bróm.

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 5 .

Valenčné elektróny sú zobrazené tučným písmom. Patrí do rodiny p-prvkov. Keďže najväčšie hlavné kvantové číslo je 4 a počet elektrónov na vonkajšej energetickej úrovni je 7, bróm sa nachádza v 4. perióde, skupine VIIA periodickej tabuľky. Energetický diagram pre valenčné elektróny vyzerá takto:

Germánium.

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 2 .

Valenčné elektróny sú zobrazené tučným písmom. Patrí do rodiny p-prvkov. Keďže najväčšie hlavné kvantové číslo je 4 a počet elektrónov vo vonkajšej energetickej hladine je 4, germánium sa nachádza v 4. perióde, skupine IVA periodickej tabuľky. Energetický diagram pre valenčné elektróny vyzerá takto:

kobalt.

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 7 4s 2 .

Valenčné elektróny sú zobrazené tučným písmom. Patrí do rodiny d-elementov. Kobalt sa nachádza v 4. perióde, VIIB skupine periodickej tabuľky. Energetický diagram pre valenčné elektróny vyzerá takto:

Meď.

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 1 .

Valenčné elektróny sú zobrazené tučným písmom. Patrí do rodiny d-elementov. Keďže najväčšie hlavné kvantové číslo je 4 a počet elektrónov na vonkajšej energetickej úrovni je 1, meď sa nachádza v 4. perióde, skupine I periodickej tabuľky. Energetický diagram pre valenčné elektróny vyzerá takto.

Každý chemický prvok periodickej tabuľky a ním tvorené jednoduché a zložité látky sú jedinečné. Majú jedinečné vlastnosti a mnohé z nich nepochybne významne prispievajú k ľudskému životu a existencii vo všeobecnosti. Chemický prvok cín nie je výnimkou.

Známosť ľudí s týmto kovom siaha až do staroveku. Tento chemický prvok zohral rozhodujúcu úlohu vo vývoji ľudskej civilizácie, dodnes sú vlastnosti cínu široko využívané.

Cín v histórii

Prvé zmienky o tomto kove, ktorý, ako ľudia predtým verili, mal dokonca aj nejaké magické vlastnosti, možno nájsť v biblických textoch. Cín zohral rozhodujúcu úlohu pri zlepšovaní života v dobe bronzovej. V tom čase bola najodolnejšou kovovou zliatinou, ktorú človek vlastnil, bronz, ktorý možno získať pridaním chemického prvku cínu do medi. Niekoľko storočí sa z tohto materiálu vyrábalo všetko od nástrojov až po šperky.

Po objavení vlastností železa sa zliatina cínu neprestala používať, samozrejme, nepoužíva sa v rovnakom rozsahu, ale bronz, ako aj mnohé z jeho zliatin, dnes človek aktívne používa v priemysle. , technológie a medicíny, spolu so soľami tohto kovu, napríklad, ako je chlorid cín, ktorý sa získava reakciou cínu s chlórom, táto kvapalina vrie pri 112 stupňoch Celzia, dobre sa rozpúšťa vo vode, tvorí kryštalické hydráty a na vzduchu dymí.

Pozícia prvku v periodickej tabuľke

Chemický prvok cín (latinský názov stannum - „stannum“, písaný symbolom Sn) oprávnene umiestnil Dmitrij Ivanovič Mendelejev na číslo päťdesiat, v piatom období. Má množstvo izotopov, najbežnejší izotop 120. Tento kov je tiež v hlavnej podskupine šiestej skupiny spolu s uhlíkom, kremíkom, germániom a fleroviom. Jeho poloha predpovedá amfotérne vlastnosti; cín sa rovnako vyznačuje kyslými aj zásaditými vlastnosťami, ktoré budú podrobnejšie opísané nižšie.

Periodická tabuľka tiež ukazuje atómovú hmotnosť cínu, ktorá je 118,69. Elektrónová konfigurácia je 5s 2 5p 2, čo v zložení komplexných látok umožňuje kovu vykazovať oxidačné stavy +2 a +4, čím sa úplne uvoľnia dva elektróny iba z podúrovne p alebo štyri elektróny zo s- a p- vyprázdnenie celej vonkajšej úrovne.

Elektronická charakteristika prvku

Podľa atómového čísla obsahuje perinukleárny priestor atómu cínu až päťdesiat elektrónov, ktoré sú umiestnené na piatich úrovniach, ktoré sú zase rozdelené do niekoľkých podúrovní. Prvé dve majú len s- a p-podúrovne a počnúc treťou je trojnásobné rozdelenie na s-, p-, d-.

Uvažujme o vonkajšej, pretože chemickú aktivitu atómu určuje jeho štruktúra a plnenie elektrónmi. V neexcitovanom stave prvok vykazuje valenciu dve, pri excitácii jeden elektrón prechádza z podhladiny s na voľnú pozíciu v podúrovni p (môže obsahovať maximálne tri nepárové elektróny). V tomto prípade cín vykazuje valenčný a oxidačný stav 4, pretože neexistujú žiadne spárované elektróny, čo znamená, že počas chemickej interakcie ich nič nedrží na podúrovniach.

Jednoduchá látka kov a jeho vlastnosti

Cín je kov striebornej farby, ktorý patrí do skupiny taviteľných kovov. Kov je mäkký a pomerne ľahko sa deformuje. Kov, ako je cín, má množstvo vlastností. Teplota pod 13,2 je hranicou prechodu kovovej modifikácie cínu do práškovej formy, ktorá je sprevádzaná zmenou farby zo strieborno-bielej na sivú a poklesom hustoty látky. Cín sa topí pri 231,9 stupňoch a vrie pri 2270 stupňoch Celzia. Kryštalická štvoruholníková štruktúra bieleho cínu vysvetľuje charakteristické chrumkavosť kovu, keď je ohýbaný a zahrievaný v ohybe trením kryštálov látky o seba. Šedý cín má kubický systém.

Chemické vlastnosti cínu sú dvojaké, vstupuje do kyslých aj zásaditých reakcií, pričom vykazuje amfoteritu. Kov reaguje s alkáliami, ako aj kyselinami, ako je kyselina sírová a dusičná, a je aktívny pri reakcii s halogénmi.

Zliatiny cínu

Prečo sa namiesto čistých kovov častejšie používajú zliatiny s určitým percentom zložiek? Faktom je, že zliatina má vlastnosti, ktoré jednotlivý kov nemá, alebo sú tieto vlastnosti oveľa silnejšie (napríklad elektrická vodivosť, odolnosť proti korózii, pasivácia alebo aktivácia fyzikálnych a chemických vlastností kovov v prípade potreby atď.). Cín (na fotografii je vzorka čistého kovu) je súčasťou mnohých zliatin. Môže sa použiť ako doplnok alebo základná látka.

Dnes je známe veľké množstvo zliatin takého kovu, ako je cín (ich cena sa veľmi líši), zvážme najobľúbenejšie a najpoužívanejšie (o použití určitých zliatin sa bude diskutovať v príslušnej časti). Vo všeobecnosti majú zliatiny cínu tieto vlastnosti: vysoká ťažnosť, nízka tvrdosť a pevnosť.

Niektoré príklady zliatin

Najdôležitejšie prírodné zlúčeniny

Cín tvorí množstvo prírodných zlúčenín – rúd. Kov tvorí 24 minerálnych zlúčenín, z ktorých najvýznamnejšími pre priemysel sú oxid cínu - kassiterit, ako aj stanín - Cu 2 FeSnS 4. Cín je rozptýlený v zemskej kôre a zlúčeniny ním tvorené sú magnetického pôvodu. Soli polycínových kyselín a kremičitany cínu sa používajú aj v priemysle.

Cín a ľudské telo

Chemický prvok cín je vo svojom kvantitatívnom obsahu v ľudskom tele stopovým prvkom. Jeho hlavná akumulácia je v kostnom tkanive, kde normálny obsah kovov prispieva k jeho včasnému vývoju a celkovému fungovaniu pohybového aparátu. Okrem kostí sa cín koncentruje v gastrointestinálnom trakte, pľúcach, obličkách a srdci.

Je dôležité si uvedomiť, že nadmerná akumulácia tohto kovu môže viesť k celkovej otrave organizmu a dlhšia expozícia môže viesť až k nepriaznivým génovým mutáciám. V poslednej dobe sa tento problém stal veľmi dôležitým, pretože ekologický stav životného prostredia zanecháva veľa požiadaviek. Medzi obyvateľmi megacities a oblastí v blízkosti priemyselných zón je vysoká pravdepodobnosť intoxikácie cínom. Najčastejšie k otrave dochádza nahromadením solí cínu v pľúcach, napríklad chloridu cínatého a iných. Nedostatok mikroelementu môže zároveň spôsobiť spomalenie rastu, stratu sluchu a vypadávanie vlasov.

Aplikácia

Kov je dostupný na predaj v mnohých hutníckych závodoch a spoločnostiach. Dostupné vo forme ingotov, tyčí, drôtov, valcov, anód vyrobených z čistej jednoduchej látky, ako je cín. Cena sa pohybuje od 900 do 3000 rubľov za kg.

Cín vo svojej čistej forme sa používa zriedka. Používajú sa najmä jeho zliatiny a zlúčeniny – soli. Cín na spájkovanie sa používa v prípade upevňovacích dielov, ktoré nie sú vystavené vysokým teplotám a silnému mechanickému zaťaženiu zo zliatin medi, ocele, medi, neodporúča sa však na diely z hliníka alebo jeho zliatin. Vlastnosti a charakteristiky zliatin cínu sú opísané v príslušnej časti.

Spájky sa používajú na spájkovanie mikroobvodov, v tejto situácii sú tiež ideálne zliatiny na báze kovu, ako je cín. Fotografia zobrazuje proces použitia zliatiny cínu a olova. Môže sa použiť na vykonávanie pomerne jemnej práce.

Pre vysokú odolnosť cínu proti korózii sa používa na výrobu pocínovaného železa (plechu) - plechových plechoviek na potravinárske výrobky. V medicíne, najmä v zubnom lekárstve, sa cín používa na výplň zubov. Domáce potrubia sú pokryté cínom a ložiská sú vyrobené z jeho zliatin. Neoceniteľný je aj prínos tejto látky pre elektrotechniku.

Ako elektrolyty sa používajú vodné roztoky solí cínu, ako sú fluoroboritany, sírany a chloridy. Oxid cínu je glazúra na keramiku. Zavedením rôznych derivátov cínu do plastov a syntetických materiálov sa zdá byť možné znížiť ich horľavosť a emisie škodlivých výparov.

TIN (lat. Stannum), Sn, chemický prvok s atómovým číslom 50, atómová hmotnosť 118,710. Existujú rôzne dohady o pôvode slov „stannum“ a „tin“. Latinské „stannum“, ktoré je niekedy odvodené od saského „sta“ – pevný, tvrdý, pôvodne znamenalo zliatinu striebra a olova. „Cín“ bol názov olova v mnohých slovanských jazykoch. Možno je ruský názov spojený so slovami „ol“, „cín“ - pivo, kaša, med: na ich skladovanie sa používali plechové nádoby. V anglickej literatúre sa slovo tin používa na pomenovanie tin. Chemická značka pre cín Sn znie "stannum".

Prírodný cín pozostáva z deviatich stabilných nuklidov s hmotnostnými číslami 112 (v zmesi 0,96 % hm.), 114 (0,66 %), 115 (0,35 %), 116 (14,30 %), 117 (7,61 %), 118 ( 24,03 %), 119 (8,58 %), 120 (32,85 %), 122 (4,72 %) a jeden slabo rádioaktívny cín-124 (5,94 %). 124Sn je b-emitor, jeho polčas rozpadu je veľmi dlhý a predstavuje T1/2 = 1016-1017 rokov. Cín sa nachádza v piatom období v skupine IV periodického systému prvkov D.I. Mendelejeva. Konfigurácia vonkajšej elektronickej vrstvy je 5s25p2. Cín vo svojich zlúčeninách vykazuje oxidačné stavy +2 a +4 (valencia II a IV).

Polomer kovu neutrálneho atómu cínu je 0,158 nm, polomer iónu Sn2+ je 0,118 nm a iónu Sn4+ je 0,069 nm (koordinačné číslo 6). Sekvenčné ionizačné energie neutrálneho atómu cínu sú 7,344 eV, 14,632, 30,502, 40,73 a 721,3 eV. Podľa Paulingovej stupnice je elektronegativita cínu 1,96, to znamená, že cín je na konvenčnej hranici medzi kovmi a nekovmi.

Informácie o chémii

Rádiochémia

Rádiochémia - študuje chémiu rádioaktívnych látok, zákonitosti ich fyzikálneho a chemického správania, chémiu jadrových premien a fyzikálne a chemické procesy, ktoré ich sprevádzajú. Rádiochémia má tieto vlastnosti: práca s...

Stark, Johannes

Nemecký fyzik Johannes Stark sa narodil v Schickenhofe (Bavorsko) v rodine veľkostatkára. Študoval na stredných školách v Bayreuthe a Regensburgu a v roku 1894 nastúpil na univerzitu v Mníchove, kde v roku 1897 obhájil doktorskú dizertačnú prácu...

Th - Tórium

THORIUM (lat. Thorium), Th, chemický prvok III. skupiny periodickej tabuľky, atómové číslo 90, atómová hmotnosť 232,0381, patrí medzi aktinidy. Vlastnosti: rádioaktívny, najstabilnejší izotop je 232Th (polčas rozpadu 1,389&m...

Chemický prvok cín je jedným zo siedmich starovekých kovov, ktoré ľudstvo pozná. Tento kov je súčasťou bronzu, čo má veľký význam. V súčasnosti chemický prvok cín stratil svoju popularitu, ale jeho vlastnosti si zaslúžia podrobné zváženie a štúdium.

Čo je prvok

Nachádza sa v piatom období, vo štvrtej skupine (hlavná podskupina). Toto usporiadanie naznačuje, že chemický prvok cín je amfotérna zlúčenina schopná vykazovať zásadité aj kyslé vlastnosti. Relatívna atómová hmotnosť je 50, preto sa považuje za ľahký prvok.

Zvláštnosti

Chemický prvok cín je plastická, tvárna, svetlá látka striebristo bielej farby. Pri používaní stráca lesk, čo sa považuje za nevýhodu jeho vlastností. Cín je rozptýlený kov, takže s jeho extrakciou sú ťažkosti. Prvok má vysoký bod varu (2600 stupňov), nízky bod topenia (231,9 C), vysokú elektrickú vodivosť a vynikajúcu kujnosť. Má vysokú odolnosť proti roztrhnutiu.

Cín je prvok, ktorý nemá toxické vlastnosti a nemá negatívny vplyv na ľudský organizmus, preto je žiadaný pri výrobe potravín.

Aké ďalšie vlastnosti má cín? Pri výbere tohto prvku na výrobu riadu a vodovodných potrubí sa nemusíte báť o svoju bezpečnosť.

Nález v tele

Čím sa ešte vyznačuje cín (chemický prvok)? Ako sa číta jeho vzorec? O týchto otázkach sa diskutuje v školských osnovách. V našom tele sa tento prvok nachádza v kostiach, čím podporuje proces regenerácie kostného tkaniva. Je klasifikovaný ako makroživina, preto pre plnohodnotný život človek potrebuje dva až desať mg cínu denne.

Tento prvok sa do tela dostáva vo väčšom množstve s potravou, no črevá absorbujú najviac päť percent príjmu, takže pravdepodobnosť otravy je minimálna.

Pri nedostatku tohto kovu sa spomaľuje rast, dochádza k strate sluchu, mení sa zloženie kostného tkaniva, dochádza k plešatosti. Otrava je spôsobená absorpciou prachu alebo pár tohto kovu, ako aj jeho zlúčenín.

Základné vlastnosti

Hustota cínu je priemerná. Kov je vysoko odolný voči korózii, preto sa používa v národnom hospodárstve. Cín je napríklad žiadaný pri výrobe plechoviek.

Čím sa ešte vyznačuje cín? Použitie tohto kovu je založené aj na jeho schopnosti kombinovať rôzne kovy, čím vzniká vonkajšie prostredie odolné voči agresívnemu prostrediu. Napríklad samotný kov je potrebný na pocínovanie domácich predmetov a náradia a jeho spájky sú potrebné pre rádiotechniku ​​a elektrinu.

Charakteristika

Z hľadiska vonkajších charakteristík je tento kov podobný hliníku. V skutočnosti je podobnosť medzi nimi nevýznamná, obmedzená iba ľahkosťou a kovovým leskom, odolnosťou voči chemickej korózii. Hliník vykazuje amfotérne vlastnosti, takže ľahko reaguje s alkáliami a kyselinami.

Napríklad, ak je hliník vystavený kyseline octovej, pozoruje sa chemická reakcia. Cín na druhej strane môže reagovať len so silnými koncentrovanými kyselinami.

Výhody a nevýhody cínu

Tento kov sa v stavebníctve prakticky nepoužíva, pretože nemá vysokú mechanickú pevnosť. V podstate sa dnes už nepoužíva čistý kov, ale jeho zliatiny.

Vyzdvihneme hlavné výhody tohto kovu. Obzvlášť dôležitá je kujnosť, ktorá sa používa pri výrobe domácich potrieb. Napríklad stojany a lampy vyrobené z tohto kovu vyzerajú esteticky.

Cínový povlak výrazne znižuje trenie, čím chráni produkt pred predčasným opotrebovaním.

Medzi hlavné nevýhody tohto kovu možno spomenúť jeho nízku pevnosť. Cín je nevhodný na výrobu dielov a komponentov, ktoré zahŕňajú značné zaťaženie.

Ťažba kovov

Tavenie cínu sa uskutočňuje pri nízkej teplote, ale kvôli obtiažnosti jeho extrakcie sa kov považuje za drahú látku. Vďaka nízkej teplote topenia možno pri nanášaní cínu na povrch kovu dosiahnuť značné úspory elektrickej energie.

Štruktúra

Kov má homogénnu štruktúru, ale v závislosti od teploty sú možné jeho rôzne fázy, ktoré sa líšia charakteristikami. Medzi najbežnejšie modifikácie tohto kovu si všimneme β-variant, ktorý existuje pri teplote 20 stupňov. Tepelná vodivosť a jeho bod varu sú hlavné charakteristiky uvádzané pre cín. Pri poklese teploty z 13,2 C vzniká α-modifikácia nazývaná sivý cín. Táto forma nemá plasticitu a tvárnosť a má nižšiu hustotu, pretože má inú kryštálovú mriežku.

Pri prechode z jednej formy do druhej sa pozoruje zmena objemu, pretože existuje rozdiel v hustote, čo vedie k zničeniu cínového produktu. Tento jav sa nazýva „cínový mor“. Táto vlastnosť vedie k tomu, že oblasť použitia kovu je výrazne znížená.

V prírodných podmienkach sa cín nachádza v horninách vo forme stopového prvku a sú známe aj jeho minerálne formy. Napríklad kasiterit obsahuje svoj oxid a pyrit cínatý obsahuje svoj sulfid.

Výroba

Cínové rudy s obsahom kovu najmenej 0,1 percenta sa považujú za perspektívne pre priemyselné spracovanie. No v súčasnosti sa ťažia aj ložiská, v ktorých je obsah kovov len 0,01 percenta. Na extrakciu minerálu sa používajú rôzne metódy, berúc do úvahy špecifiká ložiska, ako aj jeho rozmanitosť.

Cínové rudy sú prezentované najmä vo forme piesku. Extrakcia spočíva v jej neustálom premývaní, ako aj v koncentrácii rudného minerálu. Je oveľa ťažšie vybudovať primárne ložisko, pretože sú potrebné ďalšie konštrukcie, výstavba a prevádzka baní.

Minerálny koncentrát sa prepravuje do závodu špecializovaného na tavenie neželezných kovov. Ďalej sa ruda opakovane obohacuje, drví a potom premýva. Koncentrát rudy sa obnovuje pomocou špeciálnych pecí. Na úplné obnovenie cínu sa tento proces vykonáva niekoľkokrát. V záverečnej fáze sa proces čistenia hrubého cínu od nečistôt vykonáva tepelnou alebo elektrolytickou metódou.

Použitie

Hlavnou charakteristikou, ktorá umožňuje použitie cínu, je jeho vysoká odolnosť proti korózii. Tento kov, rovnako ako jeho zliatiny, patria medzi najodolnejšie zlúčeniny voči agresívnym chemikáliám. Viac ako polovica všetkého vyrobeného cínu na svete sa používa na výrobu pocínovaného plechu. Táto technológia spojená s nanášaním tenkej vrstvy cínu na oceľ sa začala používať na ochranu plechoviek pred chemickou koróziou.

Valcovacia schopnosť cínu sa využíva na výrobu tenkostenných rúr z neho. Kvôli nestabilite tohto kovu voči nízkym teplotám je jeho domáce použitie dosť obmedzené.

Zliatiny cínu majú výrazne nižšiu hodnotu tepelnej vodivosti ako oceľ, preto sa dajú použiť na výrobu umývadiel a vaní, ako aj na výrobu rôznych sanitárnych zariadení.

Cín je vhodný na výrobu drobných dekoračných predmetov a predmetov do domácnosti, výrobu riadu a tvorbu originálnych šperkov. Tento matný a tvárny kov v kombinácii s meďou sa už dlho stal jedným z najobľúbenejších materiálov sochárov. Bronz kombinuje vysokú pevnosť a odolnosť voči chemickej a prírodnej korózii. Táto zliatina je žiadaná ako dekoratívny a stavebný materiál.

Cín je tonálne rezonančný kov. Napríklad, keď sa skombinuje s olovom, získa sa zliatina, ktorá sa používa na výrobu moderných hudobných nástrojov. Bronzové zvony sú známe už od staroveku. Na výrobu organových píšťal sa používa zliatina cínu a olova.

Záver

Rastúca pozornosť modernej výroby na otázky súvisiace s ochranou životného prostredia, ako aj na problémy súvisiace so zachovaním verejného zdravia, ovplyvnila zloženie materiálov používaných pri výrobe elektroniky. Napríklad sa zvýšil záujem o technológiu procesu bezolovnatého spájkovania. Olovo je materiál, ktorý značne poškodzuje ľudské zdravie, a preto sa už v elektrotechnike nepoužíva. Požiadavky na spájkovanie sa sprísnili a namiesto nebezpečného olova sa začali používať zliatiny cínu.

Čistý cín sa v priemysle prakticky nepoužíva, pretože vznikajú problémy s rozvojom „cínového moru“. Medzi hlavné oblasti použitia tohto vzácneho rozptýleného prvku vyzdvihujeme výrobu supravodivých drôtov.

Potiahnutie kontaktných plôch čistým cínom umožňuje zvýšiť proces spájkovania a chrániť kov pred koróziou.

V dôsledku prechodu mnohých výrobcov ocele na bezolovnatú technológiu začali na pokrytie kontaktných plôch a vývodov používať prírodný cín. Táto možnosť vám umožňuje získať vysokokvalitný ochranný náter za prijateľnú cenu. Vďaka absencii nečistôt je nová technológia považovaná nielen za šetrnú k životnému prostrediu, ale tiež umožňuje dosiahnuť vynikajúce výsledky za prijateľnú cenu. Výrobcovia považujú cín za perspektívny a moderný kov v elektrotechnike a rádioelektronike.

Cín je jedným z mála kovov, ktoré ľudia poznali už od praveku. Cín a meď boli objavené skôr ako železo a ich zliatina, bronz, je zrejme úplne prvým „umelým“ materiálom, prvým materiálom pripraveným človekom.
Výsledky archeologických vykopávok naznačujú, že už päť tisícročí pred naším letopočtom ľudia vedeli taviť samotný cín. Je známe, že starí Egypťania priniesli cín na výrobu bronzu z Perzie.
Tento kov je v starovekej indickej literatúre opísaný pod názvom „trapu“. Latinský názov cínu, stannum, pochádza zo sanskrtu „sta“, čo znamená „pevný“.

Zmienka o cíne sa nachádza aj u Homéra. Takmer desať storočí pred Kristom dodávali Feničania cínovú rudu z Britských ostrovov, ktoré sa vtedy nazývali Cassiteridovci. Odtiaľ pochádza názov kasiterit, najdôležitejší z minerálov cínu; jeho zloženie je Sn02. Ďalším dôležitým minerálom je stanín alebo pyrit cínatý, Cu 2 FeSnS 4 . Zvyšných 14 minerálov prvku č. 50 je oveľa menej bežných a nemajú priemyselný význam.
Mimochodom, naši predkovia mali bohatšie cínové rudy ako my. Kov bolo možné taviť priamo z rúd nachádzajúcich sa na povrchu Zeme a obohatených počas prirodzených procesov zvetrávania a vylúhovania. V súčasnosti už takéto rudy neexistujú. V moderných podmienkach je proces získavania cínu viacstupňový a náročný na prácu. Rudy, z ktorých sa taví cín teraz majú zložité zloženie: okrem prvku č. 50 (vo forme oxidu alebo sulfidu) zvyčajne obsahujú kremík, železo, olovo, meď, zinok, arzén, hliník, vápnik, volfrám a ďalšie prvky. Dnešné cínové rudy zriedka obsahujú viac ako 1 % Sn a sypače obsahujú ešte menej: 0,01 – 0,02 % Sn. To znamená, že na získanie kilogramu cínu je potrebné vyťažiť a spracovať aspoň stovku rudy.

Ako sa získava cín z rúd?

Výroba prvku č. 50 z rúd a sypačov vždy začína obohacovaním. Spôsoby obohacovania cínových rúd sú dosť rôznorodé. Používa sa najmä gravitačná metóda, založená na rozdiele hustoty hlavných a sprievodných minerálov. Zároveň nesmieme zabúdať, že tí, ktorí ich sprevádzajú, nie sú vždy prázdne plemená. Často obsahujú cenné kovy, ako je volfrám, titán a lantanoidy. V takýchto prípadoch sa snažia z cínovej rudy získať všetky cenné zložky.
Zloženie výsledného koncentrátu cínu závisí od surovín a tiež od spôsobu, akým bol tento koncentrát získaný. Obsah cínu sa v ňom pohybuje od 40 do 70 %. Koncentrát sa posiela do pecí (pri 600 – 700 °C), kde sa z neho odstraňujú relatívne prchavé nečistoty arzénu a síry. A väčšina železa, antimónu, bizmutu a niektorých ďalších kovov sa po vypálení vylúhuje kyselinou chlorovodíkovou. Potom už zostáva len oddeliť cín od kyslíka a kremíka. Preto poslednou etapou výroby hrubého cínu je tavenie uhlím a tavivami v dozvukových alebo elektrických peciach. Z fyzikálno-chemického hľadiska je tento proces podobný procesu vo vysokej peci: uhlík „odoberá“ cínu kyslík a tavivá premieňajú oxid kremičitý na trosku, ktorá je v porovnaní s kovom ľahká.
V hrubom cíne je stále pomerne veľa nečistôt: 5-8%. Na získanie kvalitného kovu (96,5 – 99,9 % Sn) sa používa oheň alebo menej často elektrolytická rafinácia. A cín potrebný pre polovodičový priemysel s čistotou takmer šesť deviatok – 99,99985 % Sn – sa získava hlavne metódou zónového tavenia.

Ďalší zdroj

Na získanie kilogramu cínu nie je potrebné spracovávať stohmotnosť rudy. Môžete to urobiť inak: „odtrhnite“ 2000 starých plechoviek.
V jednej nádobe je len pol gramu cínu. Ale vynásobené rozsahom výroby sa tieto polgramy menia na desiatky ton... Podiel „sekundárneho“ cínu v priemysle kapitalistických krajín tvorí približne tretinu celkovej produkcie. V našej krajine funguje asi sto priemyselných závodov na získavanie cínu.
Ako odstránite cín z pocínovaného plechu? Mechanickými prostriedkami je to takmer nemožné, preto využívajú rozdiel v chemických vlastnostiach železa a cínu. Najčastejšie sa cín upravuje plynným chlórom. Železo s ním v neprítomnosti vlhkosti nereaguje. Veľmi ľahko sa kombinuje s chlórom. Vzniká dymivá kvapalina – chlorid cínatý SnCl 4, ktorý sa používa v chemickom a textilnom priemysle alebo sa posiela do elektrolyzéra, aby sa z neho získal kovový cín. A „vichrica“ začne znova: týmto plechom potiahnu oceľové plechy a získajú pocínovaný plech. Vyrobia sa z neho poháre, poháre sa naplnia jedlom a zapečatia. Potom ich otvoria, konzervy zjedia a konzervy vyhodia. A potom (bohužiaľ nie všetci) opäť skončia v „sekundárnych“ továrňach na plech.
Ostatné prvky sa v prírode cyklujú za účasti rastlín, mikroorganizmov a pod. Cyklus cínu je dielom ľudských rúk.

Cín v zliatinách

Približne polovica svetovej produkcie cínu ide do plechoviek. Druhá polovica ide do metalurgie, na výrobu rôznych zliatin. Nebudeme sa podrobne baviť o najznámejšej zo zliatin cínu – bronze, odkazujúcich čitateľov na článok o medi – ďalšej dôležitej zložke bronzov. Je to o to oprávnenejšie, že existujú bronzy bez cínu, ale neexistujú žiadne „bezmediné“ bronzy. Jedným z hlavných dôvodov vzniku bezcínových bronzov je nedostatok prvku č. 50. Napriek tomu bronz s obsahom cínu stále zostáva dôležitým materiálom pre strojárstvo a umenie.
Zariadenie vyžaduje aj iné zliatiny cínu. Takmer nikdy sa však nepoužívajú ako konštrukčné materiály: nie sú dostatočne pevné a sú príliš drahé. Ale majú iné vlastnosti, ktoré umožňujú riešiť dôležité technické problémy s relatívne nízkymi nákladmi na materiál.
Najčastejšie sa zliatiny cínu používajú ako antifrikčné materiály alebo spájky. Prvé vám umožňujú zachovať stroje a mechanizmy, čím sa znižujú straty trením; posledné spájajú kovové časti.
Zo všetkých antifrikčných zliatin majú najlepšie vlastnosti cínové babbity, ktoré obsahujú až 90 % cínu. Mäkké a nízkotaviteľné spájky olova a cínu dobre zmáčajú povrch väčšiny kovov a majú vysokú ťažnosť a odolnosť proti únave. Ich rozsah použitia je však obmedzený z dôvodu nedostatočnej mechanickej pevnosti samotných spájok.
Cín je tiež súčasťou typografickej zliatiny garta. Napokon, pre elektrotechniku ​​sú veľmi potrebné zliatiny na báze cínu, najdôležitejším materiálom pre elektrické kondenzátory je staniol, je to takmer čistý cín, prerobený do tenkých plechov (podiel ostatných kovov v staniole nepresahuje 5 %).
Mimochodom, mnohé zliatiny cínu sú skutočnými chemickými zlúčeninami prvku č. 50 s inými kovmi. Pri tavení cín interaguje s vápnikom, horčíkom, zirkónom, titánom a mnohými prvkami vzácnych zemín. Zlúčeniny vytvorené v tomto prípade sú celkom žiaruvzdorné. Stanid zirkónia Zr 3 Sn 2 sa teda topí až pri 1985° C. A na vine je nielen žiaruvzdornosť zirkónu, ale aj povaha zliatiny, chemická väzba medzi látkami, ktoré ju tvoria. Alebo iný príklad. Horčík nemožno klasifikovať ako žiaruvzdorný kov, 651 °C je ďaleko od rekordnej teploty topenia. Cín sa topí pri ešte nižšej teplote - 232°C. A ich zliatina - zlúčenina Mg2Sn - má teplotu topenia 778°C.
Skutočnosť, že prvok č. 50 tvorí pomerne početné zliatiny tohto druhu, nás kritizuje voči tvrdeniu, že iba 7 % celosvetovo vyrobeného cínu sa spotrebuje vo forme chemických zlúčenín. Očividne tu hovoríme len o zlúčeninách s nekovmi.

Zlúčeniny s nekovmi

Z týchto látok sú najdôležitejšie chloridy. Jód, fosfor, síra a mnohé organické látky sa rozpúšťajú v chloride ciničitom SnCl 4. Preto sa používa hlavne ako veľmi špecifické rozpúšťadlo. Chlorid cíničitý SnCl 2 sa používa ako moridlo na farbenie a ako redukčné činidlo pri syntéze organických farbív. Rovnaké funkcie v textilnej výrobe má aj ďalšia zlúčenina prvku č. 50, cíničitan sodný Na 2 Sn0 3. Navyše robí hodváb ťažším.
Priemysel používa oxidy cínu v obmedzenej miere. SnO sa používa na výrobu rubínového skla a Sn0 2 - biela glazúra. Zlatožlté kryštály olivového disulfidu SnS 2 sa často nazývajú plátkové zlato, ktoré sa používa na „zlatenie“ dreva a sadry. Toto je takpovediac „najmodernejšie“ použitie zlúčenín cínu. A čo tie najmodernejšie?
Ak máme na mysli iba zlúčeniny cínu, tak ide o využitie cíničitanu bárnatého BaSn0 3 v rádiotechnike ako vynikajúceho dielektrika. A jeden z izotopov cínu, il9Sn, zohral významnú úlohu pri štúdiu Mössbauerovho javu – fenoménu, ktorý viedol k vytvoreniu novej výskumnej metódy – gama rezonančnej spektroskopie. A to nie je jediný prípad, kedy starodávny kov poslúžil modernej vede.
Na príklade sivého cínu - jednej z modifikácií prvku č.50 - bola odhalená súvislosť medzi vlastnosťami a chemickou povahou polovodičového materiálu.A to je zrejme jediná vec, pre ktorú si šedý cín možno zapamätať vľúdne slovo: narobilo viac škody ako úžitku. K tejto odrode prvku č. 50 sa vrátime po rozprávaní o ďalšej veľkej a dôležitej skupine zlúčenín cínu.

O organocíne

Existuje veľké množstvo organických zlúčenín, ktoré zahŕňajú cín. Prvý z nich bol prijatý v roku 1852.
Najprv sa látky tejto triedy získavali iba jedným spôsobom - výmennou reakciou medzi anorganickými zlúčeninami cínu a Grignardovými činidlami. Tu je príklad takejto reakcie:
SnCl4 + 4RMgX → SnR4 + 4MgXCl (R je tu uhľovodíkový radikál, X je halogén).
Zlúčeniny so zložením SnR4 nenašli široké praktické uplatnenie. Ale práve z nich sa získavajú ďalšie organocínové látky, ktorých výhody sú nepochybné.

Záujem o organocín sa prvýkrát objavil počas prvej svetovej vojny. Takmer všetky organické zlúčeniny cínu získané v tom čase boli toxické. Tieto zlúčeniny sa nepoužívali ako toxické látky, ich toxicita pre hmyz, plesne a škodlivé mikróby sa využila až neskôr. Na báze trifenylcínacetátu (C 6 H 5) 3 SnOOCCH 3 bol vytvorený účinný liek na boj proti hubovým chorobám zemiakov a cukrovej repy. Ukázalo sa, že tento liek má ďalšiu užitočnú vlastnosť: stimuluje rast a vývoj rastlín.
Na boj proti hubám, ktoré sa vyvíjajú v prístrojoch celulózo-papierenského priemyslu, sa používa ďalšia látka - tributylcínhydroxid (C 4 H 9) 3 SnOH. To výrazne zlepšuje výkon zariadenia.
Dibutylcíndilaurát (C 4 H 9) 2 Sn (OCOC 11 H 23) 2 má mnoho „povolaní“. Vo veterinárnej praxi sa používa ako prostriedok proti helmintom (červom). Rovnaká látka sa široko používa v chemickom priemysle ako stabilizátor pre polyvinylchlorid a iné polymérne materiály a ako katalyzátor. Rýchlosť
reakcia tvorby uretánov (monomérov polyuretánovej gumy) v prítomnosti takéhoto katalyzátora sa zvyšuje 37 tisíc krát.
Na báze organických zlúčenín cínu boli vytvorené účinné insekticídy; organocínové sklá spoľahlivo chránia pred röntgenovým žiarením, polymérové ​​olovené a organocínové farby sa používajú na zakrytie podvodných častí lodí, aby na nich nerástli mäkkýše.
Všetko sú to zlúčeniny štvormocného cínu. Obmedzený rozsah článku nám neumožňuje hovoriť o mnohých ďalších užitočných látkach tejto triedy.
Organických zlúčenín dvojmocného cínu je naopak málo a doteraz nenašli takmer žiadne praktické využitie.

O sivom cíne

V mrazivej zime roku 1916 bola po železnici odoslaná zásielka cínu z Ďalekého východu do európskej časti Ruska. To, čo však dorazilo na miesto činu, neboli strieborno-biele ingoty, ale väčšinou jemný sivý prášok.
Štyri roky predtým došlo ku katastrofe s expedíciou polárneho bádateľa Roberta Scotta. Expedícia smerujúca na južný pól zostala bez paliva: zo železných nádob uniklo cez švy spájkované cínom.
Približne v tých istých rokoch oslovil komisariát slávneho ruského chemika V. V. Markovnikova so žiadosťou, aby vysvetlil, čo sa deje s pocínovanými čajníkmi, ktoré boli dodané ruskej armáde. Čajová kanvica, ktorá bola prinesená do laboratória ako názorný príklad, bola pokrytá sivými škvrnami a výrastkami, ktoré sa rozpadali aj pri ľahkom poklepaní rukou. Analýza ukázala, že prach aj výrastky pozostávali len z cínu, bez akýchkoľvek nečistôt.

Čo sa stalo s kovom vo všetkých týchto prípadoch?
Rovnako ako mnoho iných prvkov, aj cín má niekoľko alotropných modifikácií, niekoľko stavov. (Slovo „alotropia“ sa z gréčtiny prekladá ako „iná vlastnosť“, „iný obrat“.) Pri bežných teplotách nad nulou vyzerá cín tak, že nikto nemôže pochybovať o tom, že patrí do triedy kovov.
Biely kov, tvárny, kujný. Biele kryštály cínu (nazývané aj beta cín) sú štvoruholníkové. Dĺžka okrajov elementárnej kryštálovej mriežky je 5,82 a 3,18 A. Ale pri teplotách pod 13,2 ° C je „normálny“ stav cínu iný. Hneď ako sa dosiahne tento teplotný prah, začne sa reštrukturalizácia kryštálovej štruktúry cínového ingotu. Biely cín sa premení na práškový sivý alebo alfa cín a čím nižšia je teplota, tým väčšia je rýchlosť tejto premeny. Maximum dosahuje pri mínus 39°C.
Šedé kryštály cínu kubickej konfigurácie; rozmery ich elementárnych buniek sú väčšie - dĺžka hrany je 6,49 A. Hustota šedého cínu je preto výrazne nižšia ako u bieleho cínu: 5,76 a 7,3 g/cm3.
Výsledok premeny bieleho cínu na sivý sa niekedy nazýva „cínový mor“. Dôsledkom tejto „choroby“ sú škvrny a výrastky na vojenských čajníkoch, vozoch s cínovým prachom, švy, ktoré sa stali priepustnými pre tekutinu.
Prečo sa podobné príbehy nedejú aj teraz? Z jediného dôvodu: naučili sa „liečiť“ cínový mor. Bola objasnená jeho fyzikálno-chemická povaha a zistilo sa, ako určité prísady ovplyvňujú náchylnosť kovu k „moru“. Ukázalo sa, že hliník a zinok tento proces podporujú, zatiaľ čo bizmut, olovo a antimón mu naopak bránia.
Okrem bieleho a sivého cínu bola objavená ďalšia alotropná modifikácia prvku č. 50 - gama cín, stabilný pri teplotách nad 161 °C. Charakteristickým znakom takéhoto cínu je krehkosť. Ako všetky kovy, aj cín sa stáva tvárnejším so zvyšujúcou sa teplotou, ale až pri teplotách nižších ako 161 °C. Potom úplne stratí svoju tvárnosť, premení sa na gama cín a stane sa tak krehkým, že sa dá rozdrviť na prášok.

Ešte raz o nedostatku metly

Články o prvkoch sa často končia špekuláciami autora o budúcnosti jeho „hrdinu“. Spravidla sa kreslí v ružovom svetle. Autor článku o cíne je zbavený tejto príležitosti: budúcnosť cínu - nepochybne najužitočnejšieho kovu - je nejasná. Je to nejasné z jediného dôvodu.
Pred niekoľkými rokmi zverejnil American Bureau of Mines výpočty, z ktorých vyplynulo, že overené zásoby prvku č.50 vydržia vo svete najviac 35 rokov. Je pravda, že potom sa našlo niekoľko nových ložísk, vrátane najväčších v Európe, ktoré sa nachádzajú na území Poľskej ľudovej republiky. Nedostatok cínu však odborníkov naďalej znepokojuje.
Dokončením príbehu o prvku č. 50 vám preto chceme ešte raz pripomenúť potrebu šetrenia a ochrany cínu.
Nedostatok tohto kovu znepokojoval aj klasikov literatúry. Pamätáte si Andersena? „Dvadsaťštyri vojakov bolo úplne rovnakých a dvadsiaty piaty vojak mal jednu nohu. Bol posledný, ktorý bol odliaty, a nebolo dosť cínu.“ Teraz cínu chýba dosť. Nie nadarmo sa stali vzácnymi aj dvojnohí cínoví vojaci – bežnejšie sú plastové. Ale pri všetkej úcte k polymérom, nemôžu vždy nahradiť cín.
IZOTOPY. Cín je jedným z najviac „multiizotopických“ prvkov: prírodný cín sa skladá z desiatich izotopov s hmotnostnými číslami 112, 114-120, 122 n 124. Najbežnejším z nich je i20Sn, ktorý tvorí asi 33 % všetkého pozemského cínu. Takmer 100-krát menej ako cín-115, najvzácnejší izotop prvku č.50.
Ďalších 15 izotopov cínu s hmotnostnými číslami 108-111, 113, 121, 123, 125-132 bolo získaných umelo. Životnosť týchto izotopov nie je ani zďaleka rovnaká. Cín-123 má teda polčas rozpadu 136 dní a cín-132 iba 2,2 minúty.

PREČO SA BRONZ NÁZAL BRONZ? Slovo „bronz“ znie v mnohých európskych jazykoch takmer rovnako. Jeho pôvod sa spája s názvom malého talianskeho prístavu na Jadranskom mori – Brindisi. Práve cez tento prístav sa v staroveku do Európy dodával bronz a v starom Ríme sa táto zliatina nazývala „es Brindisi“ - meď z Brindisi.
NA POČESŤ VYNÁLEZCU. Latinské slovo frictio znamená trenie. Odtiaľ pochádza názov antifrikčné materiály, teda materiály „proti trepiu“. Málo sa opotrebúvajú a sú mäkké a tvárne. Ich hlavnou aplikáciou je výroba ložiskových panvíc. Prvú antifrikčnú zliatinu na báze cínu a olova navrhol v roku 1839 inžinier Babbitt. Odtiaľ pochádza názov veľkej a veľmi dôležitej skupiny antifrikčných zliatin - Babbitts.
jKECTb NA KONZERVA. Spôsob dlhodobého uchovávania potravín zaváraním v pocínovaných pohároch ako prvý navrhol francúzsky šéfkuchár F. Horná v roku 1809
ZO DNA OCEÁNU. V roku 1976 začal fungovať nezvyčajný podnik, ktorý sa označuje skratkou REP. Znamená: prieskumný a ťažobný podnik. Nachádza sa hlavne na lodiach. Za polárnym kruhom, v Laptevskom mori, v oblasti Vankinského zálivu, REP ťaží cínonosný piesok z morského dna. Tu, na palube jednej z lodí, je obohacovacie zariadenie.
CELOSVETOVÁ VÝROBA. Podľa amerických údajov bola globálna produkcia cínu na konci minulého storočia 174-180 tisíc ton.