Олово и его характеристики
Общая характеристика олова
Олово не принадлежит к числу широко распространенных металлов (содержание его в земной коре составляет 0,04%), но оно легко выплавляется из руд и поэтому стало известно человеку в виде сплавов с медью (бронзы) со времен глубокой древности. Олово обычно встречается в виде кислородного соединения SnO2 – оловянного камня, из которого и получается посредством восстановления углем.
В свободном состоянии олово – серебристо-белый (рис. 1) мягкий металл. При сгибании палочки олова слышится характерный треск, обусловленный трением отдельных кристаллов друг о друга. Олово обладает мягкостью и тягучестью и легко может быть прокатано в тонкие листы, называемые оловянной фольгой или станиолем.
Рис. 1. Олово. Внешний вид.
Атомная и молекулярная масса олова
Поскольку в свободном состоянии олово существует в виде одноатомных молекул Sn, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 118,710.
Аллотропия и аллотропные модификации олова
Кроме обычного белого олова, кристаллизующегося в тетрагональной системе, существует другое видоизменение олова – серое олово, кристаллизующееся в кубической системе и имеющее меньшую плотность.
Белое олово устойчиво при температурах выше 14oС. Поэтому при охлаждении белое олово превращается в серое. В связи со значительным изменением плотности металл при этом рассыпается в серый порошок. Это явление получило название оловянной чумы. Быстрее всего превращение белого олова в серое протекает при температуре около (-30oС); оно ускоряется в присутствии зародышей кристаллов серого олова.
Изотопы олова
Известно, что в природе олово может находиться в виде десяти стабильных изотопов:112Sn (0,96%), 114Sn (0,66%), 115Sn (0,35%), 116Sn (14,3%), 117Sn (7,61%), 118Sn (24,03%), 119Sn (8,58%), 120Sn (32,85%), 122Sn (4,72%) и 124Sn (5,94%). Их массовые числа равны 112, 114, 115, 116, 117, 118, 119, 120, 122 и 124 соответственно. Ядро атома изотопа олова 112Sn содержит пятьдесят протонов и шестьдесят два нейтрона, а остальные изотопы отличаются от него только числом нейтронов.
Существуют искусственные нестабильные изотопы олова с массовыми числами от 99-ти до 137-ми, а также более двадцатиизомерных состояния ядер, среди которых наиболее долгоживущим является изотоп 113Sn с периодом полураспада равным 115,09 суток.
Ионы олова
На внешнем энергетическом уровне атома олова имеется четыре электрона, которые являются валентными:
1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25р 2.
В результате химического взаимодействия олово отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион:
Sn0 -2e → Sn2+;
Sn0 -4e → Sn4+.
Молекула и атом олова
В свободном состоянии олово существует в виде одноатомных молекул Sn. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу олова:
Энергия ионизации атома, эВ |
7,34 |
Относительная электроотрицательность |
1,96 |
Радиус атома, нм |
0,162 |
Сплавы олова
Сплавы олова с сурьмой и медью применяются для изготовления подшипников. Эти сплавы (оловянные баббиты) обладают антифрикционными свойствами. Сплавы олова со свинцом – припои – широко применяются для пайки. В качестве легирующего компонента олово входит в некоторые сплавы меди.
Примеры решения задач
Задание | Напишите уравнения реакций в молекулярной форме, которые отражают амфотерный характер оксида олова (IV). |
Ответ | Оксид олова (IV) проявляет амфотерные свойства, т.е способен взаимодействовать как с кислотами, так и с основаниями:
SnO2 + 2H2SO4 (dilute, hot) = Sn(SO4)2 + H2O; SnO2 + 2NaOH (conc) + 2H2O = Na2[Sn(OH)6]; SnO2 + 2NaOH = Na2SnO3 + H2O. |
Задание | Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:
Sn → SnCl2 → Sn(OH)2 → K2Sn(OH)6. |
Ответ | При растворении олова в горячей соляной кислоте образуется хлорид олова (II):
Sn + HCl (hot)→ SnCl2 + H2↑. При взаимодействии хлорида олова (II) с разбавленным раствором щелочи образуется осадок гидроксида олова (II): SnCl2 + 2NaOH (dilute) → Sn(OH)2↓ + 2NaCl. Гидроксид олова (II) проявляет амфотерные свойства, т.е. способен реагировать со щелочами с образованием комплексных соединений: Sn(OH)2 + 2KOH (conc) → K[Sn(OH)3]solution; 2K[Sn(OH)3]solution→ K2Sn(OH)6 + Sn↓. |