Реакция олова с соляной кислотой уравнение реакции

Олово: степени окисления и реакции с ним

Химические свойства олова

Олово – это легкий металл с атомным номером 50, который находится в 14-й группе периодической системы элементов. Этот элемент был известен еще в древности и считался одним из самых редких и дорогих металлов, поэтому изделия из олова могли позволить себе самые богатые жители Римской Империи и Древней Греции. Из олова изготавливали специальную бронзу, которой пользовались еще в третьем тысячелетии до нашей эры. Тогда бронза была самым прочным и популярным сплавом, а олово служило одной из примесей и использовалось более двух тысяч лет.

На латыни этот металл называли словом «stan­num», что означает стойкость и прочность, однако таким названием ранее обозначался сплав свинца и серебра. Только в IV веке этим словом начали называть само олово. Само же название «олово» имеет множество версий происхождения. В Древнем Риме сосуды для вина делались из свинца. Можно предположить, что оловом называли материал свинец, из которого изготавливали сосуды для хранения напитка оловина, употребляемого древними славянами.

В природе этот металл встречается редко, по распространенности в земной коре олово занимает всего лишь 47-е место и добывается из касситерита, так называемого оловянного камня, который содержит около 80 процентов этого металла.

Применение в промышленности

Так как олово является нетоксичным и весьма прочным металлом, он применяется в сплавах с другими металлами. По большей части его используют для изготовления белой жести, которая применяется в производстве банок для консервов, припоев в электронике, а также для изготовления бронзы.

Физические свойства олова

Этот элемент представляет собой металл белого цвета с серебристым отблеском.

Если нагреть олово, можно услышать потрескивание. Этот звук обусловлен трением кристалликов друг о друга. Также характерный хруст появится, если кусок олова просто согнуть.

Олово весьма пластично и ковко. В классических условиях этот элемент существует в виде «белого олова», которое может модифицироваться в зависимости от температуры. Например, на морозе белое олово превратится в серое и будет иметь структуру, схожую со структурой алмаза. Кстати, серое олово очень хрупкое и буквально на глазах рассыпается в порошок. В связи с этим в истории есть терминология «оловянная чума».

Раньше люди не знали о таком свойстве олова, поэтому из него изготавливались пуговицы и кружки для солдат, а также прочие полезные вещи, которые после недолгого времени на морозе превращались в порошок. Некоторые историки считают, что именно из-за этого свойства олова снизилась боеспособность армии Наполеона.

Получение олова

Основным способом получения олова является восстановление металла из руды, содержащей оксид олова(IV) с помощью угля, алюминия или цинка.

Особо чистое олово получают электрохимическим рафинированием или методом зонной плавки.

Химические свойства олова

При комнатной температуре олово довольно устойчиво к воздействию воздуха или воды. Это объясняется тем, что на поверхности металла возникает тонкая оксидная пленка.

На воздухе олово начинает окисляться только при температуре свыше 150 °С:

Если олово нагреть, этот элемент будет реагировать с большинством неметаллов, образуя соединения со степенью окисления +4 (она более характерна для этого элемента):

Взаимодействие олова и концентрированной соляной кислоты протекает довольно медленно:

Sn + 4HCl → H₂[SnCl₄] + H₂

С концентрированной серной кислотой олово реагирует очень медленно, тогда как с разбавленной в реакцию не вступает вообще.

Очень интересна реакция олова с азотной кислотой, которая зависит от концентрации раствора. Реакция протекает с образованием оловянной кислоты, H₂S­nO₃, которая представляет собой белый аморфный порошок:

3Sn + 4H­NO₃ + nH₂O = 3H₂S­nO₃·nH₂O + 4NO

Если же олово смешать с разбавленной азотной кислотой, этот элемент будет проявлять металлические свойства с образованием нитрата олова:

4Sn + 10H­NO₃ = 4Sn(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + 3H₂O

Нагретое олово нагреть может реагировать со щелочами с выделением водорода:

Sn + 2KOH + 4H₂O = K₂[Sn(OH)₆] + 2H₂

Здесь вы найдете безопасные и очень красивые эксперименты с оловом.

Степени окисления олова

В простом состоянии степень окисления олова равняется нулю. Также Sn может иметь степень окисления +2: оксид олова(II) SnO, хлорид олова(II) SnCl₂, гидроксид олова(II) Sn(OH)₂. Степень окисления +4 наиболее характерна для оксида олова(IV) SnO₂, галогенидах(IV), например хлорид SnCl₄, сульфид олова(IV) SnS₂, нитрид олова(IV) Sn₃N₄.

Олово (Stannum)

Ат. вес 118,70. Олово не принадлежит к числу широко распространенных металлов (содержание его в земной коре определяется в 8•10 -3 весовых процента), но оно легко выплавляется из руд и поэтому стало известно человеку со времен глубокой древности; человек пользовался оловом в виде его сплава с медью (бронзы) уже в самом начале своей культурной жизни (бронзовый век). Олово изредка находится в природе в самородном состоянии, обыкновенно же оно встречается в виде кислородного соединения SnO₂ — оловянного камня, из которого и получается посредством восстановления углем.

Крупнейшие месторождения оловянных руд находятся в Малайе, Вьетнаме, Боливии и Индонезии. В СНГ оловянные руды промышленного значения имеются в Восточной Сибири и в Якутской АССР.

Выплавка олова в капиталистических странах составила в 1954 г. 178 тыс. г.

В свободном состоянии олово — серебристо-белый мягкий металл уд. веса 7,30, плавящийся при 231,9° и обладающий ясно выраженным кристаллическим строением. При сгибании палочки олова слышится характерный треск, вероятно, вследствие трения отдельных кристаллов друг о друга. Олово обладает мягкостью и тягучестью и легко может быть прокатано в тонкие листы, называемые оловянной фольгой или станиолем.

Кроме обыкновенного белого олова, кристаллизующегося в тетрагональной системе, существует еще другое видоизменение олова, представляющее собой серый кристаллический порошок уд. веса 5,7. Уже давно были известны случаи, когда на оловянных предметах, долго остававшихся на сильном морозе, появлялись серые пятна. Это явление получило название оловянной чумы. Впоследствии было установлено, что обыкновенное олово устойчиво только при температуре выше 13,2°; ниже % этой температуры оно может превращаться в серое олово. Чем ниже температура, тем быстрее идет превращение. При нагревании серое олово снова переходит в белое. Появление оловянной чумы резко ускоряется при «заражении» олова некоторыми веществами, например серым оловом.

Если нагреть олово выше 161°, то оно переходит в третью (ромбическую) модификацию. В таком виде оно очень хрупко, легко растирается в порошок, а при падении с небольшой высоты разбивается на мелкие куски.

На воздухе олово при обыкновенной температуре не окисляется, но нагретое выше температуры плавления постепенно превращается в двуокись олова SnO₂. Вода не действует на олово. Разбавленные кислоты действуют на него очень медленно, что обусловливается незначительной разностью нормальных потенциалов олова и водорода . Легче всего растворяется олово в концентрированной соляной кислоте.

Очень энергично реагирует олово также и с концентрированной азотной кислотой, превращающей его в белый, нерастворимый в воде порошок — так называемую β -оловянную кислоту.

Олово

Общие сведения и методы получения

Олово ( Sn )—серебристо-белый блестящий металл с голубоватым от­тенком. Известно с глубокой древности, начало промышленного приме­нения относится к XIV в.

Содержание олова в земной коре 4*10 —3 % (по массе). Всего извест­но 16 оловосодержащих минералов, представленных оксидами, сульфи­дами, силикатами, тиостаннатами, боратами, танталитами. Промышлен­ное значение имеют касситерит (оловянный камень) Sn 0₂ и станнин (оловянный колчедан) CuS — FeS — SnS ₂ .

Олово получают нз руд, содержащих касситерит; руды, содержащие олово в виде станнина, в промышленном масштабе не разрабатываются. Руду обогащают методами гравитационного разделения, флотации и магнитной сепарации. Концентрат подвергают предварительной очистке от примесей обжигом (для удаления серы н мышьяка), выщелачиванием соляной кислотой (для удаления железа, висмута, сурьмы, мышьяка) с последующим отделением магнетита и вольфрамита. Очищенный кон­центрат, содержащий 40—70 % Sn , плавят в смеси с углем н флюсами, получая черновой металл.

Восстановительную плавку ведут в условиях, при которых оксид олова ( Sn 0₂) восстанавливается до металла, а оксид железа (III) —до оксида (II), переходящего в шлак. Из бедных концентратов олово из­влекают хлорированием, основанным на летучести хлоридов олова.

Для получения нз чернового олова металла стандартных сортовых марок его подвергают рафинированию. Наиболее распространенные ме­тоды рафинирования — пирометаллургическое (огневое), вакуумное, электролитическое.

Огневое рафинирование состоит из ряда последовательных операций, в каждой из которых удаляется одна-две примеси. От железа черное олово очищают медленным охлаждением расплава и отфильтрованием выпадающих в осадок интерметаллидов, от меди — добавлением в рас­плав серы и отделением всплывающих ее сульфидов, от мышьяка и сурьмы — введением в расплав алюминия и удалением всплывающих интерметаллидов AlSb и AlAs , от свинца — присадкой хлористого олова, которое взаимодействует со свинцом, образуя удаляемый хлористый свинец. Огневым рафинированием получают металл марки 01, повторе­нием цикла рафинирования —металл марки 01пч.

Вакуумная дистилляция позволяет наиболее эффективно удалять свинец, висмут, а также заметное количество алюминия, кальция, индия.

Прн электролитическом рафинировании достигается высокое прямое извлечение олова в катодный металл, основная масса примесей концент­рируется при этом в одном продукте — шламе. Олово высокой чистоты (99,999 %) получают зонной плавкой в кварцевых или графитовых кю­ветах

Олово всех марок изготавливают в виде чушек, олово марки ОВЧ-000— также в слитках, в виде прутков, а марок 01пч н 01—в виде блоков, пригодных для механизированной транспортировки. Олово следует хранить в закрытом помещении при температуре не ниже 12 «С. В случае обнаружения на олове признаков «оловянной чумы» все слит­ки направляют на переплавку.

Атомные характеристики. Атомный номер 50, атомная масса 118,69 а. е. м, атомный объем 16,29-10^ 6 м 3 /моль, атомный раднус 0,158 п v , ионный радиус Sn 2+ 0,093 им, Sn ‘ ,+ 0,071 нм. Конфигурация внешних электронных оболочек атома олова 5 s 2 5р 2 . Электроотрица-телыюсть 1,8. Природное олово состоит из десяти изотопов: 112 Sn (0,95%), 1,4 Sn (0,65%), «» Sn (0,34%), 116 Sn (14,24%), ‘» Sn (7,57%), ,18 Sn (24,01%), «» Sn (8,58%), 120 Sn (32,97 %), 122 Sn (4,71%), ,2 » Sn (5,98 %). Последний изотоп слабо радиоактивен.

В соединениях проявляет степень окисления +2 и +4. Нормальный электродный потенциал реакции Sn —2 e ** Sn 2 +ф₀=—0,136 В, окисли­тельно-восстановительный потенциал +0,15. Электрохимический эквива­лент олова составляет 0,61388 мг/Кл (степень окисления +2); 0,30833 мг/Кл (степень окисления +4).

В атмосферных условиях олово устойчиво, скорость коррозии в за­крытом помещении 0,0004 г/(м 2 -сут), в промышленной атмосфере 0,0067 г/(м 2 -сут), в морской атмосфере 0,011 г/(см 2 -сут).

В мягкой пресной н дистиллированной воде олово не корродирует, в жесткой воде при рН = 7,4 и 8,6 скорость коррозии соответственно равна 0,001 н 0,0045 г/(м 2 -сут). В минеральных и галогеноводородных кислотах олово в присутствии кислорода и при повышенной температу­ре корродирует быстро. Плавиковая и циаинсто-водородная (синильная) кислоты действуют на олово медленно; в лимонной и уксусной кисло­тах при концентрации их

0,75 % и комнатной температуре скорость коррозии 0,05—0,1 г/(м 2 -сут). В молочной и масляной кислотах кон­центрацией

1 % при комнатной температуре коррозия незначительна. Олеиновая, стеариновая и щавелевая кислоты сильно действуют иа оло­во при высоких температурах. Коррозия олова под воздействием фрук­товых соков при комнатной температуре составляет 0,1—2,5 г/(м 2 -сут), при температуре кипения возрастает более чем в 10 раз. Смазочные ма­сла, бензин, керосин на олово практически не влияют. Олово сильно кор­родирует в хлоре, броме и иоде при комнатной температуре, а во фторе при температуре выше 100 °С.

Разбавленные соляная и серная кислоты слабо взаимодействуют с оловом. В концентрированных растворах этих кислот, особенно при на­греве, олово быстро растворяется.

При взаимодействии олова с соляной кислотой образуется хлорид олова (II), а с серной — сульфат олова (IV). С азотной кислотой олово взаимодействует тем интенсивнее, чем выше концентрация кислоты и температура; в случае разбавленной кислоты образуется нитрат олова (II) [ Sn ( N 0₃)₂], а в случае концентрированной — соединения олова (IV), в основном нерастворимая 6-оловянная кислота ( H ₂ Sn 0₃).

Концентрированные щелочи также растворяют олово, прн этом об­разуются станниты — соли оловянистой кислоты H ₂ Sn 0₂.

На воздухе при комнатной температуре олово не окисляется, благо­даря наличию поверхностной пленки Sn 0₂. Выше 150°С окисляемость увеличивается с образованием SnO и Sn 0₂.

Оксид олова (II) SnO черного цвета, плотность 6,446 Мг/м 3 , темпе­ратура плавления 1040″С, температура кипения 1425°С. При нагреве до 400—500 °С SnO легко переходит к оксид олова (IV) Sn 0₂. Оксид олова (IV) представляет собой белый порошок плотностью 7,009 Мг/м 3 ; температура плавления около 2000 °С.

Сера, сероводород и сернистый газ образуют с оловом сульфиды SnS , Sn ₂ S ₃ ; SnS ₂ .

Сульфид олова (II) SnS получают нагреванием олова с серой и уг­лем примерно до 900 °С. SnS — твердое вещество синевато-черного цве­та, плотность 5,080 Мг/м 3 , температура плавления 880 °С, температура кипения 1270°С.

Сульфид олова (IV) SnS ₂ получают в виде золотисто-желтых пла­стинок нагреванием амальгамы олова с серным цветом и хлористым ам­монием до

300°С, а аморфный — нагреванием в инертном газе аморф­ного SnS с серой при —450 °С.

Сульфид олова Sn ₂ S ₃ — синевато-черные кристаллы; выше 640 °С раз­лагаются на SnS и S .

Хлорид олова (II) SnCls получают растворением олова в концентри­рованной соляной кислоте; из растворов оно кристаллизуется в виде бе­лых кристаллов SnCl ₂ -2 H ₂ 0. Плотность SnCl ₂ 3,950 Мг/м 3 ; температура плавления 247°С, температура кипения 652°С. Хлорид олова (IV) SnCl ₄ —бесцветная жидкость, сильно дымящая на воздухе, температура кипения Н4°С, температура плавления —33 °С, плотность 2,230 Мг/м 3 ; хлорид олова (IV) получают действием сухого хлора на жидкое олово.

Другие галогениды Sn (II) и Sn (IV) по способам получения и свойствам во многом сходны с хлоридами.

Гидрид олова SnH ₄ можно получить, воздействуя на кислые раство­ры солей Sn (II) цинком. Это бесцветный ядовитый газ; он сжижается при —52 °С, а при комнатной температуре постепенно разлагается на олово н водород.

С азотом и аммиаком олово ие реагирует, поэтому карбиды олова получают косвенным путем.

С фосфором олово образует белые кристаллические нерастворимые в воде фосфиды: SnP , SnP ₃ , Sn ₄ P ₃ плотностью 6,560, 4,100 и 5,181 Мг/м 3 соответственно.

С углеродом, бором, молибденом, осмием, рением и вольфрамом олово не взаимодействует. С алюминием, висмутом, кадмием, галлием, германием, индием, свинцом, кремнием, таллием и цинком образует про­стые эвтектические смеси. В твердом состоянии заметно растворяются в олове висмут, кадмий, индий, свинец, сурьма и цинк. Многие металлы в твердом олове практически не растворяются, но образуют металличе­ские соединения.

Олово хорошо поддается выдавливанию ка прутки и проволоку, а также прокатке и ковке. Волочение и вытяжка затруднены, так как оло­во не упрочняется при комнатной температуре, что приводит к обрывам в местах уменьшенного сечения При изготовлении фольги для улучше­ния обрабатываемости давлением добавляют сурьму. Линейная усадка олова 2,7 %, объемная усадка 2,8 %, жидкотекучесть 80 см. Обрабаты­ваемость резанием олова удовлетворительная, свариваемость хорошая, возможна пайка мягким припоем.

Рекристаллизация деформированного олова начинается при комнат­ной температуре; температура рекристаллизации олова при наличии при­месей сурьмы, свинца, висмута, меди и алюминия повышается в порядке последовательности перечисления этих элементов.

Олово применяют главным образом дли производства белой жести, раз­личных припоев, баббитов, предохранительных легкоплавких сплавов, бронз, латуней, для изготовления фольги и типографских сплавов. Оло­во высокой чистоты используют в полупроводниковой технике.

Олово имеет высокую химическую стойкость, соли его безвредны, поэтому этот металл широко применяют для лужения консервных ба­нок и пищевой посуды. Оксид олова (IV) используют в производстве эмалей и глазурей, для полирования стекла. Оксид олова (II) приме­няют для получения рубинового стекла. Кристаллическое SnS ₂ («су­сальное золото») входит в состав красок, имитирующих позолоту. Оло­во является основной легирующей добавкой к серебряным сплавам, применяемым в медицине.