Реферат: Олово

Загальні відомості2

Як одержують олово з руд… 2

Ще одне джерело… 3

Олово у сплавах… 4

Сполуки з неметалами… 5

Про оловоорганіку… 6

Про сіре олово… 7

Ще раз про дефіцит… 8

Додаткова інформація… 9

ІЗОТОПИ.9

ЧОМУБРОНЗУ НАЗВАЛИ БРОНЗОЮ?… 9

НАЧЕСТЬ ВИНАХІДНИКА… 9

ЖЕРСТЬДЛЯ КОНСЕРВУВАННЯ.9

Загальнівідомості

Олово – один з небагатьох металів,відомих людині ще з доісторичних часів. Олово і мідь були відкриті ранішезаліза, а їхній сплав, бронза, – це, очевидно, найперший «штучний» матеріал,перший матеріал, виготовлений людиною.

Результати археологічних розкопокдозволяють вважати, що ще за п'ять тисячоліть до нашої ери люди уміливиплавляти й чисте олово. Відомо, що древні єгиптяни олово для виробництвабронзи возили з Персії.

За назвою «трапові» цей метал описаний удавньоіндійській літературі. Латинська назва олова stannum походить відсанскритського «ста», що означає «твердий».

Згадування про олово зустрічається й уГомера. Майже за десять століть до нової ери фінікійці доставляли олов'яну рудуз Британських островів, що називалися тоді Касситеридами. Звідси назвакаситериту – найважливішого з мінералів олова; сполука його SnО2. Інший важливий мінерал – станин, або олов'яний колчедан: Cu2FeSn4. Інші 14 мінералів елементу № 50 зустрічаються набагато рідше і промислового значення не мають.

Між іншим, наші предки мали у своємурозпорядженні багатші олов'яні руди, ніж ми. Можна було виплавляти металбезпосередньо з руд, що знаходяться на поверхні Землі і збагачених у ходіприродних процесів вивітрювання і вимивання. У наш час таких руд уже немає. Усучасних умовах процес одержання олова багатоступінчастий і трудомісткий. Руди,з яких виплавляють олово тепер, складні за складом, окрім елемента № 50 (у виді окислу або сульфіду) у них звичайно присутні кремній, залізо, свинець, мідь, цинк,миш'як, алюміній, кальцій, вольфрам та інші елементи. Нинішні олов'яні рудирідко містять більше 1 % Sn. Це значить, що для одержання кілограму олованеобхідно добути і переробити щонайменше центнер руди.

/>Якодержують олово з руд

Виробництво елементу № 50 з руд і розсипів завжди починається зі збагачення. Методи збагачення олов'яних руд досить різноманітні.Застосовують, зокрема, гравітаційний метод, заснований на розходженні густиниосновного і супутнього мінералів. При цьому не можна забувати, що супутнідалеко не завжди бувають порожньою породою. Часто вони містять коштовні метали,наприклад вольфрам, титан, лантаноїди. У таких випадках з олов'яної рудинамагаються витягти усі цінні компоненти.

Сполука отриманого олов'яногоконцентрату залежить від сировини й від того, яким способом цей концентратодержували. Вміст олова в ньому коливається від 40 до 70 %. Концентрат направляють у печі для випалу (при 600– 700° С), де з нього віддаляютьсявідносно леткі домішки миш'яку та сірки. А велику частину заліза, сурми,вісмуту і деяких інших металів уже після випалу виділяють соляною кислотою.Після того як це зроблено, залишається відокремити олово від кисню і кремнію.Тому остання стадія виробництва чорнового олова – плавка з вугіллям і флюсами увідбивних або електричних печах. З фізико-хімічної точки зору цей процесаналогічний доменному: вуглець «віднімає» в олова кисень, а флюси перетворюютьдвоокис кремнію в легкий у порівнянні з металом шлак.

У чорновому олові домішок ще доситьбагато: 5– 8 %. Щоб одержати метал сортових марок (96,5–99,9 % Sn), використовують вогневе або рідше електролітичне рафінування. А потрібне напівпровідниковійпромисловості олово чистотою майже шість дев'яток – 99,99985 % Sn – одержують переважно методом зонної плавки.

/>Ще однеджерело

Для того, щоб одержати кілограм олова,не обов'язково переробляти центнер руди. Можна вчинити інакше: «обдерти» 2000 старих консервних банок.

Усього лише півграма олова приходитьсяна кожну банку. Але помножені на масштаби виробництва ці «півграми»перетворюються в десятки тонн… Частка «вторинного» олова в промисловостікапіталістичних країн становить приблизно третину загального виробництва. Унашій країні працюють десятки промислових установок по регенерації олова.

Як же знімають олово з білої жерсті?Механічними способами зробити це майже неможливо, тому використовуютьрозходження в хімічних властивостях заліза й олова. Найчастіше жерстьобробляють газоподібним хлором. Залізо під час відсутності вологи з ним нереагує. Олово ж з'єднується з хлором дуже легко. Утвориться паруюча рідина –хлорне олово SnCl4, що застосовують у хімічній і текстильнійпромисловості або відправляють у електролізер, щоб одержати там з ньогометалічне олово. І знову почнеться «круговерть»: цим оловом покриють сталевіаркуші, одержать білу жерсть. З неї зроблять банки, банки заповнять їжею йзакриють. Потім їх розкриють, консерви з'їдять, банки викинуть. А потім вони(не всі, на жаль) знову потраплять на заводи «вторинного» олова.

Інші елементи роблять круговорот уприроді за участю рослин, мікроорганізмів і т. д. Круговорот олова –справа рук людських.

/>Олово усплавах

На консервні банки йде приблизно половина світового виробництваолова. Інша половина – у металургію, для одержання різних сплавів. Ми не будемодокладно розповідати про найвідоміший зі сплавів олова – бронзу, адресуючичитачів до статті про мідь – інший найважливіший компонент бронзи. Це тимбільше виправдано, що є безолов'яні бронзи, але немає «безмідних». Одна зголовних причин – створення безолов'яних бронз – дефіцитність елементу № 50. Проте бронза, що містить олово, як і раніше залишається важливим матеріалом і длямашинобудування, і для мистецтва.

Техніка бідує й в інших олов'яних сплавах. Їх, щоправда, майже незастосовують як конструкційні матеріали: вони недостатньо міцні і занадтодороги. Зате в них є інші властивості, що дозволяють вирішувати важливітехнічні задачі при порівняно невеликих витратах матеріалу.

Найчастіше олов'яні сплави застосовують як антифрикційні матеріалиабо припої. Перші дозволяють зберігати машини й механізми, зменшуючи втрати натертя; другі з'єднують металеві деталі.

З усіх антифрикційних сплавів найкращими властивості маютьолов'яні бабіти, у складі яких до 90 % олова. М'які і легкоплавкісвинцевоолов’яні припої добре змочують поверхню більшості металів, мають високупластичність. Однак область їхнього застосування обмежується через недостатнюмеханічну міцність самих припоїв.

Олово входить також до складу типографського сплаву гарту.Нарешті, сплави на основі олова дуже потрібні електротехніці. Найважливішийматеріал для електроконденсаторів – станіоль; це майже чисте олово, перетворенев тонкі аркуші (частка інших металів у станіолі не перевищує 5 %).

Між іншим, багато сплавів олова – справжні хімічні сполукиелемента № 50 з іншими металами. Сплавляючись, олово взаємодіє зкальцієм, магнієм, цирконієм, титаном, багатьма рідкоземельними елементами.Сполуки, що утворюються при цьому, відрізняються досить великою тугоплавкістю.Так, станід цирконію Zr3Sn2 плавиться лише при 1985° С. І «винна» тут не тільки тугоплавкість цирконію, але і характер сплаву, хімічний зв'язокміж утворюючими його речовинами. Або інший приклад. Магній до числа тугоплавкихметалів не віднесеш, 651° С – далеко не рекордна температура плавлення. Оловоплавиться при ще більш низькій температурі – 232° С. А їхній сплав – сполука Mg2Sn – має температуру плавлення 778° С.

Той факт, що елемент № 50 утворює досить численні сплави такого роду, змушує критично поставитися до твердження, що лише 7 % виробленого у світі олова витрачається у вигляді хімічних сполук. Певно, мова тут йдетільки про сполуки з неметалами.

/>Сполуки знеметалами

З цих речовин найбільше значення мають хлориди.

У тетрахлориді олова SnCl4 розчиняютьсяйод, фосфор, сірка, багато органічних речовин. Тому і використовують йогоголовним чином як досить специфічний розчинник. Дихлорид олова SnCl2 застосовують як протравлення при фарбуванні і як відновник при синтезіорганічних барвників. Ті ж функції в текстильному виробництві ще в однієїсполуки елемента № 50– станату натрію Na2SnО3. Крім того, з його допомогою збільшують масу шовку.

Промисловість обмежено використовує йокисли олова. SnО застосовують для одержання рубінового скла, a SnО2 – білої глазурі. Золотаво-жовті кристали дисульфіду олова SnО нерідконазивають сухозлітним золотом, яким «золотять» дерево, гіпс. Це, якщо можна таквиразитися, «найантисучасніше» застосування сполук олова. А найсучасніше?

Якщо мати на увазі тільки сполуки олова,то це застосування станату барію BaSnО3 у радіотехніку якчудовий діелектрик. А один з ізотопів олова зіграв помітну роль при вивченніефекту Месбауера – явища, завдяки якому був створений новий метод дослідження –гамма-резонансна спектроскопія. І це не єдиний випадок, коли древній металпослужив службу сучасній науці.

На прикладі сірого олова – однієї з модифікацій елемента № 50 – був виявлений зв'язок між властивостями і хімічною природою напівпровідникового матеріалу.І це, певно, єдине, за що сіре олово можна пом'янути добрим словом: шкоди вонопринесло більше, ніж користі. Ми ще повернемося до цього різновиду елемента№ 50 після розповіді про ще одну велику і важливу групу сполук олова.

/>Прооловоорганіку

Органічних сполук, до складу яких входить олово, відомо безліч.Перша з них отримана ще в 1852 р.

Спочатку речовини цього класу одержували лише одним способом – вобмінній реакції між неорганічними сполуками олова і реактивами Гриньяра. Осьприклад такої реакції:

SnCl4 + 4RMg è SnR + 4MgCl2

(R тут – вуглеводневий радикал).

Вперше інтерес до оловоорганіки виник уроки першої світової війни. Майже всі органічні сполуки олова, отримані на тойчас, були токсичні. Як отруйні речовини ці сполуки не були використані, їхтоксичністю для комах, цвілевих грибків, шкідливих мікробів скористалисяпізніше. На основі ацетату трифенілолова (С6Н5)3SnООССН3 був створений ефективний препарат дляборотьби з грибковими захворюваннями картоплі та цукрового буряка. У цьогопрепарату виявилася ще одна корисна властивість: він стимулював ріст і розвитокрослин.

Для боротьби з грибками, що розвиваються в апаратахцелюлозно-паперової промисловості, застосовують іншу речовину – гідроокистрибутилолова (C4H9)3SnOH. Це набагато підвищує продуктивність апаратури.

Чимало «професій» у дилауринатудибутилолова (С4H9)2Sn (ОСОС11Н23)2.<sub/>Його використовують у ветеринарній практиціяк засіб проти гельмінтів (глистів). Ця ж речовина широко застосовується ухімічній промисловості як стабілізатор полівінілхлориду й інших полімернихматеріалів і як каталізатор. Швидкість реакції утворення уретанів (мономериполіуретанових каучуків) у присутності такого каталізатора зростає в 37 тис. раз.

На основі оловоорганічних сполукстворені ефективні інсектициди; оловоорганічне скло надійно захищає відрентгенівського опромінення, полімерними свинець- та оловоорганічними фарбамипокривають підводні частини кораблів, щоб на них не наростали молюски.

Усе це сполуки чотирьохвалентного олова.Обмежені рамки статті не дозволяють розповісти про багато інших кориснихречовин цього класу.

Органічні сполуки двовалентного олова,напроти, нечисленні і практичне застосування поки майже не знаходять.

/>Про сіреолово

Морозною зимою 1916 р. партія олова була відправлена по залізниці з Далекого Сходу в європейську частину Росії. Алена місце прибули не сріблясто-білі зливки, а переважно дрібний сірий порошок.

За чотири роки до цього відбуласякатастрофа з експедицією полярного дослідника Роберта Скотта. Експедиція, щонаправлялася до Південного полюса, залишилася без палива: воно витекло ззалізних судин крізь шви, пропаяні оловом.

Приблизно в ті ж роки до відомогоросійського хіміка В. В. Марковникова звернулися з інтендантства зпроханням пояснити, що відбувається з лудженими чайниками, якими постачалиросійську армію. Чайник, що принесли в лабораторію як наочний приклад, бувпокритий сірими плямами і наростами, що обсипалися навіть при легкомупостукуванні рукою. Аналіз показав, що і пил, і нарости складалися тільки золова, без будь-яких домішок. Що ж відбувалося з металом у всіх цих випадках?

Як і багато інших елементів, олово має трохи алотропічнихмодифікацій, кілька станів. (Слово «алотропія» перекладається з грецької як «іншавластивість», «інший поворот»). При нормальній плюсовій температурі олововиглядає так, що ніхто не може засумніватися в приналежності його до класуметалів. Білий метал, пластичний, ковкий. Кристали білого олова (його називаютьще бета-оловом) тетрагональні. Довжина ребер елементарних кристалічних ґрат – 5,82 і 3,18 А. Але при температурі нижче 13,2° С «нормальний» стан олова інший. Ледь досягають цей температурний поріг, у кристалічній структурі олов'яногозливка починається перебудова. Біле олово перетворюється в порошкоподібне сіре,або альфа-олово, і чим нижче температура, тим більше швидкість цьогоперетворення. Максимуму вона досягає при мінус 39° С.

Кристали сірого олова кубічноїконфігурації; розміри їхніх елементарних осередків більше – довжина ребра 6,49 А. Тому густина сірого олова помітно менша, ніж білого: 5,76 і 7,3 г/см3 відповідно.

Результат перетворення білого олова всіре іноді називають «олов'яною чумою». Плями і нарости на армійських чайниках,вагони з олов'яним пилом, шви, що стали проникними для рідини – наслідки цієї«хвороби».

Чому зараз не трапляються подібніісторії? Тільки по одній причині: олов'яну чуму навчилися «лікувати». З'ясованаїї фізико-хімічна природа, встановлено, як впливають на сприйнятливість металудо «чуми» ті або інші добавки. Виявилося, що алюміній і цинк сприяють цьомупроцесові, а вісмут, свинець і сурма, навпаки, протидіють йому.

/>Ще раз продефіцит

Часто статті про елементи закопчуютьсяміркуваннями автора про майбутнє свого «героя». Як правило, малюється воно врожевому світлі. Автор статті про олово позбавлений цієї можливості: майбутнєолова – металу, безсумнівно, дуже корисного – неясно. Неясно тільки по однійпричині.

Кілька років тому американське Гірськебюро опублікувало розрахунки, з яких випливало, що розвіданих запасів елемента№ 50 вистачить світові якнайбільше на 35 років. Правда, уже після цього було знайдено кілька нових родовищ, у тому числі найбільше в Європі,розташоване на території Польщі. І проте дефіцит олова продовжує тривожитифахівців.

Тому, закінчуючи розповідь про елемент№ 50, ми хочемо ще раз нагадати про необхідність заощаджувати і берегтиолово.

Недостача цього металу хвилювала навітькласиків літератури. Пам’ятаєте в Андерсена? «Двадцять чотири солдатики булизовсім однакові, а двадцять п'ятий солдатик був одноногий. Його відливалиостаннім, і олова небагато не вистачило». Тепер олова не вистачає не небагато.Недарма навіть двоногі олов'яні солдатики стали рідкістю – частішезустрічаються пластмасові. Але при всій повазі до полімерів замінити олово вониможуть далеко не завжди.

/>Додатковаінформація

/>ІЗОТОПИ. Олово – один із «багатоізотопних» елементів: природне оловоскладається з десяти ізотопів з масовими числами 112, 114–120, 122 і 124. Найпоширеніший з них 120Sn, на його частку приходиться близько 33 % усього земного олова. Майже в 100 разів менше олова-115 – найрідкіснішого ізотопу елемента № 50. Ще 19 ізотопів олова з масовими числами 106–111, 113, 121, 123, 125–134 отримані штучно. Час життя цихізотопів далеко не однаковий. Так, олово-123 має період напіврозпаду 136 днів, а олово-132 всьго 2,2 хвилини.

/>ЧОМУ БРОНЗУ НАЗВАЛИ БРОНЗОЮ? Слово «бронза» майже однаково звучить на багатьох європейськихмовах. Його походження пов'язують з назвою невеликого італійського порту наберезі Адріатичного моря – Бриндизи. Саме через цей порт доставляли бронзу доЄвропи в старовину, і в Давньому Римі цей сплав називали «ес бриндиси» – мідьіз Бриндизи.

/>НА ЧЕСТЬ ВИНАХІДНИКА. Латинське слово frictio означає «тертя». Звідси назваантифрикційних матеріалів, тобто матеріалів «проти тертя». Вони малостираються, відрізняються м'якістю і тягучістю. Головне їхнє застосування –виготовлення підшипникових вкладишів. Перший антифрикційний сплав на основіолова і свинцю запропонував у 1839 р. інженер Бабіт. Звідси назва великоїі дуже важливої групи антифрикційних сплавів – бабітів.

/>ЖЕРСТЬ ДЛЯ КОНСЕРВУВАННЯ. Спосіб тривалого збереження харчових продуктів консервуванням убанках з білої жерсті, покритої оловом, першим запропонував французький кухарФ. Аппер у 1809 р.»