлении пищевой посуды и медицинских приборов и устройств. Низкое содержание известного своей токсичностью свинца (10%) позволяет применять данные сплавы для вышеназванных целей;
ПОС-40 используется в процессе запаивания электроприборов и различных деталей из оцинкованного железа. Он подходит для ремонта радиаторов отопления и труб из латуни и меди;
ПОС-30. Часто используется в производстве кабелей и обработки листового цинка. Его полное плавление происходит при температуре в 220-265 градусов Цельсия;
ПОС-61. Аналогичен с ПОС-60. Практически один и тот же сплав. Применяется для запаивания печатных плат радиоприборов. Довольно часто используется при сборке электронного оборудования. Он начинает плавиться при 183 градусах Цельсия и выше. При 190 градусах припой расплавляется полностью.

Сплавы ПОС-40 и ПОС-90 также, как и ПОС-30, полностью расплавляются при 220-265 градусах Цельсия. Однако такую температуру «выдерживают» далеко не все электро- и радиоприборы. Поэтому оптимальным вариантом ля применения являются припои ПОС-61.

Поскольку припои выпускаются в тюбиках, то их состав можно прочитать на самих упаковках. Там бывает четко обозначено процентное соотношение олова и других элементов в данном сплаве.

Существует еще один сорт оловянных припоев. Речь идет о марке ПОССу. Этот сплав содержит в себе олово, свинец и сурьму. Его используют в производстве автотранспорта и холодильников, а также в целях запаивания обмоток машин электрического типа, электроники и кабелей. Содержание сурьмы в таких припоях варьируется от 0,5 % до 2%. ПОССу плавится при 189 градусах Цельсия.

И, пожалуй, наиболее «оловянным» можно назвать припой марки ПОССу 95-5. Олова и свинца в данном сплаве соответственно 95 к 5 процентам. Он плавится при 234-240 градусах.

Существуют также низкотемпературные припои. Это те сплавы, которые вследствие своей низкой температуры плавления можно без опасений использовать при запайке чувствительных к высоким температурам деталей приборов. Один из таких припоев – ПОСК-50-18. Он расплавляется при 142-145 градусах Цельсия. В данном сплаве олово составляет половину от всего содержимого припоя. В ПОСК–50-18 также бывает добавлен кадмий, который увеличивает его антикоррозийную устойчивость. Однако этот же легирующий компонент повышает токсичность данного сплава.

Таким образом, олово способно сочетаться в сплавах с другими металлами. Полученные металлопродукты отличаются высокой устойчивостью к появлению коррозии и внешней эстетичностью (яркий металлический блеск). В те или иные оловянные сплавы нередко добавляют легирующие компоненты для улучшения их свойств. Благодаря большому разнообразию соединений такого рода олово нашло применение в ряде отраслей промышленности.

ОЛОВО — разноликий металл

Металл олово был открыт раньше железа, а его сплав с медью — самый первый, созданный людьми.

Люди отметили значимость бронзы, назвав эпоху своего развития Бронзовым веком.

Неизвестная история

История открытия олова и сплавов из него покрыта пылью времен. Никто не назовет имени первооткрывателя металла, никто не знает — кто догадался первым сплавить олово с медью. Зато известно, что еще 6000 лет назад люди пользовались изделиями из металла.

Происхождение латинского названия ученые выводят из санскритского sta — прочный.

Русское наименование относят к греческим корням. Alophoys по-гечески белый, что указывает на цвет металла.

Свойства Sn

Stannum (Sn) — латинское наименование этого гибкого, пластичного, легкоплавкого металла. Имеет № 50 в периодической таблице Менделеева.

По химическим свойствам металл подобен своим «соседям» — германию и свинцу.

В реакциях проявляет степени окисления +2, +4.

С водой или воздухом не реагирует. Причина этому — пленка оксида на поверхности металла.

Растворяется в разбавленных кислотах; с неметаллами реагирует при нагреве.

Физические свойства олова:

плотность β-Sn 7,3 г/см3;
плотность жидкого олова 6,98 г/см³;
удельная электропроводность 8,69 МСм/м.

Металл обладает редким свойством: плавится при низкой температуре (232°С), а кипит при высокой (2620°С).

Свойства атома
Название, символ, номер	О́лово / Stannum (Sn), 50
Атомная масса (молярная масса)	118,710(7)[1] а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Kr] 4d10 5s2 5p2
Радиус атома	162 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус	141 пм
Радиус иона	(+4e) 71 (+2) 93 пм
Электроотрицательность	1,96 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	−0,136
Степени окисления	+4, +2
Энергия ионизации (первый электрон)	708,2 (7,34) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)	7,31 г/см³
Температура плавления	231,91 °C[2]
Температура кипения	2893 K, 2620 °C[3]
Уд. теплота плавления	7,19[2]; кДж/моль
Уд. теплота испарения	296[4] кДж/моль
Молярная теплоёмкость	27,11[4] Дж/(K·моль)
Молярный объём	16,3 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	тетрагональная
Параметры решётки	a=5,831; c=3,181 Å
Отношение c/a	0,546
Температура Дебая	170,00 K
Прочие характеристики
Теплопроводность	(300 K) 66,8 Вт/(м·К)
Номер CAS	7440-31-5

Аллотропные свойства олова

Аллотропия — свойство элемента менять свою кристаллическую решетку при изменении температуры. Модификация альфа (серое олово) устойчиво при низких температурах (ниже 13 °С). Имеет кубическую решетку, по типу алмаза. Практического применения не имеет.

Бета-модификация (белое, металлическое олово), из которого делают солдатиков, им же покрывают консервные банки. Кристаллическая структура тетрагональная.

В гамма-модификацию металл переходит при температуре 161-232°С.

Печально: в музее А.В. Суворова случилось несчастье. В запаснике, где хранилась ценная коллекция оловянных солдатиков, зимой лопнули трубы отопления, и коллекция просто рассыпалась в пыль.

Маркировка металла

Промышленность выпускает металл в проволоке, чушках, прутках.

Месторождения оловянных руд

Д.И. Менделеев писал:

«Олово встречается в природе редко, в жилах древних пород, почти исключительно в виде окиси SnO2, называемой оловянным камнем».

Олово относится к редким рассеянным металлам. В природе среди элементов занимает 47-е место по распространенности.

Мировые запасы оловянных руд расположены в:

Китае;
Малайзии;
Индонезии;
Бразилии;
Перу;
Австралии.

Значимые месторождения российских оловянных руд сосредоточены на Дальнем Востоке (в Приморском крае, в Якутии, в Хабаровском крае). Добыча металла большей частью происходит в подземных шахтах.

Основные руды:

Печально: по подсчетам ученых, оловосодержащих минералов на Земле осталось лет на 30. Потом придется добывать его из лома, или искать замену…

Сплавы

По своей классификации оловянные сплавы делятся на припои, подшипниковые и легкоплавкие.

Баббиты. В них добавляют свинец, медь, сурьма. Баббиты могут иметь легирующие присадки. Маркировки баббитов: Б88, Б83, Б83С.
Бронза — сплав меди с оловом. Любая бронза содержит небольшие добавки фосфора, цинка, свинца, никеля и других элементов. Марки бронзы: Бр ОФ 6,5-0,15; Бр.ОЦ 4-3; Бр.ОЦ10-2; Бр.ОФ 10-1; Бр.ОНС 11-4-3.
Пьютер. Сплав с висмутом, сурьмой, медью, изредка со свинцом.
Припои. Бывают твердые и легкоплавкие. В сплав добавляют свинец и другие элементы. Марки припоев: ПОС-30, ПОС-40, ПОС-90.

Плюсы и минусы олова

К достоинствам относим:

Нетоксичность, это позволяет использовать металл в пищевой промышленности, в производстве посуды.
Достойная антикоррозионная устойчивость в агрессивных средах.
Не реагирует с серой; поэтому используют везде, где металл «завернут» в резиновую или пластиковую изоляцию.

Подвержен «оловянной чуме».
Довольно высокая стоимость ограничивает широкое применение металла.
Невысокая температура плавления (всего 232°С).

Производство изделий из олова и его сплавов

Продукция из олова была востребована с давних времен. Дети играют в оловянных солдатиков уже 4000 лет.

Электроника с ее платами сейчас повсюду, и любые контакты соединяются припоем из олова и его сплавов. Оловянное напыление для медных проводов полезно, это защита от воздействия серы (она входит в состав резиновой изоляции).
Оловянные сплавы баббиты обладают прекрасными антифрикционными свойствами. Ни один из механизмов (от велосипеда до могучего КРАЗа) не обходится без подшипников.
Используют металл в типографском сплаве гарте. Полиграфическое производство невозможно без оловянных сплавов.

Воздействие на организм оловянных изделий минимально. Поэтому применение металла в пищевой промышленности вполне оправдано.

Простая консервная банка и гибель полярной экспедиции

Французский повар Франсуа Аппер придумал, как долго хранить пищу. Он предложил герметично закрывать продукты в банки из белой жести (это тонкий лист из железа, покрытый оловянным напылением). Теперь мы не можем представить жизни без баночки вкусных консервов.

Но те же консервные банки (вернее, «оловянная чума») способствовали гибели экспедиции Р. Скотта к Южному полюсу. Из баков, запаянных оловянным припоем, вылилось горючее. Металл перешел в альфа-модификацию и просто раскрошился на морозе.

Стоимость олова

Главная мировая площадка инвесторов в металлы находится в Лондоне. Это LME (Лондонская биржа металлов).

Цена тонны олова на LME составляла 15590,0 US$ за тонну (данные на 28.05.2020).

Мне 42 года и я специалист в области минералогии. Здесь на сайте я делюсь информацией про камни и их свойства — задавайте вопросы и пишите комментарии!

Читайте также: