испарение олова при какой температуре
Испарение олова при какой температуре
Печь, используемая для нагревания вещества, имеет три режима работы: максимальной, средней и минимальной мощности. В этой печи начинают нагревать 180 граммов олова, находящегося в твёрдом состоянии. После начала нагревания печь всё время остаётся включённой. На рисунке представлен график зависимости изменения температуры t олова от времени τ.
Выберите из предложенного перечня два верных утверждения. Укажите их номера.
1) Испарение олова началось при температуре t3.
2) Работе печи с максимальной мощностью за первые 9 минут соответствует участок графика CD.
3) Режиму минимальной мощности в течении первых 9 минут работы печи соответствует участок графика BC.
4) Участок графика АВ соответствует жидкому состоянию олова.
5) Участок графика DF соответствует плавлению олова.
Проанализируем каждое утверждение.
1) Из графика видно, что при температуре t3 олово ещё не достигло постоянного участка температурной кривой, то есть в точке t3 олово ещё находится в твёрдом состоянии.
2) Чем больше угол наклона графика, тем больше мощность, выделяемая печью. Следовательно, за первые 9 минут работе печи с максимальной мощностью соответствует участок CD.
3) Чем больше угол наклона графика, тем больше мощность, выделяемая печью. Следовательно, за первые 9 минут работе печи с минимальной мощностью соответствует участок AB.
4,5) Олово начали нагревать, когда оно находилось в твёрдом состоянии. Из графика видно, что температура олова при нагревании не меняется на участке DF, следовательно, именно на участке DF происходит плавлении олова.
Олово и сферы его применения
ООО «НКМ Норд», выступая прямым представителем крупного холдинга по производству и поставке цветных металлов и сплавов, которые используются с целью легирования сталей, представляет на рынке Санкт-Петербурга и Москвы олово и его сплавы по доступным ценам.
Оглавление
Олово – абсолютно нетоксичный и пластичный металл, обладающий низкой температурой плавления. Сфера его применения во многом определяется перечисленными характеристиками. Его широко используют в пищевой промышленности, с его применением связано создание электронных плат и радиотехнических изделий. Поговорим о марках олова, о его характеристиках и ключевых особенностях.
Основные сведения об олове
Олово (Sn) – легкий металл. Отличается повышенной ковкостью и пластичностью, в периодической системе олово расположено под номером 50. В чистом виде – это металл, отличающийся серебристо-белым цветом, обладающий характерным блеском. Температура, при которой Sn переходит в жидкое состояние, равна 231,9°С, что позволяет легко плавить его даже в бытовых условиях. Закипает металл при температуре 2620°С.
В зависимости оттого, как меняется температура внешней среды, олово погружается в то или иное аллотропическое состояние:
Олово обладает одной достаточно интересной особенностью: при переходе в состояние «серого олова» материал начинает растрескиваться и в конечном итоге превращается в порошок. Это явление принесло немало вреда человечеству и в свое время получило название «оловянная чума». Особенно опасным оно становится при низких отрицательных температурах.
По уровню содержания в земной коре Sn занимает 47-е место среди других элементов. Больше всего присутствует олова в касситерите. Это природный материал, получивший второе название – «оловянный камень». Процент Sn в нем достигает 78,8%. Основные запасы олова на земле сконцентрированы в материковой части азиатского континента.
История открытия олова
Добывать и обрабатывать олово люди научились несколько тысяч лет назад. В настоящее время сохранились сведения об использовании Sn еще в 4-м тысячелетии до нашей эры. Это период бронзового века. В то время олово было одним из ключевых компонентов бронзовых сплавов. Разумеется, что открытие олова происходило без привлечения ученых. Мощности высокотехнологичных лабораторий для выделения олова из природных минералов изначально также не использовались.
Физические и механические свойства олова
| Свойство | Значение |
|---|---|
| Атомный номер | 50 |
| Атомная масса, а.е.м | 118,7 |
| Радиус атома, пм | 162 |
| Плотность, г/см³ | 7,31 |
| Теплопроводность, Вт/(м·K) | 66,8 |
| Температура плавления, °С | 231,9 |
| Температура кипения, °С | 2620 |
| Теплота плавления, кДж/моль | 7,07 |
| Теплота испарения, кДж/моль | 296 |
| Молярный объем, см³/моль | 16,3 |
| Группа металлов | Легкий металл |
Химические свойства олова
| Свойство | Значение |
|---|---|
| Ковалентный радиус, пм | 141 |
| Радиус иона, пм | (+4e) 71 (+2) 93 |
| Электроотрицательность (по Полингу) | 1,96 |
| Электродный потенциал | -0,136 |
| Степени окисления | +4, +2 |
| Энергия ионизации, кДж/моль (эВ) | 708,2 (7,34) |
Марки олова и сплавов
На сегодняшний день в промышленности используется олово следующих марок:
Достоинства и недостатки
Преимущества олова заключаются в следующих характеристиках металла:
Олово характеризуется следующими недостатками:
Применение олова
Можно выделить несколько ключевых направлений использования олова. Благодаря отсутствию токсичности, а также благодаря устойчивости к воздействию агрессивных химических соединений из олова изготавливают изделия и оборудование, напрямую контактирующее с пищей. Также на основе олова формируются покрытия медных электрических проводников. Это позволяет защитить медь от негативного воздействия серы, которая содержится в пластике наружной изоляции.
Небывалое распространение получило олово в промышленных отраслях, связанных с производством электроники. Пайка деталей и электрических схем в большинстве случаев производится с применением Sn.
Существует огромное количество сплавов, в состав которых неизбежно входит олово. Это всевозможные баббиты, бронзовые сплавы, а также другие материалы, с которыми мы практически повседневно сталкиваемся в обычной жизни.
Продукция из олова
Полуфабрикаты из олова поступают на рынок в виде проволоки, прутков или чушки. Эта продукция используется в производстве сплавов, а также разнообразных деталей или покрытий.
Аноды из олова применяют для лужения поверхностей, изготовленных из других материалов.
Система менеджмента качества производств сертифицирована на соответствие международному стандарту качества ISO 9001: 2015
Испарение олова при какой температуре
Печь, используемая для нагревания вещества, имеет три режима работы: максимальной, средней и минимальной мощности. В этой печи начинают нагревать 180 граммов олова, находящегося в твёрдом состоянии. После начала нагревания печь всё время остаётся включённой. На рисунке представлен график зависимости изменения температуры t олова от времени τ.
Выберите из предложенного перечня два верных утверждения. Укажите их номера.
1) Испарение олова началось при температуре t3.
2) Работе печи с максимальной мощностью за первые 9 минут соответствует участок графика CD.
3) Режиму минимальной мощности в течении первых 9 минут работы печи соответствует участок графика BC.
4) Участок графика АВ соответствует жидкому состоянию олова.
5) Участок графика DF соответствует плавлению олова.
Проанализируем каждое утверждение.
1) Из графика видно, что при температуре t3 олово ещё не достигло постоянного участка температурной кривой, то есть в точке t3 олово ещё находится в твёрдом состоянии.
2) Чем больше угол наклона графика, тем больше мощность, выделяемая печью. Следовательно, за первые 9 минут работе печи с максимальной мощностью соответствует участок CD.
3) Чем больше угол наклона графика, тем больше мощность, выделяемая печью. Следовательно, за первые 9 минут работе печи с минимальной мощностью соответствует участок AB.
4) Олово начали нагревать, когда оно находилось в твёрдом состоянии. Участок графика АВ соответствует твёрдому состоянию олова.
5) Из графика видно, что температура олова при нагревании не меняется на участке DF, следовательно, именно на участке DF происходит плавлении олова.
Олово
| Олово | |
|---|---|
| Серебристо-белый мягкий, пластичный металл (β-олово) или серый порошок (α-олово) | |
 |
(молярная масса)
(первый электрон)
Содержание
История
Олово было известно человеку уже в IV тысячелетии до н. э. Этот металл был малодоступен и дорог, поэтому изделия из него редко встречаются среди римских и греческих древностей. Об олове есть упоминания в Библии, Четвёртой Книге Моисея. Олово является (наряду с медью) одним из компонентов оловяннистой бронзы, изобретённой в конце или середине III тысячелетия до н. э. Поскольку бронза являлась наиболее прочным из известных в то время металлов и сплавов, олово было «стратегическим металлом» в течение всего «бронзового века», более 2000 лет (очень приблизительно: XXXV—XI века до н. э.).
Чистое олово получено не ранее XII в., о нем упоминает в своих трудах Р. Бэкон. До этого олово всегда содержало переменное количество свинца. Хлорид SnCl4 впервые получил А. Либавий в 1597 г. Аллотропию олова и явление «оловянной чумы» объяснил Э. Кохен в 1899 г.
Происхождение названия
Физические свойства
Механические и технологические свойства:
модуль упругости 55 ГПа при 0 °С и 48 ГПа при 100 °С; модуль сдвига 16,8—8,1 ГПа; временное сопротивление разрыву — 20 МПа; относительное удлинение — 40 %; твёрдость по Бринеллю — 152 МПа (белое олово), 62 МПа (серое олово); температура литья — 260—300 °С.
При температуре немного выше 170 °С олово становится хрупким.
Стандартный электродный потенциал E °Sn 2+ /Sn равен −0,136 В, а E пары °Sn 4+ /Sn 2+ около 0,151 В.
Серое и белое олово
Соприкосновение серого олова и белого приводит к «заражению» последнего, то есть к ускорению фазового перехода по сравнению со спонтанным процессом из-за появления зародышей новой кристаллической фазы. Совокупность этих явлений называется «оловянной чумой». Нынешнее название этому процессу в 1911 году дал Г. Коэн. Начало научного изучения этого фазового перехода было положено в 1870 году работами петербургского учёного, академика Ю. Фрицше. Много ценных наблюдений и мыслей об этом процессе высказано Д. И. Менделеевым в его «Основах химии».
Одним из средств предотвращения «оловянной чумы» является добавление в олово стабилизатора, например висмута. С другой стороны, ускоряет процесс перехода белого олова в серое при не очень низких температурах катализатор хлорстаннат аммония (NH4)2SnCl6.
«Оловянная чума» — одна из причин гибели экспедиции Скотта к Южному полюсу в 1912 году. Она осталась без горючего из-за того, что топливо просочилось из запаянных оловом баков, поражённых «оловянной чумой».
Некоторые историки указывают на «оловянную чуму» как на одно из обстоятельств поражения армии Наполеона в России в 1812 году — сильные морозы привели к превращению оловянных пуговиц на мундирах солдат в порошок.
«Оловянная чума» погубила многие коллекции оловянных солдатиков. Например, в запасниках петербургского музея Александра Суворова превратились в труху десятки фигурок — в подвале, где они хранились, лопнули зимой батареи отопления.
Изотопы
Природное олово состоит из десяти стабильных нуклидов с массовыми числами 112 (в смеси 0,96 % по массе), 114 (0,66 %), 115 (0,35 %), 116 (14,30 %), 117 (7,61 %), 118 (24,03 %), 119 (8,58 %), 120 (32,85 %), 122 (4,72 %) и 124 (5,94 %). Для некоторых из них энергетически возможен двойной бета-распад, однако экспериментально он пока (2018 г.) не наблюдался, поскольку предсказываемый период полураспада очень велик (более 10 20 лет).
Изотопы олова 117 Sn и 119 Sn являются мёссбауэровскими изотопами и применяются в гамма-резонансной спектроскопии.
Химические свойства
Металлическое олово
При комнатной температуре олово, подобно соседу по группе германию, устойчиво к воздействию воздуха или воды. Такая инертность объясняется образованием поверхностной плёнки оксидов. Заметное окисление олова на воздухе начинается при температурах выше 150 °C:
При нагревании олово реагирует с большинством неметаллов. При этом образуются соединения в степени окисления +4, которая более характерна для олова, чем +2. Например:
Растворяется в разбавленных кислотах (HCl, H2SO4):
Олово реагирует c концентрированной соляной кислотой. При этом белое олово (α-Sn) образует раствор хлорида олова (II), а серое (β-Sn) хлорида олова (IV):
При взаимодействии с разбавленной азотной кислотой (3-5%) образуется нитрат олова (II):
Окисляется растворами щелочей до гидроксостанната (II), который в горячих расстворах склонен к диспропорцианированию:
Sn + NaOH + 3H2O → Na[Sn(OH)3] + H2↑ 2Na[Sn(OH)3] → Sn + Na2[Sn(OH)6] Sn + 2NaOH + 4H2O → Na2[Sn(OH)6] + 2H2↑ 
Олово (II)
Менее устойчивая степень окисления чем (IV). Вещества имеют высокую восстановительную активность и легко диспропорцианируют:
На воздухе соединения быстро окисляются кислородом, как в твердом виде, так и в растворах:
2SnO + O2 → 2SnO2 2Sn 2+ + O2 + 4H + → 2Sn 4+ + 2H2O
Сильным восстановителем является «оловянная соль» SnCl2 ⋅ 2H2O
Оксид можно получить действием аммиака на горячий раствор хлорида олова в атмосфере СO2:
Также при слабом нагревании гидроксида олова (II) Sn(OH)2 в вакууме или осторожном нагревании некоторых солей:
В растворах солей олова идёт сильный гидролиз:
При действии на раствор соли Sn(II) растворами сульфидов выпадает осадок сульфида олова (II):
Этот сульфид может быть легко окислен до сульфидного комплекса раствором полисульфида натрия, при подкислении превращающегося в осадок сульфида олова (IV):
Олово (IV)
Оксид олова(IV) (SnO2) образуется прямым окислением кислородом. При сплавлении с щелочами образует станнаты, при обработке водой образующие гидроксостаннаты:
Гидрид олова — станнан SnH4 — можно получить по реакции:
Этот гидрид весьма нестоек и медленно разлагается уже при температуре 0 °C.
Четырёхвалентное олово образует обширный класс оловоорганических соединений, используемых в органическом синтезе, в качестве пестицидов и др.
Нахождение в природе
Олово — редкий рассеянный элемент, по распространённости в земной коре олово занимает 47-е место. Кларковое содержание олова в земной коре составляет, по разным данным, от 2⋅10 −4 до 8⋅10 −3 % по массе. Основной минерал олова — касситерит (оловянный камень) SnO2, содержащий до 78,8 % олова. Гораздо реже в природе встречается станнин (оловянный колчедан) — Cu2FeSnS4 (27,5 % Sn).
Месторождения
Мировые месторождения олова находятся в основном в Китае и Юго-Восточной Азии — Индонезии, Малайзии и Таиланде. Также есть крупные месторождения в Южной Америке (Боливии, Перу, Бразилии) и Австралии.
В России запасы оловянных руд расположены в Хабаровском крае (Солнечный район — месторождения Фестивальное и Соболиное; Верхнебуреинский район — Правоурмийское месторождение), в Чукотском автономном округе (Пыркакайские штокверки; рудник/посёлок Валькумей, Иультин — разработка месторождений закрыта в начале 1990-х годов), в Приморском крае (Кавалеровский район), в Якутии (месторождение Депутатское) и других районах.
Распространённость в природе
Распространённость в природе отражена в следующей таблице:
| Геол. объект | Камен. метеориты | Дуниты и др. | Базальты и др. | Диориты и др. | Гранитоиды | Глины и др. | Вода океанов | Живое вещество(% на живой вес) | Почва | Зола растений |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Содержание, вес. % | 00 1⋅10 −4 | 0 5⋅10 −5 | 0 1,5⋅10 −4 | 0000 − | 000 3⋅10 −4 | 1⋅10 −3 | 0 7⋅10 −7 | 0000 5⋅10 −5 | 1⋅10 −3 | 00 5⋅10 −4 |
Олово является амфотерным элементом, то есть элементом, способным проявлять кислотные и основные свойства. Это свойство олова определяет и особенности его распространения в природе. Благодаря этой двойственности олово проявляет литофильные, халькофильные и сидерофильные свойства. Олово по своим свойствам проявляет близость к кварцу, вследствие чего известна тесная связь олова в виде окиси (касситерита) с кислыми гранитоидами (литофильность), часто обогащёнными оловом, вплоть до образования самостоятельных кварц-касситеритовых жил. Щелочной характер поведения олова определяется в образовании довольно разнообразных сульфидных соединений (халькофильность), вплоть до образования самородного олова и различных интерметаллических соединений, известных в ультраосновных породах (сидерофильность).
Формы нахождения
Основная форма нахождения олова в горных породах и минералах — рассеянная (или эндокриптная). Однако олово образует и минеральные формы, и в этом виде часто встречается не только как акцессорий в кислых магматических породах, но и образует промышленные концентрации преимущественно в окисной (касситерит SnO2) и сульфидной (станнин) формах.
Твёрдая фаза. Минералы
В общем можно выделить следующие формы нахождения олова в природе:
На сульфидных месторождениях олово входит как изоморфный элемент в сфалериты (Силинское месторождение, Россия, Приморье), халькопириты (Дубровское месторождение, Россия, Приморье), пириты. Высокие концентрации олова выявлены в пирротине грейзенов Смирновского месторождения (Россия, Приморье). Считается, что из-за ограниченного изоморфизма происходит распад твёрдых растворов с микровыделениями Cu2 +1 Fe +2 SnS4 или тиллита PbSnS2 и других минералов.
Собственно минеральные формы
Самородные элементы, сплавы и интерметаллические соединения
Хотя концентрации этих минералов в породах очень низки, однако распространены они в широком круге генетических образований. Среди самородных форм вместе с Sn выявлены Fe, Al, Cu, Ti, Cd и так далее, не считая уже известные самородные платиноиды, золото и серебро. Эти же элементы образуют между собой и различные сплавы: (Cu + Sn + Sb), (Pb + Sn + Sb) и другие, а также твёрдые растворы. Среди интерметаллических соединений установлены стистаит SnSb, атакит (Pd,Pt)3Sn, штумырлит Pt(Sn,Bi), звягинцевит (Pd,Pt)3(Pb,Sn), таймырит (Pd,Cu,Pt)3Sn и другие.
Приведённые формы нахождения олова и других элементов встречаются в различных геологических образованиях:
Окисные соединения олова
Касситерит
Касситерит (от греч. kassiteros — олово) — главный рудный минерал для получения олова, химическая формула SnO2. Теоретически содержит 78,62 % Sn. Образует отдельные выделения, зерна, сплошные массивные агрегаты, в которых зёрна минерала достигают в размере 3—4 мм и даже больше. В чистом виде бесцветные кристаллы, примеси придают минералу самые различные цвета.
Основные формы выделения касситерита:
В России месторождения касситерита имеются на Северо-Востоке, в Приморье, Якутии, Забайкалье; за рубежом — в Малайзии, Таиланде, Индонезии, КНР, Боливии, Нигерии и других странах.
Гидроокисные соединения
Второстепенное место занимают гидроокисные соединения олова, которые можно рассматривать как соли полиоловянных кислот. К ним можно отнести минерал сукулаит Ta2Sn2 +2 O; твёрдый раствор олова в магнетите вида Fe2SnO4 или Fe3SnO3 (Бретштейн Ю. С., 1974; Воронина Л. Б., 1979); «варламовит» — продукт окисления станнина; считается, что он представляет собой смесь аморфных и полуаморфных соединений Sn, метаоловянной кислоты, поликонденсированной фазы и гидрокасситеритовой фазы. Известны также гидратированные продукты окисления — гидромартит 3SnO·H2O; мушистонит (Cu,Zn,Fe)Sn(OH)6; гидростаннат меди CuSn(OH)6 и другие.
Силикаты
Известна многочисленная группа силикатов олова, представленная малаяитом CaSn[SiO5]; пабститом Ba(Sn, Ti)Si3O9, стоказитом Ca2Sn2Si6O18·4H2O и др. Малаяит образует даже промышленные скопления.
Шпинелиды
Из других окисных соединений известны также шпинелиды, например, минерал нигерит Sn2Fe4Al16O32 (Peterson E. U., 1986).
Сульфидные соединения олова
Включает различные соединения олова с серой. Это вторая по промышленному значению группа минеральных форм нахождения олова. Наиболее важным из них является станнин, второй по значению минерал. Кроме этого, отмечаются франкеит Pb5Sn3Sb2S14, герценбергит SnS, берндтит SnS2, тиллит PbSnS2 и кестерит Cu2ZnSnS4. Выявлены и более сложные сульфидные соединения олова со свинцом, серебром, медью, имеющие в основном минералогическое значение. Тесная связь олова с медью обусловливает частое присутствие на оловорудных месторождениях халькопирита CuFeS2 с образованием парагенезиса касситерит — халькопирит.
Станнин
Станнин (от лат. stannum — олово), оловянный колчедан, минерал из класса сульфидов с общей формулой вида Cu2FeSnS4. Она следует из формулы халькопирита путём замены одного атома Fe на Sn. Содержит 29,58 % Cu, 12,99 % Fe, 27,5 % Sn и 29,8 S, а также примеси Zn, Sb, Cd, Pb и Ag. Широко распространённый минерал в оловорудных месторождениях России. На ряде месторождений России (Приморье, Якутия) и Средней Азии (Таджикистан) он является существенным элементов сульфидных минералов и часто вместе с варламовитом составляет 10—40 % общего олова. Часто образует вкрапленность в сфалерите ZnS, халькопирите. Во многих случаях наблюдаются явления распада станнина с выделением касситерита.
Коллоидная форма
Коллоидные и олово-кремнистые соединения играют значительную роль в геохимии олова, хотя детально она не изучена. Значительное место в геологии элемента играют коломорфные соединения и продукты его кристаллических превращений в скрытокристаллические разности. Коломорфный касситерит рассматривается как форма выражения вязких гелеобразных растворов.
Анализ свойств соединения Sn(OH)4 и близость их к соединению Si(OH)4 выявляет способность его к полимеризации с образованием в конечном счёте соединений H2Sn k O2 k +1, Sn k O2 k −1(OH)2. В обоих случаях возможно замещение группы (ОН) на анионы F и Cl.
Имеющиеся данные говорят о том, что коллоидная форма является естественным промежуточным звеном при осаждении олова из гидротермальных растворов.
Формы нахождения олова в жидкой фазе
Наименее изученная часть геохимии олова, хотя в газово-жидких включениях установлены касситериты в виде минералов-узников (Кокорин А. М. и др., 1975). Работ по анализу конкретных оловосодержащих природных растворов нет. В основном вся информация основана на результатах экспериментальных исследований, которые говорят только о вероятных формах нахождения олова в растворах. Существенную роль в разработке методики этих исследований принадлежит академику В. Л. Барсукову.
Вся совокупность экспериментально установленных форм нахождения олова в растворах разбивается на группы:
Промышленные типы месторождений олова
Описанные выше геохимические особенности олова находят косвенное отражение в формационной классификации оловорудных месторождений, предложенной Е. А. Радкевич с последующими дополнениями.
А. Формация оловоносных гранитов. Касситерит установлен в акцессорной части гранитов. Б. Формация редкометальных гранитов. Это граниты литионит-амазонит-альбитового типа (апограниты по А. А. Беусу). Касситерит в акцессорной части вместе колумбит-татнатлитом, микролитом и прочими. В. Формация оловоносных пегматитов. Оловянная минерализация характерна для Be-Li-, Be-Ta-, F-Li- типов. Г. Формация полевошпат-кварц-касситеритовая. Выделена Ив. Ф. Григорьевым. Это кварц-полевошпатовые жилы с касситеритом и другими минералами. Д. Формация кварц-касситеритовая. Распространена на северо-востоке России. Это жильные зоны, грейзены с кварцем, мусковитом, вольфрамитом, касситеритом и другим. Е. Формация касситерит-силикатно-сульфидная с турмалиновым и хлоритовым типами. Одна из основных продуктивных формаций Приморья России. Ж. Формация касситерит-сульфидная. Также основная оловопродуктивная формация. В ней выделяют основные типы: 1) штокверковое олово-вольфрамовое оруденение; 2) рудные тела квар-касситерит-арсенопиритового типа; 3) продуктивные кварцевые жилы сульфидно-касситерит-хлоритового типа. З. Формация оловянно-скарновая. И. Формация деревянистого олова (риолитовая формация). К. Формация основных и ультраосновных пород (по И. Я. Некрасову). Л. Формация щелочных пород Украины (по В. С. Металлиди, 1988).
Производство
В процессе производства рудоносная порода (касситерит) подвергается дроблению до размеров частиц в среднем
Применение
Физиологическое действие
Вредные примеси, содержащиеся в олове в обычных условиях хранения и применения, в том числе в расплаве при температуре до 600 °C, не выделяются в воздух в объёмах, превышающих предельно допустимую концентрацию (в частности, определенную по ГОСТ 12.1.005—76. Длительное (в течение 15—20 лет ) воздействие пыли олова оказывает фиброгенное воздействие на лёгкие и может вызвать заболевание работающих пневмокониозом.