Pierwiastek chemiczny cyna. Właściwości i zastosowanie cyny. Struktura atomu cyny Cyna zgodnie z odczytaniem

Lekki metal nieżelazny, prosta substancja nieorganiczna. W układzie okresowym jest oznaczony jako Sn, stannum. W tłumaczeniu z łaciny oznacza „trwały, odporny”. Początkowo słowem tym określano stop ołowiu i srebra, dopiero znacznie później zaczęto nazywać w ten sposób czystą cynę. Słowo „cyna” ma słowiańskie korzenie i oznacza „biały”.

Metal jest pierwiastkiem śladowym i nie jest najpowszechniejszym na ziemi. Występuje w przyrodzie w postaci różnych minerałów. Najważniejsze dla górnictwa przemysłowego: kasyteryt – kamień cynowy i stanina – piryt cynowy. Cynę ekstrahuje się z rud zawierających zwykle nie więcej niż 0,1% tej substancji.

Właściwości cyny

Lekki, miękki, ciągliwy metal o srebrzystobiałej barwie. Posiada trzy modyfikacje strukturalne, przechodzi ze stanu α-cyny (cyna szara) do β-cyny (cyna biała) w temperaturze +13,2°C i do stanu γ-cyny w temperaturze +161°C. Modyfikacje znacznie różnią się właściwościami. α-cyna to szary proszek zaliczany do półprzewodników, β-cyna („zwykła cyna” w temperaturze pokojowej) to srebrzysty, plastyczny metal, a γ-cyna to biały, kruchy metal.

W reakcjach chemicznych cyna wykazuje polimorfizm, czyli właściwości kwasowe i zasadowe. Odczynnik jest dość obojętny w powietrzu i wodzie, ponieważ szybko pokrywa się trwałą warstwą tlenku, która chroni go przed korozją.

Cyna łatwo reaguje z niemetalami, ale trudno ze stężonym kwasem siarkowym i solnym; nie wchodzi w interakcję z tymi kwasami w stanie rozcieńczonym. Reaguje ze stężonym i rozcieńczonym kwasem azotowym, ale na różne sposoby. W jednym przypadku otrzymuje się kwas cynowy, w drugim azotan cyny. Reaguje z alkaliami tylko po podgrzaniu. Z tlenem tworzy dwa tlenki o stopniach utlenienia 2 i 4. Jest podstawą całej klasy związków cynoorganicznych.

Wpływ na organizm ludzki

Cyna jest uważana za bezpieczną dla człowieka, jest obecna w naszym organizmie i na co dzień dostarczamy ją w minimalnych ilościach z pożywieniem. Jej rola w funkcjonowaniu organizmu nie została dotychczas zbadana.

Opary cyny i jej cząsteczki aerozolu są niebezpieczne, ponieważ przy długotrwałym i regularnym wdychaniu mogą powodować choroby płuc; Organiczne związki cyny są również trujące, dlatego podczas pracy z nią i jej związkami należy nosić sprzęt ochronny.

Związek cyny, taki jak wodór cyny, SnH 4, może spowodować poważne zatrucie podczas jedzenia bardzo starych konserw, w których kwasy organiczne przereagowały z warstwą cyny na ściankach puszki (puszka, z której wykonane są puszki, jest cienką blacha żelazna obustronnie pokryta cyną). Zatrucie wodorem cyną może być nawet śmiertelne. Objawy obejmują drgawki i uczucie utraty równowagi.

Gdy temperatura powietrza spadnie poniżej 0°C, biała cyna przekształca się w modyfikację szarej cyny. W tym przypadku objętość substancji wzrasta o prawie jedną czwartą, produkt cynowy pęka i zamienia się w szary proszek. Zjawisko to zaczęto nazywać „dżumą cyny”.

Niektórzy historycy uważają, że „dżuma cynowa” była jedną z przyczyn klęski armii Napoleona w Rosji, gdyż zamieniła w proszek guziki ubiorów żołnierzy francuskich i sprzączki do pasów, działając tym samym demoralizująco na armię.

Ale oto prawdziwy fakt historyczny: wyprawa angielskiego polarnika Roberta Scotta na Biegun Południowy zakończyła się tragicznie, częściowo dlatego, że całe paliwo rozlało się z zamkniętych cyną zbiorników, stracili skutery śnieżne i nie mieli dość sił iść.

Aplikacja

Większość wytopionej cyny wykorzystywana jest w hutnictwie produkcja różnych stopów. Stopy te wykorzystywane są do produkcji łożysk, folii opakowaniowych, blachy białej, brązu, lutów, drutów i czcionek typograficznych.
- Cyna w postaci folii (staniol) jest poszukiwana przy produkcji kondensatorów, zastawy stołowej, przedmiotów artystycznych i piszczałek organowych.
- Używany do stapiania konstrukcyjnych stopów tytanu; do nakładania powłok antykorozyjnych na wyroby z żelaza i innych metali (cynowanie).
- Stop z cyrkonem ma wysoką ogniotrwałość i odporność na korozję.
- Tlenek cyny (II) - stosowany jako materiał ścierny w obróbce szkieł optycznych.
- Część materiałów używanych do produkcji baterii.
- Przy produkcji złotych farb i barwników do wełny.
- Sztuczne radioizotopy cyny są wykorzystywane jako źródło promieniowania γ w spektroskopowych metodach badawczych w biologii, chemii i materiałoznawstwie.
- Dichlorek cyny (sól cyny) stosowany jest w chemii analitycznej, w przemyśle tekstylnym do barwienia, w przemyśle chemicznym do syntezy organicznej i produkcji polimerów, w rafinacji ropy naftowej - do odbarwiania olejów, w przemyśle szklarskim - do obróbki szkła.
- Fluorek cyny i boru stosowany jest do produkcji cyny, brązu i innych stopów potrzebnych przemysłowi; do cynowania; laminowanie.

Zobacz także: Lista pierwiastków chemicznych według liczby atomowej i Alfabetyczna lista pierwiastków chemicznych Spis treści 1 Aktualnie używane symbole ... Wikipedia

Zobacz także: Lista pierwiastków chemicznych według symboli i Alfabetyczna lista pierwiastków chemicznych. Jest to lista pierwiastków chemicznych ułożona w kolejności rosnącej liczby atomowej. Tabela pokazuje nazwę elementu, symbolu, grupy i okresu w... ...Wikipedii

- (ISO 4217) Kody reprezentacji walut i funduszy (angielski) Codes pour la représentation des monnaies et types de fonds (francuski) ... Wikipedia

Najprostsza forma materii, którą można zidentyfikować metodami chemicznymi. Są to składniki substancji prostych i złożonych, reprezentujące zbiór atomów o tym samym ładunku jądrowym. Ładunek jądra atomowego zależy od liczby protonów w... Encyklopedia Colliera

Spis treści 1 Epoka paleolitu 2 X tysiąclecie p.n.e. mi. 3 IX tysiąclecie p.n.e ech... Wikipedia

Spis treści 1 Epoka paleolitu 2 X tysiąclecie p.n.e. mi. 3 IX tysiąclecie p.n.e ech... Wikipedia

Termin ten ma inne znaczenia, patrz rosyjski (znaczenia). Rosjanie... Wikipedia

Terminologia 1: : dw Numer dnia tygodnia. „1” odpowiada poniedziałkowi. Definicje terminu z różnych dokumentów: dw DUT Różnica między czasem moskiewskim a czasem UTC, wyrażona jako całkowita liczba godzin. Definicje terminu z ... ... Słownik-podręcznik terminów dokumentacji normatywnej i technicznej

Pierwiastek chemiczny cyna jest jednym z siedmiu starożytnych metali znanych ludzkości. Metal ten jest częścią brązu, który ma ogromne znaczenie. Obecnie pierwiastek chemiczny cyna stracił na popularności, ale jego właściwości zasługują na szczegółowe rozważenie i zbadanie.

Co to jest element

Znajduje się w okresie piątym, w grupie czwartej (podgrupie głównej). Układ ten wskazuje, że pierwiastek chemiczny cyna jest związkiem amfoterycznym zdolnym do wykazywania właściwości zarówno zasadowych, jak i kwasowych. Względna masa atomowa wynosi 50, dlatego uważa się go za lekki pierwiastek.

Osobliwości

Pierwiastek chemiczny cyna jest plastyczną, plastyczną, lekką substancją o srebrzystobiałym kolorze. W miarę użytkowania traci połysk, co jest uważane za wadę jego właściwości. Cyna jest metalem rozproszonym, dlatego występują trudności z jej ekstrakcją. Pierwiastek ma wysoką temperaturę wrzenia (2600 stopni), niską temperaturę topnienia (231,9 C), wysoką przewodność elektryczną i doskonałą plastyczność. Posiada wysoką odporność na rozdarcie.

Cyna jest pierwiastkiem, który nie ma właściwości toksycznych i nie ma negatywnego wpływu na organizm ludzki, dlatego jest poszukiwany w produkcji żywności.

Jakie inne właściwości ma cyna? Wybierając ten element do wykonania naczyń i rurociągów wodociągowych, nie będziesz musiał obawiać się o swoje bezpieczeństwo.

Znalezienie w ciele

Czym jeszcze charakteryzuje się cyna (pierwiastek chemiczny)? Jak odczytuje się jego formułę? Zagadnienia te poruszane są w programie nauczania w szkole. W naszym organizmie pierwiastek ten zlokalizowany jest w kościach, sprzyjając procesowi regeneracji tkanki kostnej. Zaliczana jest do makroskładników, dlatego do pełni życia człowiek potrzebuje od dwóch do dziesięciu mg cyny dziennie.

Pierwiastek ten dostaje się do organizmu w większych ilościach z pożywieniem, ale jelita wchłaniają nie więcej niż pięć procent spożycia, więc prawdopodobieństwo zatrucia jest minimalne.

Przy braku tego metalu następuje spowolnienie wzrostu, utrata słuchu, zmiany w składzie tkanki kostnej i pojawia się łysienie. Zatrucie następuje na skutek absorpcji pyłów lub oparów tego metalu, a także jego związków.

Podstawowe właściwości

Gęstość cyny jest średnia. Metal charakteryzuje się dużą odpornością na korozję, dlatego wykorzystuje się go w gospodarce narodowej. Na przykład cyna jest poszukiwana do produkcji puszek blaszanych.

Czym jeszcze charakteryzuje się cyna? Zastosowanie tego metalu opiera się również na jego zdolności do łączenia różnych metali, tworząc środowisko zewnętrzne odporne na środowiska agresywne. Na przykład sam metal jest niezbędny do cynowania artykułów gospodarstwa domowego i przyborów kuchennych, a jego luty są potrzebne w radiotechnice i elektryczności.

Charakterystyka

Pod względem właściwości zewnętrznych metal ten jest podobny do aluminium. W rzeczywistości podobieństwo między nimi jest nieznaczne, ograniczone jedynie lekkością i metalicznym połyskiem, odpornością na korozję chemiczną. Aluminium wykazuje właściwości amfoteryczne, dlatego łatwo reaguje z zasadami i kwasami.

Na przykład, jeśli aluminium zostanie wystawione na działanie kwasu octowego, obserwuje się reakcję chemiczną. Cyna natomiast może reagować tylko z mocnymi stężonymi kwasami.

Zalety i wady cyny

Metal ten praktycznie nie jest stosowany w budownictwie, gdyż nie posiada dużej wytrzymałości mechanicznej. Zasadniczo obecnie nie stosuje się czystego metalu, ale jego stopy.

Podkreślmy główne zalety tego metalu. Plastyczność ma szczególne znaczenie; wykorzystuje się ją w procesie wytwarzania artykułów gospodarstwa domowego. Na przykład stojaki i lampy wykonane z tego metalu wyglądają estetycznie.

Powłoka cyny znacznie zmniejsza tarcie, chroniąc w ten sposób produkt przed przedwczesnym zużyciem.

Wśród głównych wad tego metalu można wymienić jego niską wytrzymałość. Cyna nie nadaje się do produkcji części i komponentów wymagających znacznych obciążeń.

Wydobywanie metali

Topienie cyny odbywa się w niskiej temperaturze, ale ze względu na trudność jej ekstrakcji metal uważany jest za substancję kosztowną. Ze względu na niską temperaturę topnienia, podczas nakładania cyny na powierzchnię metalu można uzyskać znaczne oszczędności energii elektrycznej.

Struktura

Metal ma jednorodną strukturę, ale w zależności od temperatury możliwe są jego różne fazy, różniące się właściwościami. Wśród najczęstszych modyfikacji tego metalu zwracamy uwagę na wariant β, który występuje w temperaturze 20 stopni. Przewodność cieplna i temperatura wrzenia to główne cechy charakterystyczne cyny. Kiedy temperatura spada z 13,2 C, tworzy się modyfikacja α zwana szarą cyną. Forma ta nie posiada plastyczności i plastyczności oraz ma mniejszą gęstość ze względu na inną sieć krystaliczną.

Podczas przechodzenia z jednej formy do drugiej obserwuje się zmianę objętości, ponieważ występuje różnica w gęstości, co powoduje zniszczenie produktu cynowego. Zjawisko to nazywane jest „dżumą cyny”. Ta cecha prowadzi do tego, że obszar zastosowania metalu jest znacznie zmniejszony.

W warunkach naturalnych cyna występuje w skałach w postaci pierwiastka śladowego, znane są także jej formy mineralne. Na przykład kasyteryt zawiera swój tlenek, a piryt cyny zawiera jego siarczek.

Produkcja

Rudy cyny o zawartości metalu co najmniej 0,1% są uważane za obiecujące dla przetwórstwa przemysłowego. Ale obecnie eksploatowane są także złoża, w których zawartość metalu wynosi zaledwie 0,01%. Do wydobycia minerału stosuje się różne metody, biorąc pod uwagę specyfikę złoża, a także jego różnorodność.

Rudy cyny występują głównie w postaci piasków. Wydobycie sprowadza się do ciągłego jej przemywania, a także zagęszczania minerału rudy. O wiele trudniej jest zagospodarować złoże pierwotne, gdyż wymagane są dodatkowe konstrukcje, budowa i eksploatacja kopalń.

Koncentrat mineralny transportowany jest do zakładu specjalizującego się w wytopie metali nieżelaznych. Następnie ruda jest wielokrotnie wzbogacana, kruszona, a następnie myta. Koncentrat rudy odzyskuje się za pomocą specjalnych pieców. Aby całkowicie przywrócić cynę, proces ten przeprowadza się kilka razy. W końcowym etapie proces oczyszczania szorstkiej cyny z zanieczyszczeń odbywa się metodą termiczną lub elektrolityczną.

Stosowanie

Główną cechą pozwalającą na zastosowanie cyny jest jej wysoka odporność na korozję. Metal ten, podobnie jak jego stopy, należą do najbardziej odpornych związków na agresywne chemikalia. Ponad połowa całej cyny produkowanej na świecie wykorzystywana jest do produkcji blachy białej. Technologia ta, polegająca na nanoszeniu cienkiej warstwy cyny na stal, zaczęto stosować do zabezpieczania puszek przed korozją chemiczną.

Zdolność walcowania cyny wykorzystuje się do produkcji z niej cienkościennych rur. Ze względu na niestabilność tego metalu w niskich temperaturach jego zastosowanie domowe jest dość ograniczone.

Stopy cyny mają znacznie niższą przewodność cieplną niż stal, dlatego można je stosować do produkcji umywalek i wanien, a także do produkcji różnego rodzaju armatury sanitarnej.

Cyna nadaje się do produkcji drobnych artykułów dekoracyjnych i gospodarstwa domowego, wyrobu zastawy stołowej oraz tworzenia oryginalnej biżuterii. Ten matowy i kowalny metal w połączeniu z miedzią od dawna stał się jednym z najbardziej ulubionych materiałów rzeźbiarzy. Brąz łączy w sobie wysoką wytrzymałość i odporność na korozję chemiczną i naturalną. Stop ten jest poszukiwany jako materiał dekoracyjny i budowlany.

Cyna jest metalem rezonansowym tonalnie. Na przykład, gdy łączy się go z ołowiem, otrzymuje się stop, który wykorzystuje się do produkcji nowoczesnych instrumentów muzycznych. Dzwony z brązu znane są od czasów starożytnych. Do produkcji piszczałek organowych używa się stopu cyny i ołowiu.

Wniosek

Coraz większa uwaga współczesnego przemysłu na zagadnienia związane z ochroną środowiska, a także problemami związanymi z utrzymaniem zdrowia publicznego, wpłynęła na skład materiałów stosowanych w produkcji elektroniki. Wzrosło na przykład zainteresowanie technologią procesu lutowania bezołowiowego. Ołów jest materiałem powodującym znaczne szkody dla zdrowia ludzkiego, dlatego nie jest już stosowany w elektrotechnice. Wymagania dotyczące lutowania stały się bardziej rygorystyczne, a zamiast niebezpiecznego ołowiu zaczęto stosować stopy cyny.

Czysta cyna praktycznie nie jest stosowana w przemyśle, ponieważ pojawiają się problemy wraz z rozwojem „plagi cyny”. Wśród głównych obszarów zastosowań tego rzadkiego pierwiastka rozproszonego wyróżniamy produkcję drutów nadprzewodzących.

Pokrycie powierzchni stykowych czystą cyną pozwala przyspieszyć proces lutowania i chronić metal przed korozją.

W wyniku przejścia wielu producentów stali na technologię bezołowiową, do pokrywania powierzchni stykowych i przewodów zaczęto stosować cynę naturalną. Ta opcja pozwala uzyskać wysokiej jakości powłokę ochronną w przystępnej cenie. Ze względu na brak zanieczyszczeń nowa technologia jest nie tylko uważana za przyjazną dla środowiska, ale także umożliwia uzyskanie doskonałych wyników za przystępną cenę. Producenci uważają cynę za obiecujący i nowoczesny metal w elektrotechnice i elektronice radiowej.

TIN (łac. Stannum), Sn, pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 50, masie atomowej 118,710. Istnieją różne domysły na temat pochodzenia słów „stannum” i „cyna”. Łacińskie „stannum”, wywodzące się czasami od saksońskiego „sta” – mocny, twardy, pierwotnie oznaczało stop srebra i ołowiu. „Cyna” to nazwa nadana przywódcy w wielu językach słowiańskich. Być może rosyjska nazwa kojarzy się ze słowami „ol”, „cyna” - piwo, zacier, miód: do ich przechowywania używano blaszanych naczyń. W literaturze angielskiej słowo cyna jest używane do określenia cyny. Symbol chemiczny cyny Sn brzmi „cyna”.

Cyna naturalna składa się z dziewięciu stabilnych nuklidów o liczbach masowych 112 (w mieszaninie 0,96% mas.), 114 (0,66%), 115 (0,35%), 116 (14,30%), 117 (7,61%), 118 ( 24,03%), 119 (8,58%), 120 (32,85%), 122 (4,72%) i jedną słabo radioaktywną cynę-124 (5,94%). 124Sn jest emiterem b, jego okres półtrwania jest bardzo długi i wynosi T1/2 = 1016-1017 lat. Cyna znajduje się w piątym okresie w IV grupie okresowego układu pierwiastków D.I. Konfiguracja zewnętrznej warstwy elektronicznej to 5s25p2. W swoich związkach cyna wykazuje stopnie utlenienia +2 i +4 (odpowiednio wartościowość II i IV).

Promień metaliczny obojętnego atomu cyny wynosi 0,158 nm, promień jonu Sn2+ wynosi 0,118 nm, a jonu Sn4+ 0,069 nm (liczba koordynacyjna 6). Kolejne energie jonizacji obojętnego atomu cyny wynoszą 7,344 eV, 14,632, 30,502, 40,73 i 721,3 eV. Według skali Paulinga elektroujemność cyny wynosi 1,96, co oznacza, że ​​cyna znajduje się na konwencjonalnej granicy metali i niemetali.

Informacje z chemii

Radiochemia

Radiochemia - bada chemię substancji promieniotwórczych, prawa ich zachowania fizycznego i chemicznego, chemię przemian jądrowych oraz towarzyszące im procesy fizykochemiczne. Radiochemia ma następujące cechy: praca z...

Stark, Johannes

Niemiecki fizyk Johannes Stark urodził się w Schickenhof (Bawaria) w rodzinie właściciela ziemskiego. Uczył się w szkołach średnich w Bayreuth i Ratyzbonie, a w 1894 roku wstąpił na Uniwersytet w Monachium, gdzie w 1897 roku obronił pracę doktorską...

Th - Tor

TOR (łac. Tor), Th, pierwiastek chemiczny III grupy układu okresowego, liczba atomowa 90, masa atomowa 232,0381, należy do aktynowców. Właściwości: radioaktywny, najbardziej stabilny izotop to 232Th (okres półtrwania 1,389&m...

Cyna jest jednym z niewielu metali znanych człowiekowi od czasów prehistorycznych. Cynę i miedź odkryto przed żelazem, a ich stop, brąz, jest najwyraźniej pierwszym materiałem „sztucznym”, pierwszym materiałem przygotowanym przez człowieka.
Wyniki wykopalisk archeologicznych sugerują, że już pięć tysiącleci p.n.e. ludzie wiedzieli, jak wytapiać samą cynę. Wiadomo, że starożytni Egipcjanie przywieźli z Persji cynę do produkcji brązu.
Metal ten w starożytnej literaturze indyjskiej opisywany jest pod nazwą „trapu”. Łacińska nazwa cyny, stannum, pochodzi od sanskryckiego słowa „sta”, oznaczającego „stały”.

Wzmiankę o cynie znajdziemy także u Homera. Prawie dziesięć wieków p.n.e. Fenicjanie dostarczali rudę cyny z Wysp Brytyjskich, zwanych wówczas Kasytydami. Stąd nazwa kasyteryt, najważniejszy z minerałów cyny; jego skład to Sn0 2. Innym ważnym minerałem jest stanina, czyli piryt cyny, Cu 2 FeSnS 4 . Pozostałe 14 minerałów pierwiastka nr 50 jest znacznie mniej powszechnych i nie ma znaczenia przemysłowego.
Nawiasem mówiąc, nasi przodkowie mieli bogatsze rudy cyny niż my. Metal można było wytapiać bezpośrednio z rud znajdujących się na powierzchni Ziemi i wzbogacać go w trakcie naturalnych procesów wietrzenia i ługowania. Obecnie takich rud już nie ma. W nowoczesnych warunkach proces otrzymywania cyny jest wieloetapowy i pracochłonny. Rudy, z których wytapia się cynę obecnie mają złożony skład: oprócz pierwiastka nr 50 (w postaci tlenku lub siarczku) zawierają zwykle krzem, żelazo, ołów, miedź, cynk, arsen, glin, wapń, wolfram i inne pierwiastki. Dzisiejsze rudy cyny rzadko zawierają więcej niż 1% Sn, a placery zawierają jeszcze mniej: 0,01-0,02% Sn. Oznacza to, że aby otrzymać kilogram cyny, należy wydobyć i przetworzyć co najmniej cetnar rudy.

Jak otrzymuje się cynę z rud?

Produkcja pierwiastka nr 50 z rud i placerów zawsze rozpoczyna się od wzbogacenia. Metody wzbogacania rud cyny są dość zróżnicowane. W szczególności stosuje się metodę grawitacyjną, opartą na różnicy gęstości minerałów głównych i towarzyszących. Jednocześnie nie możemy zapominać, że ci, którzy im towarzyszą, nie zawsze są pustymi rasami. Często zawierają cenne metale, takie jak wolfram, tytan i lantanowce. W takich przypadkach starają się wydobyć z rudy cyny wszystkie cenne składniki.
Skład otrzymanego koncentratu cyny zależy od surowców, a także od sposobu otrzymania tego koncentratu. Zawartość cyny w nim waha się od 40 do 70%. Koncentrat kierowany jest do pieców (w temperaturze 600-700°C), gdzie usuwane są z niego stosunkowo lotne zanieczyszczenia arsenem i siarką. Większość żelaza, antymonu, bizmutu i niektórych innych metali ługuje się po wypaleniu kwasem solnym. Po wykonaniu tej czynności pozostaje jedynie oddzielić cynę od tlenu i krzemu. Dlatego ostatnim etapem produkcji surowej cyny jest wytapianie węgla i topników w piecach pogłosowych lub elektrycznych. Z fizykochemicznego punktu widzenia proces ten przypomina proces wielkopiecowy: węgiel „odbiera” tlen z cyny, a topniki przekształcają dwutlenek krzemu w żużel, który jest lekki w porównaniu z metalem.
W surowej cynie jest jeszcze sporo zanieczyszczeń: 5-8%. Aby otrzymać gatunek metalu (96,5-99,9% Sn), stosuje się rafinację ogniową lub rzadziej, rafinację elektrolityczną. A potrzebna w przemyśle półprzewodników cyna o czystości prawie sześciu dziewiątek – 99,99985% Sn – pozyskiwana jest głównie metodą topienia strefowego.

Inne źródło

Aby uzyskać kilogram cyny, nie trzeba przerabiać cetnara rudy. Można to zrobić inaczej: „zedrzeć” 2000 starych puszek.
W każdym słoiku znajduje się tylko pół grama cyny. Ale pomnożone przez skalę produkcji te pół grama zamieniają się w dziesiątki ton... Udział cyny „wtórnej” w przemyśle krajów kapitalistycznych wynosi około jednej trzeciej całkowitej produkcji. W naszym kraju działa około stu przemysłowych zakładów odzysku cyny.
Jak usunąć cynę z blachy białej? Niemożliwe jest zrobienie tego za pomocą środków mechanicznych, dlatego wykorzystują różnicę we właściwościach chemicznych żelaza i cyny. Najczęściej cynę poddaje się działaniu gazowego chloru. Żelazo nie reaguje z nim przy braku wilgoci. Bardzo łatwo łączy się z chlorem. Tworzy się dymiąca ciecz - chlorek cyny SnCl 4, który wykorzystuje się w przemyśle chemicznym i tekstylnym lub przesyła do elektrolizera w celu uzyskania z niego metalowej cyny. I znów zacznie się „trąba powietrzna”: pokryją blachę stalową tą cyną i dostaną blachę ocynowaną. Zrobione zostaną z tego słoiki, które zostaną napełnione jedzeniem i zapieczętowane. Potem je otworzą, zjedzą puszki i wyrzucą puszki. A potem oni (nie wszyscy, niestety) znów trafią do „wtórnych” fabryk cyny.
Inne pierwiastki krążą w przyrodzie z udziałem roślin, mikroorganizmów itp. Cykl cyny jest dziełem rąk ludzkich.

Cyna w stopach

Około połowa światowej produkcji cyny trafia do puszek. Druga połowa trafia do metalurgii, do produkcji różnych stopów. Nie będziemy szczegółowo omawiać najsłynniejszego ze stopów cyny – brązu, odsyłając czytelników do artykułu o miedzi – kolejnym ważnym składniku brązów. Jest to tym bardziej uzasadnione, że istnieją brązy bezcynowe, ale nie ma brązów „bezmiedziowych”. Jednym z głównych powodów powstawania brązów bezcynowych jest niedobór pierwiastka nr 50. Niemniej jednak brąz zawierający cynę nadal pozostaje ważnym materiałem zarówno w inżynierii mechanicznej, jak i sztuce.
Sprzęt wymaga również innych stopów cyny. Jednak prawie nigdy nie są stosowane jako materiały konstrukcyjne: nie są wystarczająco mocne i są zbyt drogie. Mają jednak inne właściwości, które umożliwiają rozwiązywanie ważnych problemów technicznych przy stosunkowo niskich kosztach materiałów.
Najczęściej stopy cyny stosuje się jako materiały przeciwcierne lub lutowie. Te pierwsze pozwalają konserwować maszyny i mechanizmy, zmniejszając straty tarcia; te ostatnie łączą części metalowe.
Ze wszystkich stopów przeciwciernych najlepsze właściwości mają babbity cynowe, które zawierają do 90% cyny. Miękkie i niskotopliwe luty ołowiowo-cynowe dobrze zwilżają powierzchnię większości metali i charakteryzują się dużą ciągliwością i odpornością na zmęczenie. Jednak zakres ich zastosowania jest ograniczony ze względu na niewystarczającą wytrzymałość mechaniczną samych lutów.
Cyna wchodzi także w skład stopu typograficznego garta. Wreszcie stopy cyny są bardzo potrzebne w elektrotechnice. Najważniejszym materiałem na kondensatory elektryczne jest staniol; jest to prawie czysta cyna przetworzona na cienkie arkusze (udział innych metali w staniolu nie przekracza 5%).
Nawiasem mówiąc, wiele stopów cyny to prawdziwe związki chemiczne pierwiastka nr 50 z innymi metalami. Po stopieniu cyna oddziałuje z wapniem, magnezem, cyrkonem, tytanem i wieloma pierwiastkami ziem rzadkich. Związki utworzone w tym przypadku są dość ogniotrwałe. Zatem cynidek cyrkonu Zr 3 Sn 2 topi się dopiero w temperaturze 1985 ° C. I nie chodzi tutaj tylko o ogniotrwałość cyrkonu, ale także o naturę stopu, wiązanie chemiczne między tworzącymi go substancjami. Albo inny przykład. Magnezu nie można sklasyfikować jako metalu ogniotrwałego; temperatura 651°C jest daleka od rekordowej temperatury topnienia. Cyna topi się w jeszcze niższej temperaturze – 232°C. A jej stop – związek Mg2Sn – ma temperaturę topnienia 778°C.
Fakt, że pierwiastek nr 50 tworzy dość liczne stopy tego rodzaju, pozwala krytycznie odnieść się do stwierdzenia, że ​​zaledwie 7% cyny produkowanej na świecie ulega zużyciu w postaci związków chemicznych. Najwyraźniej mówimy tutaj tylko o związkach z niemetalami.

Związki z niemetalami

Spośród tych substancji najważniejsze są chlorki. Jod, fosfor, siarka i wiele substancji organicznych rozpuszczają się w czterochlorku cyny SnCl 4. Dlatego stosuje się go głównie jako bardzo specyficzny rozpuszczalnik. Dichlorek cyny SnCl 2 stosowany jest jako zaprawa do barwienia oraz jako środek redukujący w syntezie barwników organicznych. Inny związek pierwiastka nr 50, cynian sodu Na 2 Sn0 3, spełnia te same funkcje w produkcji tekstyliów. Ponadto sprawia, że ​​jedwab jest cięższy.
Przemysł wykorzystuje tlenki cyny w ograniczonym zakresie. Do produkcji szkła rubinowego wykorzystuje się SnO, a szkliwo białe Sn0 2. Złocisto-żółte kryształy dwusiarczku oliwy SnS 2 nazywane są często złotem płatkowym, które służy do „złocenia” drewna i gipsu. Jest to, że tak powiem, najbardziej „antynowoczesne” zastosowanie związków cyny. A co z najnowocześniejszymi?
Jeśli mamy na myśli tylko związki cyny, to jest to zastosowanie cynianu baru BaSn0 3 w radiotechnice jako doskonałego dielektryka. A jeden z izotopów cyny, il9Sn, odegrał znaczącą rolę w badaniu efektu Mössbauera – zjawiska, które doprowadziło do powstania nowej metody badawczej – spektroskopii rezonansu gamma. I nie jest to jedyny przypadek, gdy starożytny metal służył współczesnej nauce.
Na przykładzie szarej cyny – jednej z modyfikacji pierwiastka nr 50 – wykazano związek pomiędzy właściwościami i naturą chemiczną materiału półprzewodnikowego. I to chyba jedyna rzecz, z której można zapamiętać szarą cynę dobre słowo: wyrządziło więcej szkody niż pożytku. Do tej odmiany pierwiastka nr 50 powrócimy po omówieniu kolejnej dużej i ważnej grupy związków cyny.

O organocynie

Istnieje ogromna różnorodność związków organicznych, do których zalicza się cynę. Pierwszy z nich otrzymano już w 1852 roku.
Początkowo substancje tej klasy otrzymywano tylko w jeden sposób - w reakcji wymiany między nieorganicznymi związkami cyny a odczynnikami Grignarda. Oto przykład takiej reakcji:
SnCl 4 + 4RMgX → SnR 4 + 4MgXCl (R tutaj oznacza rodnik węglowodorowy, X oznacza halogen).
Związki o składzie SnR4 nie znalazły szerokiego zastosowania praktycznego. Ale to od nich uzyskuje się inne substancje cynoorganiczne, których zalety są niewątpliwe.

Zainteresowanie cyną organiczną pojawiło się po raz pierwszy podczas pierwszej wojny światowej. Prawie wszystkie otrzymane do tego czasu organiczne związki cyny były toksyczne. Związków tych nie używano jako substancji toksycznych; później wykorzystano ich toksyczność wobec owadów, pleśni i szkodliwych drobnoustrojów. Na bazie octanu trifenylocyny (C 6 H 5) 3 SnOOCCH 3 stworzono skuteczny lek do zwalczania chorób grzybowych ziemniaków i buraków cukrowych. Lek ten okazał się mieć jeszcze jedną przydatną właściwość: stymulował wzrost i rozwój roślin.
Do zwalczania grzybów rozwijających się w aparaturze przemysłu celulozowo-papierniczego stosuje się inną substancję - wodorotlenek tributylocyny (C 4 H 9) 3 SnOH. To znacznie poprawia wydajność sprzętu.
Dilaurynian dibutylocyny (C 4 H 9) 2 Sn (OCOC 11 H 23) 2 ma wiele „zawodów”. W praktyce weterynaryjnej stosowany jest jako środek przeciwko robakom (robakom). Ta sama substancja jest szeroko stosowana w przemyśle chemicznym jako stabilizator polichlorku winylu i innych materiałów polimerowych oraz jako katalizator. Prędkość
reakcja tworzenia uretanów (monomerów kauczuku poliuretanowego) w obecności takiego katalizatora wzrasta 37 tys. razy.
Na bazie związków cynoorganicznych stworzono skuteczne środki owadobójcze; szkła cynoorganiczne niezawodnie chronią przed promieniowaniem rentgenowskim, farby polimerowo-ołowiowe i cynoorganiczne służą do pokrywania podwodnych części statków, aby zapobiec rozwojowi na nich mięczaków.
Wszystko to są związki czterowartościowej cyny. Ograniczony zakres artykułu nie pozwala nam mówić o wielu innych przydatnych substancjach tej klasy.
Przeciwnie, organiczne związki cyny dwuwartościowej są nieliczne i jak dotąd nie znalazły prawie żadnego praktycznego zastosowania.

O szarej cynie

W mroźną zimę 1916 roku transport cyny został wysłany koleją z Dalekiego Wschodu do europejskiej części Rosji. Jednak na miejsce zdarzenia przybyły nie srebrnobiałe sztabki, ale głównie drobny, szary proszek.
Cztery lata wcześniej doszło do katastrofy związanej z wyprawą polarnika Roberta Scotta. Wyprawa zmierzająca na Biegun Południowy została bez paliwa: wyciekało z żelaznych naczyń przez lutowane cyną szwy.
Mniej więcej w tym samym roku komisariat zwrócił się do słynnego rosyjskiego chemika V.V. Markownikowa z prośbą o wyjaśnienie, co dzieje się z ocynowanymi czajnikami dostarczanymi armii rosyjskiej. Imbryk, który przywieziono do laboratorium jako przykład ilustracyjny, był pokryty szarymi plamami i naroślami, które kruszyły się nawet przy lekkim stuknięciu ręką. Analiza wykazała, że ​​zarówno pył, jak i narośla składały się wyłącznie z cyny, bez żadnych zanieczyszczeń.

Co stało się z metalem we wszystkich tych przypadkach?
Podobnie jak wiele innych pierwiastków, cyna ma kilka modyfikacji alotropowych, kilka stanów. (Słowo „alotropia” jest tłumaczone z języka greckiego jako „inna właściwość”, „kolejny zwrot”). W normalnych temperaturach powyżej zera cyna wygląda tak, że nikt nie może wątpić, że należy do klasy metali.
Metal biały, ciągliwy, ciągliwy. Kryształy białej cyny (zwane także beta cyną) są tetragonalne. Długość krawędzi elementarnej sieci krystalicznej wynosi 5,82 i 3,18 A. Ale w temperaturach poniżej 13,2 ° C „normalny” stan cyny jest inny. Po osiągnięciu tego progu temperatury rozpoczyna się przebudowa struktury krystalicznej wlewka cynowego. Białą cynę przekształca się w sproszkowaną szarą lub alfa cynę, a im niższa temperatura, tym większa szybkość tej konwersji. Osiąga maksimum w temperaturze minus 39°C.
Szare kryształy cyny o układzie sześciennym; wymiary ich ogniw elementarnych są większe - długość krawędzi wynosi 6,49 A. W związku z tym gęstość cyny szarej jest zauważalnie mniejsza niż cyny białej: odpowiednio 5,76 i 7,3 g/cm3.
Efekt zmiany koloru białej cyny na szarą jest czasami nazywany „dżumą cyny”. Plamy i narośla na czajnikach wojskowych, powozach z pyłem cynowym, szwy, które stały się przepuszczalne dla cieczy, to konsekwencje tej „choroby”.
Dlaczego podobne historie nie zdarzają się teraz? Tylko z jednego powodu: nauczyli się „leczyć” plagę cyny. Wyjaśniono jego fizykochemiczną naturę i ustalono, jak pewne dodatki wpływają na podatność metalu na „zarazę”. Okazało się, że aluminium i cynk sprzyjają temu procesowi, natomiast bizmut, ołów i antymon wręcz przeciwnie – przeciwdziałają.
Oprócz cyny białej i szarej odkryto inną alotropową modyfikację pierwiastka nr 50 – cynę gamma, stabilną w temperaturach powyżej 161°C. Cechą charakterystyczną takiej cyny jest kruchość. Jak wszystkie metale, cyna staje się bardziej ciągliwa wraz ze wzrostem temperatury, ale dopiero w temperaturach poniżej 161°C. Wtedy całkowicie traci swoją plastyczność, zamieniając się w cynę gamma i staje się tak krucha, że ​​można ją rozkruszyć na proszek.

Jeszcze raz o braku miotły

Często artykuły o żywiołach kończą się spekulacjami autora na temat przyszłości jego „bohatera”. Z reguły jest rysowany w różowym świetle. Autor artykułu o cynie jest pozbawiony tej możliwości: przyszłość cyny – metalu niewątpliwie najbardziej przydatnego – jest niejasna. Nie jest to jasne tylko z jednego powodu.
Kilka lat temu American Bureau of Mines opublikowało obliczenia, z których wynikało, że potwierdzone zasoby pierwiastka nr 50 wystarczą na świat co najwyżej na 35 lat. Co prawda po tym odkryto kilka nowych złóż, w tym największe w Europie, zlokalizowane na terenie PRL. Jednak niedobór cyny nadal niepokoi ekspertów.
Dlatego kończąc opowieść o elemencie nr 50, chcemy jeszcze raz przypomnieć o konieczności oszczędzania i ochrony cyny.
Niedobór tego metalu niepokoił nawet klasyków literatury. Pamiętacie Andersena? „Dwudziestu czterech żołnierzy było dokładnie takich samych, a dwudziesty piąty żołnierz był jednonogi. To był ostatni odlew, a cyny było za mało. Teraz puszki trochę brakuje. Nie bez powodu nawet dwunożni cynowi żołnierze stali się rzadkością - plastikowe są bardziej powszechne. Ale z całym szacunkiem dla polimerów, nie zawsze mogą one zastąpić cynę.
IZOTOPY. Cyna jest jednym z najbardziej „wieloizotopowych” pierwiastków: cyna naturalna składa się z dziesięciu izotopów o liczbach masowych 112, 114-120, 122 n 124. Najczęstszym z nich jest i20Sn, stanowiący około 33% całej cyny ziemskiej. Prawie 100 razy mniej niż cyna-115, najrzadszy izotop pierwiastka nr 50.
Kolejnych 15 izotopów cyny o liczbach masowych 108-111, 113, 121, 123, 125-132 otrzymano sztucznie. Żywotność tych izotopów jest daleka od tej samej. Zatem okres półtrwania cyny-123 wynosi 136 dni, a cyny-132 tylko 2,2 minuty.

DLACZEGO BRĄZ NAZWANO BRĄZEM? Słowo „brąz” w wielu językach europejskich brzmi niemal tak samo. Jego pochodzenie wiąże się z nazwą małego włoskiego portu nad Adriatykiem – Brindisi. To właśnie przez ten port w czasach starożytnych do Europy dostarczano brąz, a w starożytnym Rzymie stop ten nazywano „es Brindisi” – miedź z Brindisi.
NA CZEŚĆ WYNALAZCY. Łacińskie słowo frictio oznacza tarcie. Stąd nazwa materiały przeciwcierne, czyli materiały „przeciw trepium”. Mało się zużywają, są miękkie i plastyczne. Ich głównym zastosowaniem jest produkcja panewek łożysk. Pierwszy stop przeciwcierny na bazie cyny i ołowiu zaproponował w 1839 roku inżynier Babbitt. Stąd nazwa dużej i bardzo ważnej grupy stopów przeciwciernych – Babbittów.
jKECTb DO KONSERWOWANIA. Metodę długotrwałego utrwalania żywności poprzez puszkowanie w ocynowanych słoikach po raz pierwszy zaproponował francuski szef kuchni F. Górna w 1809 r
Z DNA OCEANU. W 1976 roku rozpoczęło działalność niezwykłe przedsiębiorstwo, które w skrócie REP. Oznacza: przedsiębiorstwo poszukiwawczo-wydobywcze. Znajduje się głównie na statkach. Za kołem podbiegunowym, na Morzu Łaptiewów, w rejonie Zatoki Vankina, REP wydobywa z dna morskiego piasek zawierający cynę. Tutaj, na pokładzie jednego ze statków, znajduje się zakład wzbogacania.
PRODUKCJA NA CAŁYM ŚWIECIE. Według danych amerykańskich, światowa produkcja cyny pod koniec ubiegłego wieku wynosiła 174-180 tys. ton.