О́лово, ста́нум (хімічний знак — , лат. stannum — стійкий, міцний), у нефаховій літературі також ста́ній, ци́на — хімічний елемент з атомним номером 50, що належить до 14-ї групи, 5-го періоду періодичної системи хімічних елементів. Утворює просту речовину — метал о́лово.
В художній літературі зустрічається також застаріла назва о́ливо.
Походження назви Редагувати
Латинська назва олова — stannum, первісно означала стоп срібла зі свинцем, а свого сучасного значення набула у IV ст. до н. е. До цього часу для позначення олова у Давньому Римі уживали слово plumbum album («білий плюмбум», «білий свинець», на відміну від простого, «чорного» свинця — plumbum nigrum). Судячи з усього, римляни вважали олово видозміною свинцю. Stannum походить від ранішої форми stāgnum, походження якої неясне. Припускають, що це може бути запозичення з мови доіндоєвропейського населення Італії. Енциклопедичний словник Мейєра пропонує версію походження слова stāgnum з давньокорнської мови (пор. сучасне корн. stean), наводячи за доказ те, що Корнуолл був значним постачальником цього металу у перших століттях нашої ери. Малопереконливою є версія, яка пов'язує це слово з санскритським stha («стояти», «стійко триматися») або sthavan («міцно», «стійко»).
Українське «олово» (застаріле «оливо») походить від прасл. *olovo, звідки також біл. волава («олово», «свинець») і рос. олово («олово»). У більшості слов'янських мов похідними від *olovo зовуть інший метал — свинець (пол. ołów (від нього походить українське «олівець»), чеськ., словац. і хорв. olovo, болг. і мак. олово, серб. олово/olovo, застаріле українське оливо в цім значенні), а щодо олова уживають інші слова: пол. cyna, чеськ. і словац. cín, болг. калай, мак. калаj, серб. kalaj/калаj, хорв. kositar, словен. kositer. У східнослов'янських мовах теж існують інші назви олова: біл. цына, укр. цина.
Праслов'янське *olovo споріднене з лит. alavas («олово») та латис. alva, alvs («олово»), прусськ. alwis («свинець»), і можливо, з давн.в-нім. ёlo («жовтий»), лат. albus («білий»), грец. ἀλφός («білий лишай», «проказа»), разом з якими виводять з пра-і.є. *h₂élbʰos, *álbʰos, *albʰós («білий»). Тобто «олово» — «білий метал». Друга версія виводить *olovo від прасл. *liti («лити»), тобто «метал, який відливають». Інші виводять *olovo від нім. Blei, лат. plumbum та грец. μολυβδος («свинець», звідси і назва молібдену), від лат. oleum («олія» — начебто від того, що з олова робили посуд для її зберігання).
Слово «цина» походить через пол. cyna з нім. Zinn, що, в свою чергу, є похідним від прагерм. *tinom («олово»), з якого походить також англ. tin.
Загальна характеристика Редагувати
Олово — поширений елемент, його кларк у земній корі 0,8·10−3 % за масою. Він має тенденцію до накопичення в пізніх продуктах еволюції магматичних розтопів — пегматитах, а також в гідротермальних утвореннях. Відомо понад 20 основних мінералів олова, з яких промислове значення мають каситерит SnO2 (78,6 %) — головний мінерал олов'яних руд, а також станін Cu2FeSnS4 (27,7%), тиліт PbSnS2 (30,4%), франкеїт Pb5Sn3Sb2S14 (17%) і циліндрит Pb3Sn4Sb2S14.
Проста речовина олова за нормальних умов — м'який сріблясто-білий метал, стійкий до хімічних реагентів. Його густина 7310 кг/м³, tплав. 231,93 °C; tкип 2602 °C, питомий електричний опір 11,5·10−8 Ом·м (20 °C). Границя міцності при розтягненні 16,6 МПа, відносне подовження 80-90%, твердість за Брінеллем 38,3-41,2 МПа.
Олово поліморфне. За звичайних умов елемент існує у вигляді β-модифікації (біле олово, β-Sn), яка є стійкою при температурі вищій від 13,2 °C. Біле олово — це м'який, пластичний метал, з тетрагональною кристалічною ґраткою, параметри a = 0,5831, c = 0,3181 нм. Координаційне оточення кожного атома олова в ньому — октаедр.
При охолодженні біле олово переходить в α-модифікацію (сіре олово, α-Sn). Хоча температура рівноваги взаємопереходу модифікацій становить 13,2 °С, в реальних умовах поліморфне перетворення стає помітним лише при температурі нижчій за 0 °С. Сіре олово має структуру алмаза (кубічна кристалічна ґратка з параметром а = 0,6491 нм). В сірому олові координаційний поліедр кожного атома — тетраедр, координаційне число 4. Фазове перетворення β-Sn в α-Sn супроводжене зростанням питомого об'єму на 25,6 % (густина α-Sn становить 5769 кг/м³), що спричиняє розсипання олова у порошок (явище отримало назву «олов'яна чума»). Найшвидший перехід з білого олова в сіре відбувається при −48 °C.
Ще дві алотропні форми γ і σ, виявлено при температурах вищих за 161 °C і тисках, що перевищують декілька ГПа.
Історія Редагувати
Олово в стопах з міддю визначило «бронзову добу» (~4000-1000 рр. до н. е.) матеріальної культури людства. У старовину його видобували на території Англії, Болівії, Китаю і на Кавказі.
Ізотопи Редагувати
Олово (станум) має найбільшу кількість стабільних ізотопів з усіх хімічних елементів — 9. Вони мають атомні маси від 112 до 124, за винятком мас 113, 121 та 123. Найбільше в рудах ізотопів 120Sn — майже третина, 118Sn та 116Sn, найменше 115Sn. Ізотопи з парним масовим числом не мають ядерного спіна, а ізотопи з непарним масовим числом мають спін 1/2. Ізотопи 115Sn, 117Sn та 119Sn серед тих, які найпростіше детектують за допомогою ядерного магнітного резонансу.
Таке велике число стабільних ізотопів вважають наслідком того, що атомний номер олова 50 — одне з магічних чисел. Існує також 28 нестабільних ізотопів, а весь діапазон можливих атомних мас простягяється від 99 до 137. Крім 126Sn, у якого період напіврозпаду 230 тис. років, усі решту живуть менше року. Серед цих ізотопів подвійно-магічний 100Sn.
Утворення Редагувати
Олово утворюється внаслідок s-процесу в зорях із масою від 0,6 до 10 сонячних. Цей процес проходить при бета-розпаді ядра атома Індію після захоплення ним нейтрона.
Хімічні сполуки Редагувати
При нагріванні в кисневій атмосфері олово утворює діоксид SnO2 (каситерит). SnO2 амфотерний і утворює солі станатів (SnO2−
3) з основами та солі олова(IV) з кислотами. Існують також станати зі структурою [Sn(OH)6]2−, на кшталт K2[Sn(OH)6], хоча у вільному стані кислота H2[Sn(OH)6] невідома.
Олово об'єднюється безпосередньо з хлором утворюючи хлорид олова(IV), але при реакції з хлоридною кислотою утворюється хлорид олова(II) з виділенням водню у вигляді газу. Існує кілька інших сполук олова зі ступенями окиснення +2 та +4, наприклад сульфід олова(II) та сульфід олова(IV). Проте існує тільки один гідрид — станан (SnH4), в якому олово має ступінь окиснення +4.
Найбільше практичне значення має хлорид олова(II), який використовують як відновник та як протрава при фарбуванні тканин. При нанесенні сполук олова на скло методом розпилювання утворюються електропровідні покриття, що знайшли застосування в панельному освітленні та при виготовленні морозостійкого вітрового скла для автомобілів.
Такі сполуки олова, як флуорид олова(II) SnF2 додають до деяких продуктів, котрі використовують при догляді за зубами. SnF2 можна змішувати з абразивами на основі кальцію, тоді як звичний флуорид натрію в суміші з кальцієвими сполуками поступово втрачає свою хімічну активність. Показано також, що він ефектившіний від флуориду натрію при запобіганні гінгівіту.
Отримання Редагувати
| Країна | Запаси | Видобуток |
|---|---|---|
| КНР | 1500 | 100 |
| Індонезія | 800 | 40 |
| Бразилія | 700 | 11,9 |
| Болівія | 400 | 18 |
| Росія | 350 | 0,3 |
| Малайзія | 250 | 3,7 |
| Австралія | 240 | 5,9 |
| Таїланд | 170 | 0,3 |
| Перу | 91 | 26,1 |
| Інші | 180 | 0,07 |
| Всього у світі | 4700 | 230 |
Олово добувають з олов'яних, олово-вольфрамових, олово-срібних і олово-поліметалічних руд.
У процесі переробки рудоносна порода, що містить каситерит (SnO2) піддається подрібненню до розмірів частинок в середньому ~ 10 мм, в промислових млинах, після чого каситерит за рахунок своєї більшої густини та маси відокремлюється від пустої породи вібраційно-гравітаційним методом на збагачувальних столах. На додаток застосовується флотаційний метод збагачення/очищення руди. Таким методом вдається підвищити вміст олова у руді до 40-70%. Далі проводять обпалювання концентрату у кисні для видалення домішок сірки та арсену.
Концентрат у подальшому піддається плавці у печах з відновленням олова із застосування як відновника деревного вугілля, шари якого вкладаються почергово із шарами руди або алюмінію (цинку) в електропечах:
Особливо чисте олово напівпровідникової чистоти отримують електрохімічним рафінуванням або методом зонного топлення.
Середній вміст Sn в концентратах, що виготовляють в Малайзії — 74,47 %, Індонезії — 70 %, Таїланді — 72%, Болівії — 32 %. У Великій Британії випускаюь концентрат із вмістом 45 і 55 % Sn. Значну кількість олова отримують через вторинну переробку кольорового металобрухту.
Провідним виробником і водночас споживачем олова у світі є Китай.
Вимоги до олова, що виробляє промисловість, його маркування й використання в залежності від процентного хімічного складу закладені у міждержавному стандарті ГОСТ 860-75:
| Марка | Sn, % не менше | As, % | Fe, % | Cu, % | Pb, % | Bi, % | Sb, % | S, % | Zn, % | Al, % | Домішок % | Використання |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ОВЧ 000 | 99,999 | 1·10−4 | 1·10−4 | 1·10−5 | 1·10−5 | 1·10−6 | 1·10−5 | — | 1·10−5 | 1·10−4 | 1·10−3 | Напівпровідникова техніка |
| О1 пч | 99,915 | 0,01 | 0,009 | 0,01 | 0,025 | 0,01 | 0,015 | 0,007 | 0,002 | 0,002 | 0,085 | Виробництво консервної бляхи та приготування хімічних реактивів |
| О1 | 99.900 | 0,01 | 0,009 | 0,01 | 0,04 | 0,015 | 0,015 | 0,008 | 0,002 | 0,002 | 0,1 | Виробництво бляхи, прутки та стрічки електротехнічного призначення, виробництво припоїв |
| О2 | 99,565 | 0,015 | 0,02 | 0,03 | 0,25 | 0,05 | 0,05 | 0,016 | 0,002 | 0,002 | 0,435 | Виробництво бабітів, припоїв, фольги, лудження кухонного посуду |
| О3 | 98,49 | 0,03 | 0,02 | 0,10 | 1,0 | 0,06 | 0,3 | 0,02 | — | — | 1,51 | Виробництво припоїв |
| О4 | 96,43 | 0,05 | 0,02 | 0,10 | 3,0 | 0,10 | 0,3 | 0,02 | — | — | 3,51 | Виробництво припоїв, бабітів, сплавів, модифікування сірого чавуну |
Стопи олова Редагувати
Найчастіше трапляються стопи олова з міддю (Cu), свинцем (Pb) та стибієм (Sb). Крім названих компонентів використовують Bi, Zn, Cd, Tl. Стопи олова характеризуються, зазвичай, низькою температурою плавлення, відносно малими міцністю та твердістю, високою пластичністю.
З багатьма металами олово утворює евтектики, що мають нижчу температуру плавлення, ніж вихідні компоненти, наприклад сплави (в дужках вказано відсотковий вміст олова за масою й температура плавлення, відповідно) Bi-Sn (45 %, 139 °С); Cd-Sn (67,76 %, 177 °С); Pb-Sn (61,9 %, 183 °С); Tl-Sn (56,76 %, 170 °С), Zn-Sn (91 %, 198 °С); тверді розчини з легувальними металами утворює рідко. Для олова характерним є утворення інтерметалевих сполук (станідів), що мають, переважно, високі температури топлення, наприклад Zr3Sn2 (tплав = 1985 °С), Ti3Sn (1663 °С), Pt3Sn (1420 °С), Pr2Sn (1415 °C), Cl2Sn (1400 °С), Mg2Sn (778 °С).
Найвідоміші стопи олова, що знайшли широке використання — це легкотопові припої, антифрикційні стопи олова (бабіти) та п'ютери.
Легкостопні припої — це переважно с стопи на основі олова та свинцю. Вміст олова в них може коливатись ві 1 до 95 %; найпоширенішими є стопи з вмістом 59-61 (ПОС-61 та 49-51 % (ПОССу-50-0,5) олова. Легувальними компонентами можуть служити Sb, Cu, Cd, Zn, Ag, In; шкідливими домішками є Al, As та S. Припої різняться низькими твердістю та міцністю, високими пластичністю та корозійною стійкістю, їх розтопи добре змочують поверхні більшості металів і у тонкому шарі вони характеризуються високою границею витривалості.
Антифрикційні стопи олова (оловянисті бабіти) можуть містити від 6 до 89 % Sn. Найпоширенішими є стопи з вмістом 83 % (марки Б83 та Б83С) та 88 % (марки Б88) олова, леговані 7-12 % Sb та 2,5…6,5% Cu. Високі антифрикційні властивості цих стопів обумовлені їх гетерогенною структурою — у м'якій матриці твердого розчину стибію в олові рівномірно розподілені тверді кристали SnSb та Cu3Sn. Бабіти характеризуються високою корозійною стійкістю і теплопровідністю, низьким температурним коефіцієнтом лінійного розширення.
П'ютер — стоп олова (вміст якого може бути від 85 до 99 %) з іншими металами, такими як мідь (0,25-2,5 %), стибій (0,5-8 %), вісмут або свинець. Характеризується високою деформівністю, а при вмісті міді та стибію і твердістю. Додавання свинцю до стопу погіршує механічні властивості але надає йому своєрідного блиску з голубуватим відтінком. Температура плавлення стопу може становити 170-230 °C — у залежності від процентного вмісту компонентів.
Застосування Редагувати
Олово має широке застосування завдяки своїй легкотопності, м'якості, ковкості, хімічній стійкості і здатності давати високоякісні стопи (наприклад, бабітів для вальниць, що працюють при великих ударних навантаженнях). Використовують для виробництва білої жерсті і фольги. До основних галузей споживання олова належать: харчова (40 %), авіаційна, автомобільна, суднобудівна і радіотехнічна промисловість, а також гальванопластика, скляна і текстильна промисловість.
Припої на базі олова використовують при паянні деталей, що зазнають невеликих ударних навантажень за невисоких температур. При паянні міді, мідних сплавів, криць міцність у з'єднанні досягається через утворення оловом твердого розчину (інтерметаліду) з металом виробу. За допомогою припоїв системи Sn-Pb можна паяти практично всі метали і сплави, за виключенням алюмінію та його сплавів з яким, навіть при використанні флюсів, шви мають понижену механічну стійкість, яку додатково потрібно захищати від вологи лаковим покриттям. Традиційно більшість припоїв були сплавами олова зі свинцем, в яких вміст олова становив від 5% до 70% за вагою. Однак, 2006 року Європейський Союз обмежив застосування свинцю, що, відповідно, збільшило попит на олово.
Досить нова сфера застосування олова, яка розвивається особливо швидко в останні роки — це хімія. Близько 13-15 % олова, яке виробляють, наразі застосовують в хімічних виробництвах, як каталізатори для полімеризації силіконової гуми і виробництва пінополіуретану. Олово використовують в скляній промисловості, наприклад при виробництві кришталю і полірованого скла.
Оксид олова застосовують в глазурі для кераміки. Він надає глазурі непрозорості і служить барвним пігментом. Оксид олова можна також осаджувати з розчину у вигляді тонкої плівки на різні вироби, що підвищує міцність скляних виробів. Введення станату цинку та інших похідних олова в пластичні і синтетичні матеріали зменшує їх здатність до займання і перешкоджає утворенню токсичного диму.
Nb3Sn є надпровідником II роду із критичною температурою 18 К. Його використовують для виготовлення надпровідних електромагнітів.
Біологічна роль Редагувати
Роль олова в живих організмах вивчено мало. В тілі людини міститься приблизно (1-2)·10−4% олова, а його щоденне надходження з їжею становить 0,2-3,5 мг.
Металічне олово не є токсичним, що дозволяє застосовувати його в харчовій промисловості. Олово становить небезпеку для людини у вигляді пари чи різних аерозольних частинок, пилу. Під упливом парів або пилу сполук олова може розвинутися ураження легенів. Дуже токсичним є деякі стануморганічні сполуки, які використовуються як бактерициди (наприклад, бензоат трибутилстанума) і фунгіциди (наприклад, ацетат трифенілстанума), вони входять до складу отрут проти блощиць.
ГДК сполук олова в атмосферному повітрі 0,05 мг/м³, ГДК в харчових продуктах — 200 мг/кг, в молочних продуктах та соках — 100 мг/кг. Токсична доза олова для людини — 2 г.
Див. також Редагувати
Примітки Редагувати
- . — [Чинний від 01.10.2019.] — К. : ДП «УкрНДНЦ», 2019. — С. 4; 9.
- Георг Агрікола у своїй фундаментальній книзі De Re Metallica (1556 рік) вживає термін "Stannum" в іншому значенні - як веркблей. У А олово називає — plumbum candi-dum, «білий свинець».
- ↑ о́лово // Ганіткевич М., Кінаш Б. Російсько-український словник з інженерних технологій: Понад 40 000 термінів / Технічний комітет стандартизації науково-технічної термінології Міністерства економ. розвитку і торгівлі та Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України. — 2-е вид. — Львів: Вид-во Львівської політехніки, 2013. — 1021 с. — (Термінографічна серія СловоСвіт; № 9). — ISBN 978-617-607-385-7.
- О́лово // Російсько-український словник (1924—1933); УАН під редакцією А. Кримського
- Цина // Словарь української мови : в 4 т. / за ред. Бориса Грінченка. — К. : Кіевская старина, 1907—1909.
- Оливо // Словник української мови : у 20 т. — К. : Наукова думка, 2010—2022.
- Оливо // Словник української мови : в 11 т. — Київ : Наукова думка, 1970—1980.
- Encyclopædia Britannica, 11th Edition, 1911, s.v. 'tin', citing H. Kopp
- Oxford English Dictionary (3rd ed.). Oxford University Press. September 2005.
- . oxleigh.freeserve.co.uk. Архів оригіналу за 3 квітня 2009. Процитовано 7 липня 2009.
- American Heritage Dictionary
- Етимологічний словник української мови : в 7 т. / редкол.: О. С. Мельничук (гол. ред.) та ін. — К. : Наукова думка, 1989. — Т. 4 : Н — П / укл.: Р. В. Болдирєв та ін. ; ред. тому: В. Т. Коломієць, В. Г. Скляренко. — 656 с. — ISBN 966-00-0590-3.
- Этимологический словарь русского языка. — М.: Прогресс М. Р. Фасмер 1964—1973.
- Tin. www.etymonline.com.
- Tin: the essentials на сайті «WebElements» (англ.)
- Паравян Н. А. Оловянная чума // Химия и жизнь. — 1979. — № 7. — С. 69-70.
- Molodets, A. M.; Nabatov, S. S. (2000). Thermodynamic Potentials, Diagram of State, and Phase Transitions of Tin on Shock Compression. High Temperature 38 (5): 715–721. doi:10.1007/BF02755923.
- Holleman, Arnold F.; Wiberg, Egon; Wiberg, Nils; (1985). Tin. Lehrbuch der Anorganischen Chemie (German) (вид. 91–100). Walter de Gruyter. с. 793–800. ISBN 3110075113.
- Crest Pro Health. Архів оригіналу за 23 червня 2013. Процитовано 5 травня 2009.
- Colgate Gel-Kam. Архів оригіналу за 23 червня 2013. Процитовано 5 травня 2009.
- Hattab, F. (April 1989). The State of Fluorides in Toothpastes.. Journal of Dentistry 17 (2): 47–54. PMID 2732364. doi:10.1016/0300-5712(89)90129-2.
- Perlich, MA; Bacca, LA; Bollmer, BW; Lanzalaco, AC; McClanahan, SF; Sewak, LK; Beiswanger, BB; Eichold, WA та ін. (1995). The clinical effect of a stabilized stannous fluoride dentifrice on plaque formation, gingivitis and gingival bleeding: a six-month study.. The Journal of Clinical Dentistry 6 (Special Issue): 54–58. PMID 8593194.
- Carlin, Jr., James F.. Minerals Yearbook 2014: Tin (PDF). United States Geological Survey. Процитовано 27 серпня 2014.
- Большаков К. А.; Федоров П. И. (1984). Химия и технология малых металлов (рос.). Москва: Химия.
- ГОСТ 860-75 Олово. Технические условия.
- ↑ ГОСТ 21930-76 Припои оловянно-свинцовые в чушках. Технические условия.
- ГОСТ 1320 74 (ISO 4383-91) Баббиты оловянные и свинцовые. Технические условия.
- Виды припоев для пайки алюминия. svaring.com (рос.).
Джерела Редагувати
- Глосарій термінів з хімії // Й. Опейда, О. Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет — Донецьк: «Вебер», 2008. — 758 с. ISBN 978-966-335-206-0
- Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2007. — Т. 2 : Л — Р. — 670 с. — ISBN 57740-0828-2.
- Некрасов И. Я. Фазовые соотношения в оловосодержащих системах. — М.: Наука. — 1976. — 140 с.
- Спиваковский В. Б. Аналитическая химия олова / В. Б. Спиваковский ; Академия наук СССР, Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского. — М. : Наука, 1975. — 254 с. — (Серия «Аналитическая химия элементов»)
- Большаков К. А. Химия и технология малых металлов / К. А. Большаков,. П. И. Федоров. — М.: Химия, 1984. — 138 с.
- Россошинский А. А. Олово в процессах пайки / А. А. Россошинский, Ю. К. Лапшов, Б. П. Яценко. — Киев: Наук. думка, 1985. — 197 с.
- Буше Н. А. Подшипниковые сплавы для подвижного состава. — М.: Транспорт. 1967. — 222 с.
- Шпагин А. И. Антифрикционные сплавы. М.: Металлургия, 1956. — 314 с.
Посилання Редагувати
- Оливо, олово // Українська мала енциклопедія : 16 кн. : у 8 т. / проф. Є. Онацький. — Буенос-Айрес, 1962. — Т. 5, кн. X : Літери Ол — Пер. — С. 1209. — 1000 екз.
| Вікіцитати містять висловлювання на тему: Олово |
| Вікісховище має мультимедійні дані за темою: Олово |
- Олово на сайті N-T.ru (електронна бібліотека «Наука і техніка») (рос.)
- Розен Б. Я. Соперник серебра. М.: Металлургия, 1984. (рос.)
- Опыты с оловом Демонстраційні ролики «олов'яної чуми» (рос.)
- Tin у проекті «The Periodic Table of Videos» (Ноттінгемський університет) (англ.)