50
Sn 4 18 18 8 2 ОЛОВО 118,695s25p2
Олово– один из немногих металлов, известных человеку еще с доисторических времен.Олово и медь были открыты раньше железа, а сплав их, бронза, – это,по-видимому, самый первый «искусственный» материал, первый материал,приготовленный человеком.
Результатыархеологических раскопок позволяют считать, что еще за пять тысячелетий донашей эры люди умели выплавлять и само олово. Известно, что древние египтянеолово для производства бронзы возили из Персии.
Подназванием «трапу» этот металл описан в древнеиндийской литературе. Латинскоеназвание олова stannum происходит от санскритского «ста», что означает«твердый».
Упоминаниеоб олове встречается и у Гомера. Почти за десять веков до новой эры финикиянедоставляли оловянную руду с Британских островов, называвшихся тогдаКасситеридами. Отсюда название касситерита – важнейшего из минералов олова;состав его SnO2. Другой важный минерал – станнин, или оловянныйколчедан, Cu2FeSnS4. Остальные 14 минералов элемента №50встречаются намного реже и промышленного значения не имеют. Между прочим, нашипредки располагали более богатыми оловянными рудами, чем мы. Можно быловыплавлять металл непосредственно из руд, находящихся на поверхности Земли иобогащенных в ходе естественных процессов выветривания и вымывания. В нашевремя таких руд уже нет. В современных условиях процесс получения оловамногоступенчатый и трудоемкий. Руды, из которых выплавляют олово теперь, сложныпо составу: кроме элемента №50 (в виде окисла или сульфида) в них обычноприсутствуют кремний, железо, свинец, медь, цинк, мышьяк, алюминий, кальций,вольфрам и другие элементы. Нынешние оловянные руды редко содержат больше 1%Sn, а россыпи – и того меньше: 0,01...0,02% Sn. Это значит, что для получениякилограмма олова необходимо добыть и переработать по меньшей мере центнер руды.
Как получают олово из рудПроизводствоэлемента №50 из руд и россыпей всегда начинается с обогащения. Методыобогащения оловянных руд довольно разнообразны. Применяют, в частности,гравитационный метод, основанный на различии плотности основного исопутствующих минералов. При этом нельзя забывать, что сопутствующие далеко невсегда бывают пустой породой. Часто они содержат ценные металлы, напримервольфрам, титан, лантаноиды. В таких случаях из оловянной руды пытаются извлечьвсе ценные компоненты.
Составполученного оловянного концентрата зависит от сырья, и еще от того, какимспособом этот концентрат получали. Содержание олова в нем колеблется от 40 до70%. Концентрат направляют в печи для обжига (при 600...700°C), где из негоудаляются относительно летучие примеси мышьяка и серы. А большую часть железа,сурьмы, висмута и некоторых других металлов уже после обжига выщелачиваютсоляной кислотой. После того как это сделано, остается отделить олово откислорода и кремния. Поэтому последняя стадия производства чернового олова –плавка с углем и флюсами в отражательных или электрических печах. С физико-химическойточки зрения этот процесс аналогичен доменному: углерод «отнимает» у оловакислород, а флюсы превращают двуокись кремния в легкий по сравнению с металломшлак.
Вчерновом олове примесей еще довольно много: 5...8%. Чтобы получить металлсортовых марок (96,5...99,9% Sn), используют огневое или реже электролитическоерафинирование. А нужное полупроводниковой промышленности олово чистотой почтишесть девяток – 99,99985% Sn – получают преимущественно методом зонной плавки.
Еще один источникДлятого чтобы получить килограмм олова, не обязательно перерабатывать центнерруды. Можно поступить иначе: «ободрать» 2000 старых консервных банок.
Всеголишь полграмма олова приходится на каждую банку. Но помноженные на масштабыпроизводства эти полуграммы превращаются в десятки тонн… Доля «вторичного»олова в промышленности капиталистических стран составляет примерно треть общегопроизводства. В нашей стране работают около ста промышленных установок порегенерации олова.
Какже снимают олово с белой жести? Механическими способами сделать это почтиневозможно, поэтому используют различие в химических свойствах железа и олова.Чаще всего жесть обрабатывают газообразным хлором. Железо в отсутствие влаги сним не реагирует. Олово же соединяется с хлором очень легко. Образуетсядымящаяся жидкость – хлорное олово SnCl4, которое применяют вхимической и текстильной промышленности или отправляют в электролизер, чтобыполучить там из него металлическое олово. И опять начнется «круговерть»: этимоловом покроют стальные листы, получат белую жесть. Из нее сделают банки, банкизаполнят едой и запечатают. Потом их вскроют, консервы съедят, банки выбросят.А потом они (не все, к сожалению) вновь попадут на заводы «вторичного» олова.
Другиеэлементы совершают круговорот в природе с участием растений, микроорганизмов ит.д. Круговорот олова – дело рук человеческих.
Олово в сплавахНаконсервные банки идет примерно половина мирового производства олова. Другаяполовина – в металлургию, для получения различных сплавов. Мы не будем подробнорассказывать о самом известном из сплавов олова – бронзе, адресуя читателей кстатье о меди – другом важнейшем компоненте бронз. Это тем более оправдано, чтоесть безоловянные бронзы, но нет «безмедных». Одна из главных причин созданиябезоловянпьтх бронз – дефицитность элемента №50. Тем не менее бронза,содержащая олово, по-прежнему остается важным материалом и для машиностроения,и для искусства.
Техникануждается и в других оловянных сплавах. Их, правда, почти не применяют вкачестве конструкционных, материалов: они недостаточно прочны и слишком дороги.Зато у них есть другие свойства, позволяющие решать важные технические задачипри сравнительно небольших затратах материала.
Чащевсего оловянные сплавы применяют в качестве антифрикционных материалов илиприпоев. Первые позволяют сохранять машины и механизмы, уменьшая потери натрение; вторые соединяют металлические детали.
Извсех антифрикционных сплавов наилучшими свойствами обладают оловянные баббиты,в составе которых до 90% олова. Мягкие и легкоплавкие свинцовооловянные припоихорошо смачивают поверхность большинства металлов, обладают высокойпластичностью и сопротивлением усталости. Однако область их примененияограничивается из-за недостаточной механической прочности самих припоев.
Олововходит также в состав типографского сплава гарта. Наконец, сплавы на основеолова очень нужны электротехнике. Важнейший материал для электроконденсаторов –станиоль; это почти чистое олово, превращенное в тонкие листы (доля другихметаллов в станиоле не превышает 5%).
Междупрочим, многие сплавы олова – истинные химические соединения элемента№50 с другими металлами. Сплавляясь, олово взаимодействует с кальцием,магнием, цирконием, титаном, многими редкоземельными элементами. Образующиесяпри этом соединения отличаются довольно большой тугоплавкостью. Так, станнидциркония Zr3Sn2 плавится лишь при 1985°C. И «виновата»здесь не только тугоплавкость циркония, но и характер сплава, химическая связьмежду образующими его веществами. Или другой пример. Магний к числу тугоплавкихметаллов не отнесешь, 651°C – далеко не рекордная температура плавления. Оловоплавится при еще более низкой температуре – 232°C. А их сплав – соединение Mg2Sn– имеет температуру плавления 778°C.
Тотфакт, что элемент №50 образует довольно многочисленные сплавы такого рода,заставляет критически отнестись к утверждению, что лишь 7% производимого в миреолова расходуется в виде химических соединений («Краткая химическаяэнциклопедия», т. 3, с. 739). Видимо, речь здесь идет только о соединенияхс неметаллами.
Соединения с неметалламиИзэтих веществ наибольшее значение имеют хлориды. В тетрахлориде олова SnCl4растворяются иод, фосфор, сера, многие органические вещества. Поэтому ииспользуют его главным образом как весьма специфический растворитель. Дихлоридолова SnCl2 применяют как протраву при крашении и как восстановительпри синтезе органических красителей. Те же функции в текстильном производствееще у одного соединения элемента №50 – станната натрия Na2SnO3.Кроме того, с его помощью утяжеляют шелк.
Промышленностьограниченно использует и окислы олова. SnO применяют для получения рубиновогостекла, a SnO2 – белой глазури. Золотисто-желтые кристаллыдисульфида олова SnS2 нередко называют сусальным золотом, которым«золотят» дерево, гипс. Это, если можно так выразиться, самое «антисовременное»применение соединений олова. А самое современное?
Еслииметь в виду только соединения олова, то это применение станната бария BaSnO3в радиотехнике в качестве превосходного диэлектрика. А один из изотопов олова, 119Sn,сыграл заметную роль при изучении эффекта Мессбауэра – явления, благодарякоторому был создан новый метод исследования – гамма-резонансная спектроскопия.И это не единственный случай, когда древний металл сослужил службу современнойнауке.
Напримере серого олова – одной из модификаций элемента №50 – была выявлена связьмежду свойствами и химической природой полупроводникового материала. И это,видимо, единственное, за что серое олово можно помянуть добрым словом: вредаоно принесло больше, тем пользы. Мы еще вернемся к этой разновидности элемента№50 после рассказа о еще одной большой и важной группе соединений олова.
Об оловоорганикеЭлементоорганическихсоединений, в состав которых входит олово, известно великое множество. Первоеиз них получено еще в 1852 г.
Сначалавещества этого класса получали лишь одним способом – в обменной реакции междунеорганическими соединениями олова и реактивами Гриньяра. Вот пример такойреакции:
SnCl4+ 4RMgX → SnR4 + 4MgXCl
(Rздесь – углеводородный радикал, X – галоген).
Соединениясостава SnR4 широкого практического применения не нашли. Но именноиз них получены другие оловоорганические вещества, польза которых несомненна.
Впервыеинтерес к оловоорганике возник в годы первой мировой войны. Почти все органическиесоединения олова, полученные к тому времени, были токсичны. В качествеотравляющих веществ эти соединения не были использованы, их токсичностью длянасекомых, плесневых грибков, вредных микробов воспользовались позже. На основеацетата трифенилолова (C6H5)3SnOOCCh4был создан эффективный препарат для борьбы с грибковыми заболеваниями картофеляи сахарной свеклы. У этого препарата оказалось еще одно полезное свойство: онстимулировал рост и развитие растений.
Дляборьбы с грибками, развивающимися в аппаратах целлюлозно-бумажнойпромышленности, применяют другое вещество – гидроокись трибутилолова (С4Н9)3SnOH.Это намного повышает производительность аппаратуры.
Много«профессий» у дилаурината дибутилолова (C4H9)2Sn(OCOC11h33)2.Его используют в ветеринарной практике как средство против гельминтов(глистов). Это же вещество широко применяют в химической промышленности какстабилизатор поливинилхлорида и других полимерных материалов и как катализатор.Скорость реакции образования уретанов (мономеры полиуретановых каучуков) вприсутствии такого катализатора возрастает в 37 тыс. раз. На основе оловоорганическихсоединений созданы эффективные инсектициды; оловоорганические стекла надежнозащищают от рентгеновского облучения, полимерными свинец- и оловоорганическимикрасками покрывают подводные части кораблей, чтобы на них не нарасталимоллюски.
Всеэто соединения четырехвалентного олова. Ограниченные рамки статьи не позволяютрассказать о многих других полезных веществах этого класса. Органические соединения двухвалентногоолова, напротив, немногочисленны и практического применения пока почти ненаходят.
О сером оловеМорознойзимой 1916 г. партия олова была отправлена по железной дороге с ДальнегоВостока в европейскую часть России. Но на место прибыли не серебристо-белыеслитки, а преимущественно мелкий серый порошок.
Зачетыре года до этого произошла катастрофа с экспедицией полярного исследователяРоберта Скотта. Экспедиция, направлявшаяся к Южному полюсу, осталась безтоплива: оно вытекло из железных сосудов сквозь швы, пропаянные оловом.
Примернов те же годы к известному русскому химику В.В. Марковникову обратились изинтендантства с просьбой объяснить, что происходит с лужеными чайниками,которыми снабжали русскую армию. Чайник, который принесли в лабораторию вкачестве наглядного примера, был покрыт серыми пятнами и наростами, которыеосыпались даже при легком постукивании рукой. Анализ показал, что и пыль, инаросты состояли только из олова, без каких бы то ни было примесей.
Чтоже происходило с металлом во всех этих случаях?
Как имногие другие элементы, олово имеет несколько аллотропических модификаций,несколько состояний. (Слово «аллотропия» переводится с греческого как «другоесвойство», «другой поворот».) При нормальной плюсовой температуре олововыглядит так, что никто не может усомниться в принадлежности его к классуметаллов.
Белыйметалл, пластичный, ковкий. Кристаллы белого олова (его называют ещебета-оловом) тетрагональные. Длина ребер элементарной кристаллической решетки –5,82 и 3,18 Ǻ. Но при температуре ниже 13,2°C «нормальное» состояниеолова иное. Едва достигнут этот температурный порог, в кристаллическойструктуре оловянного слитка начинается перестройка. Белое олово превращается впорошкообразное серое, или альфа-олово, и чем ниже температура, тем большескорость этого превращения. Максимума она достигает при минус 39°C.
Кристаллысерого олова кубической конфигурации; размеры их элементарных ячеек больше –длина ребра 6,49 Ǻ. Поэтому плотность серого олова заметно меньше,чем белого: 5,76 и 7,3 г/см3 соответственно.
Результатпревращения белого олова в серое иногда называют «оловянной чумой». Пятна инаросты на армейских чайниках, вагоны с оловянной пылью, швы, ставшиепроницаемыми для жидкости, – следствия этой «болезни». Почему сейчас не случаются подобныеистории? Только по одной причине: оловянную чуму научились «лечить». Выясненаее физико-химическая природа, установлено, как влияют на восприимчивостьметалла к «чуме» те или иные добавки. Оказалось, что алюминий и цинк способствуютэтому процессу, а висмут, свинец и сурьма, напротив, противодействуют ему.
Кромебелого и серого олова, обнаружена еще одна аллотропическая модификация элемента№50 – гамма-олово, устойчивое при температуре выше 161°C. Отличительная чертатакого олова – хрупкость. Как и все металлы, с ростом температуры оловостановится пластичнее, но только при температуре ниже 161°C. Затем онополностью утрачивает пластичность, превращаясь в гамма-олово, и становитсянастолько хрупким, что его можно истолочь в порошок.
Еще раз о дефицитеЧастостатьи об элементах заканчиваются рассуждениями автора о будущем своего«героя». Как правило, рисуется оно в розовом свете. Автор статьи об олове лишенэтой возможности: будущее олова – металла, несомненно, полезнейшего – неясно. Неяснотолько по одной причине.
Нескольколет назад американское Горное бюро опубликовало расчеты, из которых следовало,что разведанных запасов элемента №50 хватит миру самое большее на 35 лет.
Правда,уже после этого было найдено несколько новых месторождений, в том числекрупнейшее в Европе, расположенное на территории Польской Народной Республики.И тем не менее дефицит олова продолжает тревожить специалистов.
Поэтому,заканчивая рассказ об элементе №50, мы хотим еще раз напомнить о необходимостиэкономить и беречь олово.
Нехваткаэтого металла волновала даже классиков литературы. Помните у Андерсена?«Двадцать четыре солдатика были совершенно одинаковые, а двадцать пятыйсолдатик был одноногий.
Егоотливали последним, и олова немного не хватило». Теперь олова не хватает ненемного. Недаром даже двуногие оловянные солдатики стали редкостью – чащевстречаются пластмассовые. Но при всем уважении к полимерам заменить олово онимогут далеко не всегда.
ИзотопыОлово– один из самых «многоизотопных» элементов: природное олово состоит из десятиизотопов с массовыми числами 112, 114...120, 122 и 124. Самый распространенныйиз них 120Sn, на его долю приходится около 33% всего земного олова.Почти в 100 раз меньше олова-115 – самого редкого изотопа элемента №50. Еще 15изотопов олова с массовыми числами 108...111, 113, 121, 123, 125...132 полученыискусственно. Время жизни этих изотопов далеко не одинаково. Так, олово-123имеет период полураспада 136 дней, а олово-132 всего 2,2 минуты.
Почемубронзу назвали бронзой?Слово«бронза» почти одинаково звучит на многих европейских языках. Его происхождениесвязывают с названием небольшого итальянского порта на берегу Адриатическогоморя – Бриндизи. Именно через этот порт доставляли бронзу в Европу в старину, ив древнем Риме этот сплав называли «эс бриндиси» – медь из Бриндизи.
Вчесть изобретателя
Латинскоеслово frictio означает «трение». Отсюда название антифрикционных материалов, тоесть материалов «против трения». Они мало истираются, отличаются мягкостью итягучестью. Главное их применение – изготовление подшипниковых вкладышей.Первый антифрикционный сплав на основе олова и свинца предложил в 1839 г.инженер Баббит. Отсюда название большой и очень важной группы антифрикционныхсплавов – баббитов.
Жестьдля консервированияСпособдлительного сохранения пищевых продуктов консервированием в банках из белойжести, покрытой оловом, первым предложил французский повар Ф. Аппер в1809 г.
Содна океанаВ1976 г. начало работать необычное предприятие, которое сокращенно называютРЭП. Расшифровывается это так: разведочно-эксплуатационное предприятие. Оноразмещается в основном на кораблях. За Полярным кругом, в море Лаптевых, врайоне Ванькиной губы РЭП добывает с морского дна оловоносный песок. Здесь же,на борту одного из судов, работает обогатительная фабрика.
www.ronl.ru
50
Sn 4 18 18 8 2 ОЛОВО 118,695s25p2
Олово– один из немногих металлов, известных человеку еще с доисторических времен.Олово и медь были открыты раньше железа, а сплав их, бронза, – это,по-видимому, самый первый «искусственный» материал, первый материал,приготовленный человеком.
Результатыархеологических раскопок позволяют считать, что еще за пять тысячелетий донашей эры люди умели выплавлять и само олово. Известно, что древние египтянеолово для производства бронзы возили из Персии.
Подназванием «трапу» этот металл описан в древнеиндийской литературе. Латинскоеназвание олова stannum происходит от санскритского «ста», что означает«твердый».
Упоминаниеоб олове встречается и у Гомера. Почти за десять веков до новой эры финикиянедоставляли оловянную руду с Британских островов, называвшихся тогдаКасситеридами. Отсюда название касситерита – важнейшего из минералов олова;состав его SnO2. Другой важный минерал – станнин, или оловянныйколчедан, Cu2FeSnS4. Остальные 14 минералов элемента №50встречаются намного реже и промышленного значения не имеют. Между прочим, нашипредки располагали более богатыми оловянными рудами, чем мы. Можно быловыплавлять металл непосредственно из руд, находящихся на поверхности Земли иобогащенных в ходе естественных процессов выветривания и вымывания. В нашевремя таких руд уже нет. В современных условиях процесс получения оловамногоступенчатый и трудоемкий. Руды, из которых выплавляют олово теперь, сложныпо составу: кроме элемента №50 (в виде окисла или сульфида) в них обычноприсутствуют кремний, железо, свинец, медь, цинк, мышьяк, алюминий, кальций,вольфрам и другие элементы. Нынешние оловянные руды редко содержат больше 1%Sn, а россыпи – и того меньше: 0,01...0,02% Sn. Это значит, что для получениякилограмма олова необходимо добыть и переработать по меньшей мере центнер руды.
Как получают олово из рудПроизводствоэлемента №50 из руд и россыпей всегда начинается с обогащения. Методыобогащения оловянных руд довольно разнообразны. Применяют, в частности,гравитационный метод, основанный на различии плотности основного исопутствующих минералов. При этом нельзя забывать, что сопутствующие далеко невсегда бывают пустой породой. Часто они содержат ценные металлы, напримервольфрам, титан, лантаноиды. В таких случаях из оловянной руды пытаются извлечьвсе ценные компоненты.
Составполученного оловянного концентрата зависит от сырья, и еще от того, какимспособом этот концентрат получали. Содержание олова в нем колеблется от 40 до70%. Концентрат направляют в печи для обжига (при 600...700°C), где из негоудаляются относительно летучие примеси мышьяка и серы. А большую часть железа,сурьмы, висмута и некоторых других металлов уже после обжига выщелачиваютсоляной кислотой. После того как это сделано, остается отделить олово откислорода и кремния. Поэтому последняя стадия производства чернового олова –плавка с углем и флюсами в отражательных или электрических печах. С физико-химическойточки зрения этот процесс аналогичен доменному: углерод «отнимает» у оловакислород, а флюсы превращают двуокись кремния в легкий по сравнению с металломшлак.
Вчерновом олове примесей еще довольно много: 5...8%. Чтобы получить металлсортовых марок (96,5...99,9% Sn), используют огневое или реже электролитическоерафинирование. А нужное полупроводниковой промышленности олово чистотой почтишесть девяток – 99,99985% Sn – получают преимущественно методом зонной плавки.
Еще один источникДлятого чтобы получить килограмм олова, не обязательно перерабатывать центнерруды. Можно поступить иначе: «ободрать» 2000 старых консервных банок.
Всеголишь полграмма олова приходится на каждую банку. Но помноженные на масштабыпроизводства эти полуграммы превращаются в десятки тонн… Доля «вторичного»олова в промышленности капиталистических стран составляет примерно треть общегопроизводства. В нашей стране работают около ста промышленных установок порегенерации олова.
Какже снимают олово с белой жести? Механическими способами сделать это почтиневозможно, поэтому используют различие в химических свойствах железа и олова.Чаще всего жесть обрабатывают газообразным хлором. Железо в отсутствие влаги сним не реагирует. Олово же соединяется с хлором очень легко. Образуетсядымящаяся жидкость – хлорное олово SnCl4, которое применяют вхимической и текстильной промышленности или отправляют в электролизер, чтобыполучить там из него металлическое олово. И опять начнется «круговерть»: этимоловом покроют стальные листы, получат белую жесть. Из нее сделают банки, банкизаполнят едой и запечатают. Потом их вскроют, консервы съедят, банки выбросят.А потом они (не все, к сожалению) вновь попадут на заводы «вторичного» олова.
Другиеэлементы совершают круговорот в природе с участием растений, микроорганизмов ит.д. Круговорот олова – дело рук человеческих.
Олово в сплавахНаконсервные банки идет примерно половина мирового производства олова. Другаяполовина – в металлургию, для получения различных сплавов. Мы не будем подробнорассказывать о самом известном из сплавов олова – бронзе, адресуя читателей кстатье о меди – другом важнейшем компоненте бронз. Это тем более оправдано, чтоесть безоловянные бронзы, но нет «безмедных». Одна из главных причин созданиябезоловянпьтх бронз – дефицитность элемента №50. Тем не менее бронза,содержащая олово, по-прежнему остается важным материалом и для машиностроения,и для искусства.
Техникануждается и в других оловянных сплавах. Их, правда, почти не применяют вкачестве конструкционных, материалов: они недостаточно прочны и слишком дороги.Зато у них есть другие свойства, позволяющие решать важные технические задачипри сравнительно небольших затратах материала.
Чащевсего оловянные сплавы применяют в качестве антифрикционных материалов илиприпоев. Первые позволяют сохранять машины и механизмы, уменьшая потери натрение; вторые соединяют металлические детали.
Извсех антифрикционных сплавов наилучшими свойствами обладают оловянные баббиты,в составе которых до 90% олова. Мягкие и легкоплавкие свинцовооловянные припоихорошо смачивают поверхность большинства металлов, обладают высокойпластичностью и сопротивлением усталости. Однако область их примененияограничивается из-за недостаточной механической прочности самих припоев.
Олововходит также в состав типографского сплава гарта. Наконец, сплавы на основеолова очень нужны электротехнике. Важнейший материал для электроконденсаторов –станиоль; это почти чистое олово, превращенное в тонкие листы (доля другихметаллов в станиоле не превышает 5%).
Междупрочим, многие сплавы олова – истинные химические соединения элемента№50 с другими металлами. Сплавляясь, олово взаимодействует с кальцием,магнием, цирконием, титаном, многими редкоземельными элементами. Образующиесяпри этом соединения отличаются довольно большой тугоплавкостью. Так, станнидциркония Zr3Sn2 плавится лишь при 1985°C. И «виновата»здесь не только тугоплавкость циркония, но и характер сплава, химическая связьмежду образующими его веществами. Или другой пример. Магний к числу тугоплавкихметаллов не отнесешь, 651°C – далеко не рекордная температура плавления. Оловоплавится при еще более низкой температуре – 232°C. А их сплав – соединение Mg2Sn– имеет температуру плавления 778°C.
Тотфакт, что элемент №50 образует довольно многочисленные сплавы такого рода,заставляет критически отнестись к утверждению, что лишь 7% производимого в миреолова расходуется в виде химических соединений («Краткая химическаяэнциклопедия», т. 3, с. 739). Видимо, речь здесь идет только о соединенияхс неметаллами.
Соединения с неметалламиИзэтих веществ наибольшее значение имеют хлориды. В тетрахлориде олова SnCl4растворяются иод, фосфор, сера, многие органические вещества. Поэтому ииспользуют его главным образом как весьма специфический растворитель. Дихлоридолова SnCl2 применяют как протраву при крашении и как восстановительпри синтезе органических красителей. Те же функции в текстильном производствееще у одного соединения элемента №50 – станната натрия Na2SnO3.Кроме того, с его помощью утяжеляют шелк.
Промышленностьограниченно использует и окислы олова. SnO применяют для получения рубиновогостекла, a SnO2 – белой глазури. Золотисто-желтые кристаллыдисульфида олова SnS2 нередко называют сусальным золотом, которым«золотят» дерево, гипс. Это, если можно так выразиться, самое «антисовременное»применение соединений олова. А самое современное?
Еслииметь в виду только соединения олова, то это применение станната бария BaSnO3в радиотехнике в качестве превосходного диэлектрика. А один из изотопов олова, 119Sn,сыграл заметную роль при изучении эффекта Мессбауэра – явления, благодарякоторому был создан новый метод исследования – гамма-резонансная спектроскопия.И это не единственный случай, когда древний металл сослужил службу современнойнауке.
Напримере серого олова – одной из модификаций элемента №50 – была выявлена связьмежду свойствами и химической природой полупроводникового материала. И это,видимо, единственное, за что серое олово можно помянуть добрым словом: вредаоно принесло больше, тем пользы. Мы еще вернемся к этой разновидности элемента№50 после рассказа о еще одной большой и важной группе соединений олова.
Об оловоорганикеЭлементоорганическихсоединений, в состав которых входит олово, известно великое множество. Первоеиз них получено еще в 1852 г.
Сначалавещества этого класса получали лишь одним способом – в обменной реакции междунеорганическими соединениями олова и реактивами Гриньяра. Вот пример такойреакции:
SnCl4+ 4RMgX → SnR4 + 4MgXCl
(Rздесь – углеводородный радикал, X – галоген).
Соединениясостава SnR4 широкого практического применения не нашли. Но именноиз них получены другие оловоорганические вещества, польза которых несомненна.
Впервыеинтерес к оловоорганике возник в годы первой мировой войны. Почти все органическиесоединения олова, полученные к тому времени, были токсичны. В качествеотравляющих веществ эти соединения не были использованы, их токсичностью длянасекомых, плесневых грибков, вредных микробов воспользовались позже. На основеацетата трифенилолова (C6H5)3SnOOCCh4был создан эффективный препарат для борьбы с грибковыми заболеваниями картофеляи сахарной свеклы. У этого препарата оказалось еще одно полезное свойство: онстимулировал рост и развитие растений.
Дляборьбы с грибками, развивающимися в аппаратах целлюлозно-бумажнойпромышленности, применяют другое вещество – гидроокись трибутилолова (С4Н9)3SnOH.Это намного повышает производительность аппаратуры.
Много«профессий» у дилаурината дибутилолова (C4H9)2Sn(OCOC11h33)2.Его используют в ветеринарной практике как средство против гельминтов(глистов). Это же вещество широко применяют в химической промышленности какстабилизатор поливинилхлорида и других полимерных материалов и как катализатор.Скорость реакции образования уретанов (мономеры полиуретановых каучуков) вприсутствии такого катализатора возрастает в 37 тыс. раз. На основе оловоорганическихсоединений созданы эффективные инсектициды; оловоорганические стекла надежнозащищают от рентгеновского облучения, полимерными свинец- и оловоорганическимикрасками покрывают подводные части кораблей, чтобы на них не нарасталимоллюски.
Всеэто соединения четырехвалентного олова. Ограниченные рамки статьи не позволяютрассказать о многих других полезных веществах этого класса. Органические соединения двухвалентногоолова, напротив, немногочисленны и практического применения пока почти ненаходят.
О сером оловеМорознойзимой 1916 г. партия олова была отправлена по железной дороге с ДальнегоВостока в европейскую часть России. Но на место прибыли не серебристо-белыеслитки, а преимущественно мелкий серый порошок.
Зачетыре года до этого произошла катастрофа с экспедицией полярного исследователяРоберта Скотта. Экспедиция, направлявшаяся к Южному полюсу, осталась безтоплива: оно вытекло из железных сосудов сквозь швы, пропаянные оловом.
Примернов те же годы к известному русскому химику В.В. Марковникову обратились изинтендантства с просьбой объяснить, что происходит с лужеными чайниками,которыми снабжали русскую армию. Чайник, который принесли в лабораторию вкачестве наглядного примера, был покрыт серыми пятнами и наростами, которыеосыпались даже при легком постукивании рукой. Анализ показал, что и пыль, инаросты состояли только из олова, без каких бы то ни было примесей.
Чтоже происходило с металлом во всех этих случаях?
Как имногие другие элементы, олово имеет несколько аллотропических модификаций,несколько состояний. (Слово «аллотропия» переводится с греческого как «другоесвойство», «другой поворот».) При нормальной плюсовой температуре олововыглядит так, что никто не может усомниться в принадлежности его к классуметаллов.
Белыйметалл, пластичный, ковкий. Кристаллы белого олова (его называют ещебета-оловом) тетрагональные. Длина ребер элементарной кристаллической решетки –5,82 и 3,18 Ǻ. Но при температуре ниже 13,2°C «нормальное» состояниеолова иное. Едва достигнут этот температурный порог, в кристаллическойструктуре оловянного слитка начинается перестройка. Белое олово превращается впорошкообразное серое, или альфа-олово, и чем ниже температура, тем большескорость этого превращения. Максимума она достигает при минус 39°C.
Кристаллысерого олова кубической конфигурации; размеры их элементарных ячеек больше –длина ребра 6,49 Ǻ. Поэтому плотность серого олова заметно меньше,чем белого: 5,76 и 7,3 г/см3 соответственно.
Результатпревращения белого олова в серое иногда называют «оловянной чумой». Пятна инаросты на армейских чайниках, вагоны с оловянной пылью, швы, ставшиепроницаемыми для жидкости, – следствия этой «болезни». Почему сейчас не случаются подобныеистории? Только по одной причине: оловянную чуму научились «лечить». Выясненаее физико-химическая природа, установлено, как влияют на восприимчивостьметалла к «чуме» те или иные добавки. Оказалось, что алюминий и цинк способствуютэтому процессу, а висмут, свинец и сурьма, напротив, противодействуют ему.
Кромебелого и серого олова, обнаружена еще одна аллотропическая модификация элемента№50 – гамма-олово, устойчивое при температуре выше 161°C. Отличительная чертатакого олова – хрупкость. Как и все металлы, с ростом температуры оловостановится пластичнее, но только при температуре ниже 161°C. Затем онополностью утрачивает пластичность, превращаясь в гамма-олово, и становитсянастолько хрупким, что его можно истолочь в порошок.
Еще раз о дефицитеЧастостатьи об элементах заканчиваются рассуждениями автора о будущем своего«героя». Как правило, рисуется оно в розовом свете. Автор статьи об олове лишенэтой возможности: будущее олова – металла, несомненно, полезнейшего – неясно. Неяснотолько по одной причине.
Нескольколет назад американское Горное бюро опубликовало расчеты, из которых следовало,что разведанных запасов элемента №50 хватит миру самое большее на 35 лет.
Правда,уже после этого было найдено несколько новых месторождений, в том числекрупнейшее в Европе, расположенное на территории Польской Народной Республики.И тем не менее дефицит олова продолжает тревожить специалистов.
Поэтому,заканчивая рассказ об элементе №50, мы хотим еще раз напомнить о необходимостиэкономить и беречь олово.
Нехваткаэтого металла волновала даже классиков литературы. Помните у Андерсена?«Двадцать четыре солдатика были совершенно одинаковые, а двадцать пятыйсолдатик был одноногий.
Егоотливали последним, и олова немного не хватило». Теперь олова не хватает ненемного. Недаром даже двуногие оловянные солдатики стали редкостью – чащевстречаются пластмассовые. Но при всем уважении к полимерам заменить олово онимогут далеко не всегда.
ИзотопыОлово– один из самых «многоизотопных» элементов: природное олово состоит из десятиизотопов с массовыми числами 112, 114...120, 122 и 124. Самый распространенныйиз них 120Sn, на его долю приходится около 33% всего земного олова.Почти в 100 раз меньше олова-115 – самого редкого изотопа элемента №50. Еще 15изотопов олова с массовыми числами 108...111, 113, 121, 123, 125...132 полученыискусственно. Время жизни этих изотопов далеко не одинаково. Так, олово-123имеет период полураспада 136 дней, а олово-132 всего 2,2 минуты.
Почемубронзу назвали бронзой?Слово«бронза» почти одинаково звучит на многих европейских языках. Его происхождениесвязывают с названием небольшого итальянского порта на берегу Адриатическогоморя – Бриндизи. Именно через этот порт доставляли бронзу в Европу в старину, ив древнем Риме этот сплав называли «эс бриндиси» – медь из Бриндизи.
Вчесть изобретателя
Латинскоеслово frictio означает «трение». Отсюда название антифрикционных материалов, тоесть материалов «против трения». Они мало истираются, отличаются мягкостью итягучестью. Главное их применение – изготовление подшипниковых вкладышей.Первый антифрикционный сплав на основе олова и свинца предложил в 1839 г.инженер Баббит. Отсюда название большой и очень важной группы антифрикционныхсплавов – баббитов.
Жестьдля консервированияСпособдлительного сохранения пищевых продуктов консервированием в банках из белойжести, покрытой оловом, первым предложил французский повар Ф. Аппер в1809 г.
Содна океанаВ1976 г. начало работать необычное предприятие, которое сокращенно называютРЭП. Расшифровывается это так: разведочно-эксплуатационное предприятие. Оноразмещается в основном на кораблях. За Полярным кругом, в море Лаптевых, врайоне Ванькиной губы РЭП добывает с морского дна оловоносный песок. Здесь же,на борту одного из судов, работает обогатительная фабрика.
www.ronl.ru
50
Sn 4 18 18 8 2 ОЛОВО 118,695s25p2
Олово– один из немногих металлов, известных человеку еще с доисторических времен.Олово и медь были открыты раньше железа, а сплав их, бронза, – это,по-видимому, самый первый «искусственный» материал, первый материал,приготовленный человеком.
Результатыархеологических раскопок позволяют считать, что еще за пять тысячелетий донашей эры люди умели выплавлять и само олово. Известно, что древние египтянеолово для производства бронзы возили из Персии.
Подназванием «трапу» этот металл описан в древнеиндийской литературе. Латинскоеназвание олова stannum происходит от санскритского «ста», что означает«твердый».
Упоминаниеоб олове встречается и у Гомера. Почти за десять веков до новой эры финикиянедоставляли оловянную руду с Британских островов, называвшихся тогдаКасситеридами. Отсюда название касситерита – важнейшего из минералов олова;состав его SnO2. Другой важный минерал – станнин, или оловянныйколчедан, Cu2FeSnS4. Остальные 14 минералов элемента №50встречаются намного реже и промышленного значения не имеют. Между прочим, нашипредки располагали более богатыми оловянными рудами, чем мы. Можно быловыплавлять металл непосредственно из руд, находящихся на поверхности Земли иобогащенных в ходе естественных процессов выветривания и вымывания. В нашевремя таких руд уже нет. В современных условиях процесс получения оловамногоступенчатый и трудоемкий. Руды, из которых выплавляют олово теперь, сложныпо составу: кроме элемента №50 (в виде окисла или сульфида) в них обычноприсутствуют кремний, железо, свинец, медь, цинк, мышьяк, алюминий, кальций,вольфрам и другие элементы. Нынешние оловянные руды редко содержат больше 1%Sn, а россыпи – и того меньше: 0,01...0,02% Sn. Это значит, что для получениякилограмма олова необходимо добыть и переработать по меньшей мере центнер руды.
Как получают олово из рудПроизводствоэлемента №50 из руд и россыпей всегда начинается с обогащения. Методыобогащения оловянных руд довольно разнообразны. Применяют, в частности,гравитационный метод, основанный на различии плотности основного исопутствующих минералов. При этом нельзя забывать, что сопутствующие далеко невсегда бывают пустой породой. Часто они содержат ценные металлы, напримервольфрам, титан, лантаноиды. В таких случаях из оловянной руды пытаются извлечьвсе ценные компоненты.
Составполученного оловянного концентрата зависит от сырья, и еще от того, какимспособом этот концентрат получали. Содержание олова в нем колеблется от 40 до70%. Концентрат направляют в печи для обжига (при 600...700°C), где из негоудаляются относительно летучие примеси мышьяка и серы. А большую часть железа,сурьмы, висмута и некоторых других металлов уже после обжига выщелачиваютсоляной кислотой. После того как это сделано, остается отделить олово откислорода и кремния. Поэтому последняя стадия производства чернового олова –плавка с углем и флюсами в отражательных или электрических печах. С физико-химическойточки зрения этот процесс аналогичен доменному: углерод «отнимает» у оловакислород, а флюсы превращают двуокись кремния в легкий по сравнению с металломшлак.
Вчерновом олове примесей еще довольно много: 5...8%. Чтобы получить металлсортовых марок (96,5...99,9% Sn), используют огневое или реже электролитическоерафинирование. А нужное полупроводниковой промышленности олово чистотой почтишесть девяток – 99,99985% Sn – получают преимущественно методом зонной плавки.
Еще один источникДлятого чтобы получить килограмм олова, не обязательно перерабатывать центнерруды. Можно поступить иначе: «ободрать» 2000 старых консервных банок.
Всеголишь полграмма олова приходится на каждую банку. Но помноженные на масштабыпроизводства эти полуграммы превращаются в десятки тонн… Доля «вторичного»олова в промышленности капиталистических стран составляет примерно треть общегопроизводства. В нашей стране работают около ста промышленных установок порегенерации олова.
Какже снимают олово с белой жести? Механическими способами сделать это почтиневозможно, поэтому используют различие в химических свойствах железа и олова.Чаще всего жесть обрабатывают газообразным хлором. Железо в отсутствие влаги сним не реагирует. Олово же соединяется с хлором очень легко. Образуетсядымящаяся жидкость – хлорное олово SnCl4, которое применяют вхимической и текстильной промышленности или отправляют в электролизер, чтобыполучить там из него металлическое олово. И опять начнется «круговерть»: этимоловом покроют стальные листы, получат белую жесть. Из нее сделают банки, банкизаполнят едой и запечатают. Потом их вскроют, консервы съедят, банки выбросят.А потом они (не все, к сожалению) вновь попадут на заводы «вторичного» олова.
Другиеэлементы совершают круговорот в природе с участием растений, микроорганизмов ит.д. Круговорот олова – дело рук человеческих.
Олово в сплавахНаконсервные банки идет примерно половина мирового производства олова. Другаяполовина – в металлургию, для получения различных сплавов. Мы не будем подробнорассказывать о самом известном из сплавов олова – бронзе, адресуя читателей кстатье о меди – другом важнейшем компоненте бронз. Это тем более оправдано, чтоесть безоловянные бронзы, но нет «безмедных». Одна из главных причин созданиябезоловянпьтх бронз – дефицитность элемента №50. Тем не менее бронза,содержащая олово, по-прежнему остается важным материалом и для машиностроения,и для искусства.
Техникануждается и в других оловянных сплавах. Их, правда, почти не применяют вкачестве конструкционных, материалов: они недостаточно прочны и слишком дороги.Зато у них есть другие свойства, позволяющие решать важные технические задачипри сравнительно небольших затратах материала.
Чащевсего оловянные сплавы применяют в качестве антифрикционных материалов илиприпоев. Первые позволяют сохранять машины и механизмы, уменьшая потери натрение; вторые соединяют металлические детали.
Извсех антифрикционных сплавов наилучшими свойствами обладают оловянные баббиты,в составе которых до 90% олова. Мягкие и легкоплавкие свинцовооловянные припоихорошо смачивают поверхность большинства металлов, обладают высокойпластичностью и сопротивлением усталости. Однако область их примененияограничивается из-за недостаточной механической прочности самих припоев.
Олововходит также в состав типографского сплава гарта. Наконец, сплавы на основеолова очень нужны электротехнике. Важнейший материал для электроконденсаторов –станиоль; это почти чистое олово, превращенное в тонкие листы (доля другихметаллов в станиоле не превышает 5%).
Междупрочим, многие сплавы олова – истинные химические соединения элемента№50 с другими металлами. Сплавляясь, олово взаимодействует с кальцием,магнием, цирконием, титаном, многими редкоземельными элементами. Образующиесяпри этом соединения отличаются довольно большой тугоплавкостью. Так, станнидциркония Zr3Sn2 плавится лишь при 1985°C. И «виновата»здесь не только тугоплавкость циркония, но и характер сплава, химическая связьмежду образующими его веществами. Или другой пример. Магний к числу тугоплавкихметаллов не отнесешь, 651°C – далеко не рекордная температура плавления. Оловоплавится при еще более низкой температуре – 232°C. А их сплав – соединение Mg2Sn– имеет температуру плавления 778°C.
Тотфакт, что элемент №50 образует довольно многочисленные сплавы такого рода,заставляет критически отнестись к утверждению, что лишь 7% производимого в миреолова расходуется в виде химических соединений («Краткая химическаяэнциклопедия», т. 3, с. 739). Видимо, речь здесь идет только о соединенияхс неметаллами.
Соединения с неметалламиИзэтих веществ наибольшее значение имеют хлориды. В тетрахлориде олова SnCl4растворяются иод, фосфор, сера, многие органические вещества. Поэтому ииспользуют его главным образом как весьма специфический растворитель. Дихлоридолова SnCl2 применяют как протраву при крашении и как восстановительпри синтезе органических красителей. Те же функции в текстильном производствееще у одного соединения элемента №50 – станната натрия Na2SnO3.Кроме того, с его помощью утяжеляют шелк.
Промышленностьограниченно использует и окислы олова. SnO применяют для получения рубиновогостекла, a SnO2 – белой глазури. Золотисто-желтые кристаллыдисульфида олова SnS2 нередко называют сусальным золотом, которым«золотят» дерево, гипс. Это, если можно так выразиться, самое «антисовременное»применение соединений олова. А самое современное?
Еслииметь в виду только соединения олова, то это применение станната бария BaSnO3в радиотехнике в качестве превосходного диэлектрика. А один из изотопов олова, 119Sn,сыграл заметную роль при изучении эффекта Мессбауэра – явления, благодарякоторому был создан новый метод исследования – гамма-резонансная спектроскопия.И это не единственный случай, когда древний металл сослужил службу современнойнауке.
Напримере серого олова – одной из модификаций элемента №50 – была выявлена связьмежду свойствами и химической природой полупроводникового материала. И это,видимо, единственное, за что серое олово можно помянуть добрым словом: вредаоно принесло больше, тем пользы. Мы еще вернемся к этой разновидности элемента№50 после рассказа о еще одной большой и важной группе соединений олова.
Об оловоорганикеЭлементоорганическихсоединений, в состав которых входит олово, известно великое множество. Первоеиз них получено еще в 1852 г.
Сначалавещества этого класса получали лишь одним способом – в обменной реакции междунеорганическими соединениями олова и реактивами Гриньяра. Вот пример такойреакции:
SnCl4+ 4RMgX → SnR4 + 4MgXCl
(Rздесь – углеводородный радикал, X – галоген).
Соединениясостава SnR4 широкого практического применения не нашли. Но именноиз них получены другие оловоорганические вещества, польза которых несомненна.
Впервыеинтерес к оловоорганике возник в годы первой мировой войны. Почти все органическиесоединения олова, полученные к тому времени, были токсичны. В качествеотравляющих веществ эти соединения не были использованы, их токсичностью длянасекомых, плесневых грибков, вредных микробов воспользовались позже. На основеацетата трифенилолова (C6H5)3SnOOCCh4был создан эффективный препарат для борьбы с грибковыми заболеваниями картофеляи сахарной свеклы. У этого препарата оказалось еще одно полезное свойство: онстимулировал рост и развитие растений.
Дляборьбы с грибками, развивающимися в аппаратах целлюлозно-бумажнойпромышленности, применяют другое вещество – гидроокись трибутилолова (С4Н9)3SnOH.Это намного повышает производительность аппаратуры.
Много«профессий» у дилаурината дибутилолова (C4H9)2Sn(OCOC11h33)2.Его используют в ветеринарной практике как средство против гельминтов(глистов). Это же вещество широко применяют в химической промышленности какстабилизатор поливинилхлорида и других полимерных материалов и как катализатор.Скорость реакции образования уретанов (мономеры полиуретановых каучуков) вприсутствии такого катализатора возрастает в 37 тыс. раз. На основе оловоорганическихсоединений созданы эффективные инсектициды; оловоорганические стекла надежнозащищают от рентгеновского облучения, полимерными свинец- и оловоорганическимикрасками покрывают подводные части кораблей, чтобы на них не нарасталимоллюски.
Всеэто соединения четырехвалентного олова. Ограниченные рамки статьи не позволяютрассказать о многих других полезных веществах этого класса. Органические соединения двухвалентногоолова, напротив, немногочисленны и практического применения пока почти ненаходят.
О сером оловеМорознойзимой 1916 г. партия олова была отправлена по железной дороге с ДальнегоВостока в европейскую часть России. Но на место прибыли не серебристо-белыеслитки, а преимущественно мелкий серый порошок.
Зачетыре года до этого произошла катастрофа с экспедицией полярного исследователяРоберта Скотта. Экспедиция, направлявшаяся к Южному полюсу, осталась безтоплива: оно вытекло из железных сосудов сквозь швы, пропаянные оловом.
Примернов те же годы к известному русскому химику В.В. Марковникову обратились изинтендантства с просьбой объяснить, что происходит с лужеными чайниками,которыми снабжали русскую армию. Чайник, который принесли в лабораторию вкачестве наглядного примера, был покрыт серыми пятнами и наростами, которыеосыпались даже при легком постукивании рукой. Анализ показал, что и пыль, инаросты состояли только из олова, без каких бы то ни было примесей.
Чтоже происходило с металлом во всех этих случаях?
Как имногие другие элементы, олово имеет несколько аллотропических модификаций,несколько состояний. (Слово «аллотропия» переводится с греческого как «другоесвойство», «другой поворот».) При нормальной плюсовой температуре олововыглядит так, что никто не может усомниться в принадлежности его к классуметаллов.
Белыйметалл, пластичный, ковкий. Кристаллы белого олова (его называют ещебета-оловом) тетрагональные. Длина ребер элементарной кристаллической решетки –5,82 и 3,18 Ǻ. Но при температуре ниже 13,2°C «нормальное» состояниеолова иное. Едва достигнут этот температурный порог, в кристаллическойструктуре оловянного слитка начинается перестройка. Белое олово превращается впорошкообразное серое, или альфа-олово, и чем ниже температура, тем большескорость этого превращения. Максимума она достигает при минус 39°C.
Кристаллысерого олова кубической конфигурации; размеры их элементарных ячеек больше –длина ребра 6,49 Ǻ. Поэтому плотность серого олова заметно меньше,чем белого: 5,76 и 7,3 г/см3 соответственно.
Результатпревращения белого олова в серое иногда называют «оловянной чумой». Пятна инаросты на армейских чайниках, вагоны с оловянной пылью, швы, ставшиепроницаемыми для жидкости, – следствия этой «болезни». Почему сейчас не случаются подобныеистории? Только по одной причине: оловянную чуму научились «лечить». Выясненаее физико-химическая природа, установлено, как влияют на восприимчивостьметалла к «чуме» те или иные добавки. Оказалось, что алюминий и цинк способствуютэтому процессу, а висмут, свинец и сурьма, напротив, противодействуют ему.
Кромебелого и серого олова, обнаружена еще одна аллотропическая модификация элемента№50 – гамма-олово, устойчивое при температуре выше 161°C. Отличительная чертатакого олова – хрупкость. Как и все металлы, с ростом температуры оловостановится пластичнее, но только при температуре ниже 161°C. Затем онополностью утрачивает пластичность, превращаясь в гамма-олово, и становитсянастолько хрупким, что его можно истолочь в порошок.
Еще раз о дефицитеЧастостатьи об элементах заканчиваются рассуждениями автора о будущем своего«героя». Как правило, рисуется оно в розовом свете. Автор статьи об олове лишенэтой возможности: будущее олова – металла, несомненно, полезнейшего – неясно. Неяснотолько по одной причине.
Нескольколет назад американское Горное бюро опубликовало расчеты, из которых следовало,что разведанных запасов элемента №50 хватит миру самое большее на 35 лет.
Правда,уже после этого было найдено несколько новых месторождений, в том числекрупнейшее в Европе, расположенное на территории Польской Народной Республики.И тем не менее дефицит олова продолжает тревожить специалистов.
Поэтому,заканчивая рассказ об элементе №50, мы хотим еще раз напомнить о необходимостиэкономить и беречь олово.
Нехваткаэтого металла волновала даже классиков литературы. Помните у Андерсена?«Двадцать четыре солдатика были совершенно одинаковые, а двадцать пятыйсолдатик был одноногий.
Егоотливали последним, и олова немного не хватило». Теперь олова не хватает ненемного. Недаром даже двуногие оловянные солдатики стали редкостью – чащевстречаются пластмассовые. Но при всем уважении к полимерам заменить олово онимогут далеко не всегда.
ИзотопыОлово– один из самых «многоизотопных» элементов: природное олово состоит из десятиизотопов с массовыми числами 112, 114...120, 122 и 124. Самый распространенныйиз них 120Sn, на его долю приходится около 33% всего земного олова.Почти в 100 раз меньше олова-115 – самого редкого изотопа элемента №50. Еще 15изотопов олова с массовыми числами 108...111, 113, 121, 123, 125...132 полученыискусственно. Время жизни этих изотопов далеко не одинаково. Так, олово-123имеет период полураспада 136 дней, а олово-132 всего 2,2 минуты.
Почемубронзу назвали бронзой?Слово«бронза» почти одинаково звучит на многих европейских языках. Его происхождениесвязывают с названием небольшого итальянского порта на берегу Адриатическогоморя – Бриндизи. Именно через этот порт доставляли бронзу в Европу в старину, ив древнем Риме этот сплав называли «эс бриндиси» – медь из Бриндизи.
Вчесть изобретателя
Латинскоеслово frictio означает «трение». Отсюда название антифрикционных материалов, тоесть материалов «против трения». Они мало истираются, отличаются мягкостью итягучестью. Главное их применение – изготовление подшипниковых вкладышей.Первый антифрикционный сплав на основе олова и свинца предложил в 1839 г.инженер Баббит. Отсюда название большой и очень важной группы антифрикционныхсплавов – баббитов.
Жестьдля консервированияСпособдлительного сохранения пищевых продуктов консервированием в банках из белойжести, покрытой оловом, первым предложил французский повар Ф. Аппер в1809 г.
Содна океанаВ1976 г. начало работать необычное предприятие, которое сокращенно называютРЭП. Расшифровывается это так: разведочно-эксплуатационное предприятие. Оноразмещается в основном на кораблях. За Полярным кругом, в море Лаптевых, врайоне Ванькиной губы РЭП добывает с морского дна оловоносный песок. Здесь же,на борту одного из судов, работает обогатительная фабрика.
www.ronl.ru
50
Sn 4 18 18 8 2 ОЛОВО 118,695s25p2
Олово– один из немногих металлов, известных человеку еще с доисторических времен.Олово и медь были открыты раньше железа, а сплав их, бронза, – это,по-видимому, самый первый «искусственный» материал, первый материал,приготовленный человеком.
Результатыархеологических раскопок позволяют считать, что еще за пять тысячелетий донашей эры люди умели выплавлять и само олово. Известно, что древние египтянеолово для производства бронзы возили из Персии.
Подназванием «трапу» этот металл описан в древнеиндийской литературе. Латинскоеназвание олова stannum происходит от санскритского «ста», что означает«твердый».
Упоминаниеоб олове встречается и у Гомера. Почти за десять веков до новой эры финикиянедоставляли оловянную руду с Британских островов, называвшихся тогдаКасситеридами. Отсюда название касситерита – важнейшего из минералов олова;состав его SnO2. Другой важный минерал – станнин, или оловянныйколчедан, Cu2FeSnS4. Остальные 14 минералов элемента №50встречаются намного реже и промышленного значения не имеют. Между прочим, нашипредки располагали более богатыми оловянными рудами, чем мы. Можно быловыплавлять металл непосредственно из руд, находящихся на поверхности Земли иобогащенных в ходе естественных процессов выветривания и вымывания. В нашевремя таких руд уже нет. В современных условиях процесс получения оловамногоступенчатый и трудоемкий. Руды, из которых выплавляют олово теперь, сложныпо составу: кроме элемента №50 (в виде окисла или сульфида) в них обычноприсутствуют кремний, железо, свинец, медь, цинк, мышьяк, алюминий, кальций,вольфрам и другие элементы. Нынешние оловянные руды редко содержат больше 1%Sn, а россыпи – и того меньше: 0,01...0,02% Sn. Это значит, что для получениякилограмма олова необходимо добыть и переработать по меньшей мере центнер руды.
Как получают олово из рудПроизводствоэлемента №50 из руд и россыпей всегда начинается с обогащения. Методыобогащения оловянных руд довольно разнообразны. Применяют, в частности,гравитационный метод, основанный на различии плотности основного исопутствующих минералов. При этом нельзя забывать, что сопутствующие далеко невсегда бывают пустой породой. Часто они содержат ценные металлы, напримервольфрам, титан, лантаноиды. В таких случаях из оловянной руды пытаются извлечьвсе ценные компоненты.
Составполученного оловянного концентрата зависит от сырья, и еще от того, какимспособом этот концентрат получали. Содержание олова в нем колеблется от 40 до70%. Концентрат направляют в печи для обжига (при 600...700°C), где из негоудаляются относительно летучие примеси мышьяка и серы. А большую часть железа,сурьмы, висмута и некоторых других металлов уже после обжига выщелачиваютсоляной кислотой. После того как это сделано, остается отделить олово откислорода и кремния. Поэтому последняя стадия производства чернового олова –плавка с углем и флюсами в отражательных или электрических печах. С физико-химическойточки зрения этот процесс аналогичен доменному: углерод «отнимает» у оловакислород, а флюсы превращают двуокись кремния в легкий по сравнению с металломшлак.
Вчерновом олове примесей еще довольно много: 5...8%. Чтобы получить металлсортовых марок (96,5...99,9% Sn), используют огневое или реже электролитическоерафинирование. А нужное полупроводниковой промышленности олово чистотой почтишесть девяток – 99,99985% Sn – получают преимущественно методом зонной плавки.
Еще один источникДлятого чтобы получить килограмм олова, не обязательно перерабатывать центнерруды. Можно поступить иначе: «ободрать» 2000 старых консервных банок.
Всеголишь полграмма олова приходится на каждую банку. Но помноженные на масштабыпроизводства эти полуграммы превращаются в десятки тонн… Доля «вторичного»олова в промышленности капиталистических стран составляет примерно треть общегопроизводства. В нашей стране работают около ста промышленных установок порегенерации олова.
Какже снимают олово с белой жести? Механическими способами сделать это почтиневозможно, поэтому используют различие в химических свойствах железа и олова.Чаще всего жесть обрабатывают газообразным хлором. Железо в отсутствие влаги сним не реагирует. Олово же соединяется с хлором очень легко. Образуетсядымящаяся жидкость – хлорное олово SnCl4, которое применяют вхимической и текстильной промышленности или отправляют в электролизер, чтобыполучить там из него металлическое олово. И опять начнется «круговерть»: этимоловом покроют стальные листы, получат белую жесть. Из нее сделают банки, банкизаполнят едой и запечатают. Потом их вскроют, консервы съедят, банки выбросят.А потом они (не все, к сожалению) вновь попадут на заводы «вторичного» олова.
Другиеэлементы совершают круговорот в природе с участием растений, микроорганизмов ит.д. Круговорот олова – дело рук человеческих.
Олово в сплавахНаконсервные банки идет примерно половина мирового производства олова. Другаяполовина – в металлургию, для получения различных сплавов. Мы не будем подробнорассказывать о самом известном из сплавов олова – бронзе, адресуя читателей кстатье о меди – другом важнейшем компоненте бронз. Это тем более оправдано, чтоесть безоловянные бронзы, но нет «безмедных». Одна из главных причин созданиябезоловянпьтх бронз – дефицитность элемента №50. Тем не менее бронза,содержащая олово, по-прежнему остается важным материалом и для машиностроения,и для искусства.
Техникануждается и в других оловянных сплавах. Их, правда, почти не применяют вкачестве конструкционных, материалов: они недостаточно прочны и слишком дороги.Зато у них есть другие свойства, позволяющие решать важные технические задачипри сравнительно небольших затратах материала.
Чащевсего оловянные сплавы применяют в качестве антифрикционных материалов илиприпоев. Первые позволяют сохранять машины и механизмы, уменьшая потери натрение; вторые соединяют металлические детали.
Извсех антифрикционных сплавов наилучшими свойствами обладают оловянные баббиты,в составе которых до 90% олова. Мягкие и легкоплавкие свинцовооловянные припоихорошо смачивают поверхность большинства металлов, обладают высокойпластичностью и сопротивлением усталости. Однако область их примененияограничивается из-за недостаточной механической прочности самих припоев.
Олововходит также в состав типографского сплава гарта. Наконец, сплавы на основеолова очень нужны электротехнике. Важнейший материал для электроконденсаторов –станиоль; это почти чистое олово, превращенное в тонкие листы (доля другихметаллов в станиоле не превышает 5%).
Междупрочим, многие сплавы олова – истинные химические соединения элемента№50 с другими металлами. Сплавляясь, олово взаимодействует с кальцием,магнием, цирконием, титаном, многими редкоземельными элементами. Образующиесяпри этом соединения отличаются довольно большой тугоплавкостью. Так, станнидциркония Zr3Sn2 плавится лишь при 1985°C. И «виновата»здесь не только тугоплавкость циркония, но и характер сплава, химическая связьмежду образующими его веществами. Или другой пример. Магний к числу тугоплавкихметаллов не отнесешь, 651°C – далеко не рекордная температура плавления. Оловоплавится при еще более низкой температуре – 232°C. А их сплав – соединение Mg2Sn– имеет температуру плавления 778°C.
Тотфакт, что элемент №50 образует довольно многочисленные сплавы такого рода,заставляет критически отнестись к утверждению, что лишь 7% производимого в миреолова расходуется в виде химических соединений («Краткая химическаяэнциклопедия», т. 3, с. 739). Видимо, речь здесь идет только о соединенияхс неметаллами.
Соединения с неметалламиИзэтих веществ наибольшее значение имеют хлориды. В тетрахлориде олова SnCl4растворяются иод, фосфор, сера, многие органические вещества. Поэтому ииспользуют его главным образом как весьма специфический растворитель. Дихлоридолова SnCl2 применяют как протраву при крашении и как восстановительпри синтезе органических красителей. Те же функции в текстильном производствееще у одного соединения элемента №50 – станната натрия Na2SnO3.Кроме того, с его помощью утяжеляют шелк.
Промышленностьограниченно использует и окислы олова. SnO применяют для получения рубиновогостекла, a SnO2 – белой глазури. Золотисто-желтые кристаллыдисульфида олова SnS2 нередко называют сусальным золотом, которым«золотят» дерево, гипс. Это, если можно так выразиться, самое «антисовременное»применение соединений олова. А самое современное?
Еслииметь в виду только соединения олова, то это применение станната бария BaSnO3в радиотехнике в качестве превосходного диэлектрика. А один из изотопов олова, 119Sn,сыграл заметную роль при изучении эффекта Мессбауэра – явления, благодарякоторому был создан новый метод исследования – гамма-резонансная спектроскопия.И это не единственный случай, когда древний металл сослужил службу современнойнауке.
Напримере серого олова – одной из модификаций элемента №50 – была выявлена связьмежду свойствами и химической природой полупроводникового материала. И это,видимо, единственное, за что серое олово можно помянуть добрым словом: вредаоно принесло больше, тем пользы. Мы еще вернемся к этой разновидности элемента№50 после рассказа о еще одной большой и важной группе соединений олова.
Об оловоорганикеЭлементоорганическихсоединений, в состав которых входит олово, известно великое множество. Первоеиз них получено еще в 1852 г.
Сначалавещества этого класса получали лишь одним способом – в обменной реакции междунеорганическими соединениями олова и реактивами Гриньяра. Вот пример такойреакции:
SnCl4+ 4RMgX → SnR4 + 4MgXCl
(Rздесь – углеводородный радикал, X – галоген).
Соединениясостава SnR4 широкого практического применения не нашли. Но именноиз них получены другие оловоорганические вещества, польза которых несомненна.
Впервыеинтерес к оловоорганике возник в годы первой мировой войны. Почти все органическиесоединения олова, полученные к тому времени, были токсичны. В качествеотравляющих веществ эти соединения не были использованы, их токсичностью длянасекомых, плесневых грибков, вредных микробов воспользовались позже. На основеацетата трифенилолова (C6H5)3SnOOCCh4был создан эффективный препарат для борьбы с грибковыми заболеваниями картофеляи сахарной свеклы. У этого препарата оказалось еще одно полезное свойство: онстимулировал рост и развитие растений.
Дляборьбы с грибками, развивающимися в аппаратах целлюлозно-бумажнойпромышленности, применяют другое вещество – гидроокись трибутилолова (С4Н9)3SnOH.Это намного повышает производительность аппаратуры.
Много«профессий» у дилаурината дибутилолова (C4H9)2Sn(OCOC11h33)2.Его используют в ветеринарной практике как средство против гельминтов(глистов). Это же вещество широко применяют в химической промышленности какстабилизатор поливинилхлорида и других полимерных материалов и как катализатор.Скорость реакции образования уретанов (мономеры полиуретановых каучуков) вприсутствии такого катализатора возрастает в 37 тыс. раз. На основе оловоорганическихсоединений созданы эффективные инсектициды; оловоорганические стекла надежнозащищают от рентгеновского облучения, полимерными свинец- и оловоорганическимикрасками покрывают подводные части кораблей, чтобы на них не нарасталимоллюски.
Всеэто соединения четырехвалентного олова. Ограниченные рамки статьи не позволяютрассказать о многих других полезных веществах этого класса. Органические соединения двухвалентногоолова, напротив, немногочисленны и практического применения пока почти ненаходят.
О сером оловеМорознойзимой 1916 г. партия олова была отправлена по железной дороге с ДальнегоВостока в европейскую часть России. Но на место прибыли не серебристо-белыеслитки, а преимущественно мелкий серый порошок.
Зачетыре года до этого произошла катастрофа с экспедицией полярного исследователяРоберта Скотта. Экспедиция, направлявшаяся к Южному полюсу, осталась безтоплива: оно вытекло из железных сосудов сквозь швы, пропаянные оловом.
Примернов те же годы к известному русскому химику В.В. Марковникову обратились изинтендантства с просьбой объяснить, что происходит с лужеными чайниками,которыми снабжали русскую армию. Чайник, который принесли в лабораторию вкачестве наглядного примера, был покрыт серыми пятнами и наростами, которыеосыпались даже при легком постукивании рукой. Анализ показал, что и пыль, инаросты состояли только из олова, без каких бы то ни было примесей.
Чтоже происходило с металлом во всех этих случаях?
Как имногие другие элементы, олово имеет несколько аллотропических модификаций,несколько состояний. (Слово «аллотропия» переводится с греческого как «другоесвойство», «другой поворот».) При нормальной плюсовой температуре олововыглядит так, что никто не может усомниться в принадлежности его к классуметаллов.
Белыйметалл, пластичный, ковкий. Кристаллы белого олова (его называют ещебета-оловом) тетрагональные. Длина ребер элементарной кристаллической решетки –5,82 и 3,18 Ǻ. Но при температуре ниже 13,2°C «нормальное» состояниеолова иное. Едва достигнут этот температурный порог, в кристаллическойструктуре оловянного слитка начинается перестройка. Белое олово превращается впорошкообразное серое, или альфа-олово, и чем ниже температура, тем большескорость этого превращения. Максимума она достигает при минус 39°C.
Кристаллысерого олова кубической конфигурации; размеры их элементарных ячеек больше –длина ребра 6,49 Ǻ. Поэтому плотность серого олова заметно меньше,чем белого: 5,76 и 7,3 г/см3 соответственно.
Результатпревращения белого олова в серое иногда называют «оловянной чумой». Пятна инаросты на армейских чайниках, вагоны с оловянной пылью, швы, ставшиепроницаемыми для жидкости, – следствия этой «болезни». Почему сейчас не случаются подобныеистории? Только по одной причине: оловянную чуму научились «лечить». Выясненаее физико-химическая природа, установлено, как влияют на восприимчивостьметалла к «чуме» те или иные добавки. Оказалось, что алюминий и цинк способствуютэтому процессу, а висмут, свинец и сурьма, напротив, противодействуют ему.
Кромебелого и серого олова, обнаружена еще одна аллотропическая модификация элемента№50 – гамма-олово, устойчивое при температуре выше 161°C. Отличительная чертатакого олова – хрупкость. Как и все металлы, с ростом температуры оловостановится пластичнее, но только при температуре ниже 161°C. Затем онополностью утрачивает пластичность, превращаясь в гамма-олово, и становитсянастолько хрупким, что его можно истолочь в порошок.
Еще раз о дефицитеЧастостатьи об элементах заканчиваются рассуждениями автора о будущем своего«героя». Как правило, рисуется оно в розовом свете. Автор статьи об олове лишенэтой возможности: будущее олова – металла, несомненно, полезнейшего – неясно. Неяснотолько по одной причине.
Нескольколет назад американское Горное бюро опубликовало расчеты, из которых следовало,что разведанных запасов элемента №50 хватит миру самое большее на 35 лет.
Правда,уже после этого было найдено несколько новых месторождений, в том числекрупнейшее в Европе, расположенное на территории Польской Народной Республики.И тем не менее дефицит олова продолжает тревожить специалистов.
Поэтому,заканчивая рассказ об элементе №50, мы хотим еще раз напомнить о необходимостиэкономить и беречь олово.
Нехваткаэтого металла волновала даже классиков литературы. Помните у Андерсена?«Двадцать четыре солдатика были совершенно одинаковые, а двадцать пятыйсолдатик был одноногий.
Егоотливали последним, и олова немного не хватило». Теперь олова не хватает ненемного. Недаром даже двуногие оловянные солдатики стали редкостью – чащевстречаются пластмассовые. Но при всем уважении к полимерам заменить олово онимогут далеко не всегда.
ИзотопыОлово– один из самых «многоизотопных» элементов: природное олово состоит из десятиизотопов с массовыми числами 112, 114...120, 122 и 124. Самый распространенныйиз них 120Sn, на его долю приходится около 33% всего земного олова.Почти в 100 раз меньше олова-115 – самого редкого изотопа элемента №50. Еще 15изотопов олова с массовыми числами 108...111, 113, 121, 123, 125...132 полученыискусственно. Время жизни этих изотопов далеко не одинаково. Так, олово-123имеет период полураспада 136 дней, а олово-132 всего 2,2 минуты.
Почемубронзу назвали бронзой?Слово«бронза» почти одинаково звучит на многих европейских языках. Его происхождениесвязывают с названием небольшого итальянского порта на берегу Адриатическогоморя – Бриндизи. Именно через этот порт доставляли бронзу в Европу в старину, ив древнем Риме этот сплав называли «эс бриндиси» – медь из Бриндизи.
Вчесть изобретателя
Латинскоеслово frictio означает «трение». Отсюда название антифрикционных материалов, тоесть материалов «против трения». Они мало истираются, отличаются мягкостью итягучестью. Главное их применение – изготовление подшипниковых вкладышей.Первый антифрикционный сплав на основе олова и свинца предложил в 1839 г.инженер Баббит. Отсюда название большой и очень важной группы антифрикционныхсплавов – баббитов.
Жестьдля консервированияСпособдлительного сохранения пищевых продуктов консервированием в банках из белойжести, покрытой оловом, первым предложил французский повар Ф. Аппер в1809 г.
Содна океанаВ1976 г. начало работать необычное предприятие, которое сокращенно называютРЭП. Расшифровывается это так: разведочно-эксплуатационное предприятие. Оноразмещается в основном на кораблях. За Полярным кругом, в море Лаптевых, врайоне Ванькиной губы РЭП добывает с морского дна оловоносный песок. Здесь же,на борту одного из судов, работает обогатительная фабрика.
www.ronl.ru
