Tenn

Tenn
←  Indium | Antimon  →
femtio Ge

Sn

Pb
Periodiska system av element50 sn
Utseendet av en enkel substans
Prover av β-tenn
Atomegenskaper
Namn, symbol, nummer Tenn / Stannum (Sn), 50
Grupp , punkt , block 14 (föråldrad 4), 5,
p-element
Atommassa
( molmassa )
118 710(7) [1]  a. e. m.  ( g / mol )
Elektronisk konfiguration [Kr] 4d 10 5s 2 5p 2
Atomradie 162 pm
Kemiska egenskaper
kovalent radie 141  pm
Jonradie (+4e) 71 (+2) 93  pm
Elektronnegativitet 1,96 (Pauling-skala)
Elektrodpotential -0,136
Oxidationstillstånd +2, +4
Joniseringsenergi
(första elektron)
708,2 (7,34)  kJ / mol  ( eV )
Termodynamiska egenskaper hos ett enkelt ämne
Densitet (vid ej ) 7,31 g/cm³
Smält temperatur 230,90 °C [2]
Koktemperatur 2893K, 2620°C [3]
Oud. fusionsvärme 7,19 [2] ; kJ/mol
Oud. avdunstningsvärme 296 [4]  kJ/mol
Molär värmekapacitet 27,11 [4]  J/(K mol)
Molar volym 16,3  cm³ / mol
Kristallgittret av en enkel substans
Gallerstruktur tetragonal
Gitterparametrar a = 5,831; c = 3,181  Å
c / a -förhållande 0,546
Debye temperatur 170,00  K
Andra egenskaper
Värmeledningsförmåga (300 K) 66,8 W/(m K)
CAS-nummer 7440-31-5
femtio Tenn
sn118,710
4d 10 5s 2 5p 2

Tenn ( kemisk symbol  - Sn , från lat.  Stannum ) - ett kemiskt element i den 14: e gruppen (enligt den föråldrade klassificeringen  - den huvudsakliga undergruppen av den fjärde gruppen, IVA), den femte perioden av det periodiska systemet av kemiska element av D. I. Mendelejev , med atomnummer 50 [5] .
Tillhör gruppen lättmetaller .

Det enkla ämnet tenn (under normala förhållanden ) är en formbar, formbar och smältbar, glänsande , silvervit efterövergångsmetall . Fyra allotropa modifieringar av tenn är kända: under +13,2 °C stabilt α -tenn ( grå tenn ) med ett gitter av kubiskt diamanttyp , över +13,2 °C stabilt β -tenn ( vitt tenn ) med ett tetragonalt kristallgitter [4] . Vid höga tryck finns även γ -tenn och σ -tenn.

Historik

Tenn var känt för människan redan under det 4:e årtusendet f.Kr. e. Denna metall var otillgänglig och dyr, så produkter från den finns sällan bland romerska och grekiska antikviteter. Tenn nämns i Bibeln , den fjärde Moseboken . Tenn är (tillsammans med koppar ) en av beståndsdelarna i tennbrons , som uppfanns i slutet eller mitten av det 3:e årtusendet f.Kr. e. Eftersom brons var den mest hållbara av de metaller och legeringar som var kända vid den tiden, var tenn den "strategiska metallen" under hela " bronsåldern ", mer än 2000 år (mycket ungefär: XXXV - XI århundraden f.Kr.).

Rent tenn erhölls inte tidigare än på 1100-talet, R. Bacon nämner det i sina skrifter . Innan dess hade tenn alltid innehållit en varierande mängd bly. SnCl 4 -klorid erhölls först av A. Libavy 1597. Tennets allotropi och fenomenet "tennplågan" förklarades av E. Cohen 1911.

Namnets ursprung

Det latinska namnet stannum , associerat med sanskritordet som betyder "resistent, hållbart", hänvisade ursprungligen till en legering av bly och silver , och senare till en annan legering som imiterar det , innehållande omkring 67% tenn; på 400-talet e.Kr. e. detta ord började kallas faktiskt tenn [6] .

Ordet tenn  är vanligt slaviskt, men i vissa slaviska språk används samma eller samma grundord ( polska ołów , tjeckiska olovo , serbiskt tenn , vitryska volava , etc.) för att hänvisa till en annan, utåt sett liknande metall- bly . Ordet tenn har motsvarigheter i de baltiska språken (jfr lit. alavas, alvas , lettiska alva  - "tenn", preussiska alwis  - "bly"). Det är en suffixbildning från roten ol- (jfr fornhögtyska elo  - "gul", latin  albus  - "vit" etc.), så metallen benämns efter färg [7] .

Fysiska egenskaper

Den fullständiga elektroniska konfigurationen av tennatomen är: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 5s 2 5p 2

Densitet: i fast tillstånd vid +20 °C - 7,3 g/cm³; i flytande tillstånd vid en smältpunkt - 6,98 g / cm³. Temperatur: smältning - 231,91 °C [2] ; kokande - 2620 ° С. Linjär expansionskoefficient: vid en temperatur av 0 °C är lika med 1,99 10 −5 K −1 ; vid +100 °С är det lika med 2,38 10 −5 K −1 [4] ; medelvärdet i intervallet 0–100 °C är 2,62·10 −5 K −1 [2] . Specifik värmekapacitet: i fast tillstånd vid +20 °C - 226 J / (kg K); i flytande tillstånd vid en smältpunkt av 268 J/(kg K). Molär värmekapacitet vid konstant tryck: vid 0 °C är den 27,11 J / (mol K) (vit tenn), 25,79 J / (mol K) (grå tenn). [fyra] Smältvärmen är 7,19 kJ/mol. [2] Förångningsvärmen är 296 kJ/mol. [fyra] Värmeledningsförmåga vid +20 °C - 65,26 W / (m K) [4] . Det specifika elektriska motståndet vid +20 °С är 0,115 μΩ m [4] (enligt andra källor, 0,128 μΩ m vid +25 °С [2] ). Den termiska motståndskoefficienten är 4,5·10 −3 K −1 [2] . Specifik elektrisk konduktivitet vid +20 °C - 8,69 MS/m. Debye-temperaturen är 200 K (vit plåt), 212 K (grå plåt) [2] .

Mekaniska och tekniska egenskaper:

elasticitetsmodul 55 GPa vid 0°C [4] [2] och 48 GPa vid 100°C; skjuvmodul 16,8–8,1 GPa [2] ; draghållfasthet - 20 MPa; relativ töjning - 40% [4] ; Brinell hårdhet - 152 MPa (vit tenn), 62 MPa (grå tenn) [4] ; gjuttemperatur - 260-300 °C.

Vid temperaturer något över 170 °C blir tenn sprött [2] .

Standardelektrodpotentialen E °Sn 2+ /Sn är −0,136 V, och E för paret °Sn 4+ /Sn 2+ är cirka 0,151 V.

Grått och vitt tenn

Det enkla ämnet tenn är polymorft. Under normala förhållanden finns den i form av en β -modifiering (vit tenn), som är stabil över +13,2 °C. Vitt tenn är en silvervit, mjuk, seg metall som bildar tetragonala kristaller , rymdgrupp I 4 / amd ,  cellparametrar a = 0,58197 nm , c = 0,3175 nm , Z = 4 . Koordinationsmiljön för varje tennatom i den är en oktaeder . Densiteten för p -Sn är 7,228 g/ cm3 . Vid böjning av plåtstavarna hörs ett karakteristiskt knas från kristalliternas inbördes friktion [8] .

När det kyls omvandlas vitt tenn till α -modifieringen (grå tenn). Grått tenn bildar kubiska kristaller , rymdgrupp Fd 3 m , cellparametrar  a = 0,646 nm , Z = 8 med en diamantliknande struktur . I grått tenn är koordinationspolyedern för varje atom en tetraeder , koordinationsnummer 4. Fasövergången av β - Sn till α - Sn åtföljs av en ökning av specifik volym med 25,6 % (densiteten av α - Sn är 5,75 g / cm 3 ), vilket leder till att tenn krossas till pulver. Entalpi av övergången α → β Δ H = 2,08 kJ/mol . En modifiering övergår i en annan ju snabbare, desto lägre omgivningstemperatur. Vid -33 °C blir omvandlingshastigheten maximal. Vitt tenn kan dock underkylas till heliumtemperaturer. Vitt tenn blir grått även under påverkan av joniserande strålning [9] .

På grund av den starka skillnaden i strukturerna för de två modifieringarna av tenn skiljer sig även deras elektriska egenskaper. Så β -Sn är en metall och α -Sn är en halvledare. Under 3,72 K α -Sn övergår i supraledande tillstånd. Atomer i kristallgittret av vitt tenn är i det elektroniska s 2 p 2 - tillståndet. Tenngrå är en kovalent kristall med en diamantstruktur och ett elektroniskt sp 3 - tillstånd. Vitt tenn är svagt paramagnetiskt , atomär magnetisk känslighet χ \u003d +4,5 10 -6 (vid 303 K ), blir diamagnetisk vid smältpunkten, χ \u003d -5,1 10 -6 . Grå tenn är diamagnetisk , χ \u003d -3,7 10 -5 (vid 293 K ).

Kontakten mellan grått tenn och vitt leder till "infektion" av den senare, det vill säga till accelerationen av fasövergången jämfört med den spontana processen på grund av uppkomsten av kärnor i en ny kristallin fas. Kombinationen av dessa fenomen kallas "plåtpest". [10] Det nuvarande namnet för denna process gavs av E. Cohen 1911 (han kallade det också "museisjuka" [11] ), men detta fenomen var känt under antiken, det nämns av Aristoteles och Plutarchus [11] . Början av den vetenskapliga studien av denna fasövergång lades 1870 av vetenskapsmannen i St. Petersburg, akademikern Y. Fritzsche . Många värdefulla observationer och tankar om denna process uttrycktes av D. I. Mendeleev i hans Fundamentals of Chemistry.

Ett sätt att förebygga "tennpest" är att tillsätta ett stabiliseringsmedel, såsom vismut , till plåten . Å andra sidan accelereras processen för övergång av vitt tenn till grått vid inte särskilt låga temperaturer av katalysatorn ammoniumklorostannat (NH 4 ) 2 SnCl 6 [12] .

" Tin Plague " - en av orsakerna till Scotts expedition till Sydpolen död 1912 . Hon blev utan bränsle på grund av att bränsle läckte från förseglade plåttankar som drabbats av "plåtpest" [13] .

Vissa historiker pekar på "tennplågan" som en av anledningarna till att Napoleons armé besegrades i Ryssland 1812 - svår frost ledde till att plåtknappar på soldatuniformer förvandlades till pulver [14] .

Plåtpesten förstörde många museiutställningar. Det finns inga plåtföremål från stor antik i Rysslands museisamlingar, det finns bara enstaka föremål som går tillbaka till 1300-talet, de befintliga utställningarna tillhör huvudsakligen 1700-talet och efterföljande århundraden. Så ett antal fat och skålar från 1600-talet förstördes från skattkammaren till Tsarevna Tatyana Mikhailovna , syster till tsar Alexei Mikhailovich , och från skattkammaren för hans döttrar Feodosia Alekseevna och Sofya Alekseevna i Trinity Cathedrals sakristi Kloster i Alexandrov , där under den efterrevolutionära förödelsen efter 1917 under lång tid uppvärmningen upphörde [11] .

Tenn, som drabbats av "pest", blir efter att ha smälts ner igen vitt. Men för att förvandla grått plåt till vitt räcker det att hålla det vid en förhöjd temperatur, enligt vissa källor, över +40 °C, enligt andra - över +59 °C [11] . För att stoppa förstörelsen av föremål som drabbats av "plåtpest" håller restauratörer dem i kokande vatten i en timme eller mer [11] .

Vid höga tryck hittades ytterligare två modifieringar av tenn: γ - tenn (övergång vid en temperatur av 161 °C och ett tryck på ca 4 GPa, vid rumstemperatur och ett tryck på 10 GPa) och σ -tenn (övergång vid en temperatur på cirka 1000 °C och ett tryck över 21 GPa ) [15] .

Isotoper

Naturligt tenn består av tio stabila nuklider med massatal 112 (i en blandning av 0,96 viktprocent), 114 (0,66%), 115 (0,35%), 116 (14,30%), 117 (7, 61%), 118 ( 24,03 %), 119 (8,58 %), 120 (32,85 %), 122 (4,72 %) och 124 (5,94 %). För vissa av dem är dubbelt beta-sönderfall energimässigt möjligt , men hittills (2018) har det inte observerats experimentellt, eftersom den förutsagda halveringstiden är mycket lång (mer än 1020 år) [16] .

Tenn har det största antalet stabila isotoper bland alla grundämnen , vilket beror på att 50 (antalet protoner i tennkärnor) är ett magiskt tal  - det utgör ett fyllt protonskal i kärnan och ökar därmed bindningsenergin och kärnans stabilitet. Två dubbelt magiska isotoper av tenn är kända, båda är radioaktiva, eftersom de är långt ifrån betastabilitetsbandet: neutronbrist 100 Sn ( Z = N = 50 ) och neutronrik 132 Sn ( Z = 50 , N = 82 ).

Tennisotoperna 117Sn och 119Sn är Mössbauerisotoper och används inom gammaresonansspektroskopi .

Kemiska egenskaper

Metallplåt

Vid rumstemperatur är tenn, liksom sin gruppkamrat germanium, resistent mot luft eller vatten. Sådan tröghet förklaras av bildandet av en ytfilm av oxider. Märkbar oxidation av tenn i luft börjar vid temperaturer över 150 °C:

Vid upphettning reagerar tenn med de flesta icke-metaller. I detta fall bildas föreningar i +4-oxidationstillståndet, vilket är mer karakteristiskt för tenn än +2. Till exempel:

Löslig i utspädda syror (HCl, H 2 SO 4 ) [17] :

Tenn reagerar med koncentrerad saltsyra. I det här fallet bildar grå tenn ( α -Sn) en lösning av tenn (II) klorid och vit ( β -Sn) - tenn (IV) klorid [18] :

Sammansättningen av reaktionsprodukten av tenn med salpetersyra beror på koncentrationen av syran. I koncentrerad salpetersyra (60 %) bildas tennsyra β -SnO 2 n H 2 O [ 17] (ibland skrivs dess formel som H 2 SnO 3 ). I det här fallet beter sig tenn som en icke-metall:

Vid interaktion med utspädd salpetersyra (3-5%) bildas tenn(II)nitrat [17] :

Det oxideras av alkalilösningar till hydroxostannat(II), som är benäget att disproportionera i heta lösningar [17] :

Tin(II)

Mindre stabilt oxidationstillstånd än (IV). Tenn(II)-föreningar har hög reducerande aktivitet och är lätt oproportionerliga [17] :

I luft oxideras föreningar snabbt av syre, både i fast form [17] och i lösningar [18] :

Ett starkt reduktionsmedel är " tennsalt " SnCl 2 ·2H 2 O [17] .

Oxiden kan erhållas genom inverkan av ammoniak på en het lösning av tenn(II)klorid i en CO 2 -atmosfär [17] :

Oxiden erhålls också genom att lätt värma upp tenn(II)hydroxid Sn (OH) 2 i vakuum eller genom att försiktigt värma upp några salter:

[17]

I lösningar av tenn(II)-salter sker stark hydrolys [17] :

När en lösning av Sn(II)-salt exponeras för sulfidlösningar fälls en fällning av tenn(II)sulfid ut :

Denna sulfid kan lätt oxideras till ett sulfidkomplex med en lösning av natriumpolysulfid, vid surgöring förvandlas tenn(IV) sulfid till en fällning [17] :

Tin(IV)

Tenn(IV)oxid (SnO 2 ) bildas genom direkt oxidation med syre. När den smälts med alkalier bildar den stannater , när den behandlas med vatten bildar den hydroxostannater [17] :

Under hydrolysen av lösningar av tenn(IV)-salter bildas en vit fällning - den så kallade α - tennsyran [17] :

Färskt erhållen α -tennsyra löses i syror och alkalier [17] :

Under lagring åldras α -tennsyra, förlorar vatten och övergår i β -tennsyra, som är mer kemiskt inert. Denna förändring i egenskaper är associerad med en minskning av antalet aktiva HO-Sn-grupper när de står och deras ersättning av mer inerta överbryggande -Sn-O-Sn-bindningar [17] .

Tennhydrid - stannan SnH 4  - kan erhållas genom reaktionen:

Denna hydrid är mycket instabil och sönderdelas långsamt även vid 0 °C.

Fyrvärt tenn bildar en omfattande klass av tennorganiska föreningar som används i organisk syntes, som bekämpningsmedel, etc.

Att vara i naturen

Tenn är ett sällsynt spårämne, när det gäller förekomsten i jordskorpan upptar tenn den 47:e platsen. Clarkhalten av tenn i jordskorpan är, enligt olika källor, från 2⋅10 −4 till 8⋅10 −3  viktprocent. Det huvudsakliga mineralet i tenn är kassiterit (tennsten) SnO 2 innehållande upp till 78,8 % tenn. Mycket mindre vanligt i naturen är stannin ( tennkis ) - Cu 2 FeSnS 4 (27,5% Sn).

Insättningar

Världsfyndigheter av tenn finns främst i Kina och Sydostasien  - Indonesien , Malaysia och Thailand . Det finns också stora fyndigheter i Sydamerika ( Bolivia , Peru , Brasilien ) och Australien .

I Ryssland är reserverna av tennmalm belägna i Khabarovsk-territoriet ( Solnechny-distriktet  - fyndigheterna i Festivalnoe, Solnechnoye, Lunnoye, Pridorozhnoye, Perevalnoye och Sobolinoye [19] ; Verkhnebureinsky-distriktet - Pravourmiyskoye-fyndigheten ), i den autonoma Chukkotka ( Pyrkakay stockworks ; Valkumey gruva/by , Iultin  - utvecklingen av fyndigheter stängdes i början av 1990-talet), i Primorsky Krai ( Kavalerovsky-distriktet ), i Yakutia ( Deputatskoye-fyndigheten ) och andra områden.

Fördelning i naturen

Prevalensen i naturen återspeglas i följande tabell [20] :

Geol. ett objekt Kamen. meteoriter Dunits och andra. Basalter osv. Dioriter etc. Granitoider Lera etc. havsvatten Levande materia (% av levande vikt) Jorden plantera aska
Innehåll, vikt. % 001⋅10 −4 05⋅10 −5 01,5⋅10 −4 0000 0003⋅10 −4 1⋅10−3 _ 07⋅10 −7 00005⋅10 −5 1⋅10−3 _ 005⋅10−4 _

I oförorenat ytvatten finns tenn i submikrogramkoncentrationer. I grundvatten når dess koncentration några mikrogram per liter, ökar i området för tennmalmsfyndigheter, det kommer in i vattnet på grund av förstörelsen av främst sulfidmineraler som är instabila i oxidationszonen. MPC Sn = 2 mg/dm³ .

Tenn är ett amfotert grundämne, det vill säga ett grundämne som kan uppvisa sura och basiska egenskaper. Denna egenskap hos tenn bestämmer också egenskaperna hos dess distribution i naturen. På grund av denna dualitet uppvisar tenn litofila, kalkofila och siderofila egenskaper. Tenn i sina egenskaper visar närhet till kvarts, vilket gör att ett nära förhållande mellan tenn i form av oxid (cassiterit) och sura granitoider ( litofilicitet ), ofta berikat med tenn, är känt, upp till bildandet av oberoende kvarts - kassiteritvener. Det alkaliska beteendet hos tenn bestäms i bildandet av ganska olika sulfidföreningar ( kalkofilicitet ), upp till bildandet av naturligt tenn och olika intermetalliska föreningar kända i ultrabasiska bergarter ( siderofilicitet ).

Platsformulär

Den huvudsakliga formen för att hitta tenn i stenar och mineraler är spridd (eller endokrypt). Men tenn bildar även mineralformer, och i denna form finns ofta inte bara som ett tillbehör i sura magmatiska bergarter, utan bildar även kommersiella koncentrationer främst i oxid- (kassiterit SnO 2 ) och sulfid- (stannin) former [21] .

fast fas. Mineraler

I allmänhet kan följande former av att hitta tenn i naturen särskiljas:

  1. Spridd form: Den specifika form i vilken tenn förekommer i denna form är okänd. Här kan vi tala om en isomorft spridd form av tenn som förekommer på grund av närvaron av isomorfism med ett antal element (Ta, Nb, W - med bildning av typiskt syreföreningar; V, Cr, Ti, Mn, Sc - med bildning av syre och sulfidföreningar). Om koncentrationerna av tenn inte överstiger vissa kritiska värden, kan det isomorft ersätta de namngivna elementen. Mekanismerna för isomorfism är olika.
  2. Mineralform: Tenn finns i koncentratormineraler . Som regel är dessa mineraler i vilka järn Fe +2 finns : biotiter , granater , pyroxener , magnetiter , turmaliner och så vidare. Detta förhållande beror till exempel på isomorfism enligt schemat Sn +4 + Fe +2 → 2Fe +3 . I tennbärande skarn finns höga koncentrationer av tenn i granater (upp till 5,8 vikt-%) (särskilt i andraditer ), epidoter (upp till 2,84 vikt-%) och så vidare.

I sulfidavlagringar ingår tenn som ett isomorft grundämne i sfalerit ( Silinskoye-avlagring , Ryssland, Primorye), karbonat ( Dubrovskoye-avlagring , Ryssland, Primorye), pyrit. Höga koncentrationer av tenn hittades i pyrrotit från greisens från Smirnovsky-fyndigheten (Ryssland, Primorye). Man tror att på grund av begränsad isomorfism sker nedbrytning av fasta lösningar med mikrosegregationer av Cu 2 +1 Fe +2 SnS 4 eller tillit PbSnS 2 och andra mineraler.

Korrekt mineralformer Inhemska grundämnen, legeringar och intermetalliska föreningar

Även om koncentrationerna av dessa mineral i bergarter är mycket låga, är de fördelade i ett brett spektrum av genetiska formationer. Bland de inhemska formerna har tillsammans med Sn, Fe, Al, Cu, Ti, Cd och så vidare identifierats, utan att räkna de redan kända inhemska platinoider , guld och silver . Samma element bildar sinsemellan olika legeringar: (Cu + Sn + Sb), (Pb + Sn + Sb) och andra, såväl som fasta lösningar. Bland de intermetalliska föreningarna, stistait SnSb, atakit (Pd,Pt) 3 Sn, shtumyrlite Pt(Sn,Bi), zvyagintsevite (Pd,Pt) 3 (Pb,Sn), taimyrit (Pd,Cu,Pt) 3 Sn och andra [22] [23] .

De givna formerna för att hitta tenn och andra grundämnen finns i olika geologiska formationer [23] :

  1. En grupp av påträngande och utsvävande magmatiska stenar: fällor , bilder från den sibiriska plattformen, hypermafiska och gabbroider från Kamchatka, kimberliter från Yakutia, lamproiter från Aldan, och så vidare; granitoider i Primorye, Fjärran Östern, Tien Shan.
  2. En grupp metasomatiskt och hydrotermiskt förändrade bergarter: koppar-nickelmalmer från den sibiriska plattformen, guldmalmföremål i Ural, Kaukasus, Uzbekistan och så vidare. [24]
  3. Grupp av modern malmbildning: pelagiska sediment i Stilla havet, produkter från Great Fissure Tolbachik-utbrottet, Uzons hydrotermiska system i Kamchatka och andra.
  4. En grupp sedimentära bergarter av olika ursprung.
Oxidföreningar av tenn

Den mest kända formen är huvudmineralet av tenn - cassiterit SnO 2 , som är en kombination av tenn med syre . Enligt nukleär gamma-resonansspektroskopi innehåller mineralet Sn +4 .

Cassiterite

Cassiterit (från grekiskan kassiteros-tenn) är det huvudsakliga malmmineralet för att erhålla tenn, den kemiska formeln är SnO 2 . Innehåller teoretiskt 78,62% Sn. Det bildar separata segregationer, korn, fasta massiva aggregat, i vilka mineralkorn når en storlek på 3-4 mm och ännu mer. I sin rena form, färglösa kristaller, ger föroreningar mineralet en mängd olika färger.

  • Densitet 6040-7120 kg/m³ (den lägsta i ljusa kassiteriter).
  • Mohs hårdhet 6,5.
  • Blank - matt, på kanterna - diamant.
  • Klyvningen är ofullkomlig.
  • Frakturen är konkoidal.

De viktigaste formerna för isolering av kassiterit:

  • mikroinneslutningar i andra mineraler;
  • tillbehör mineralfyndigheter i bergarter och malmer;
  • fasta eller spridda malmer: nålformade aggregat med radiell strålning (avlagringar av Primorye ), kolomorfa och kryptokristallina segregationer och ansamlingar (avlagringar av Primorye); den kristallina formen är den huvudsakliga formen av isolering av kassiterit.

I Ryssland finns det avlagringar av kassiterit i nordost, i Primorye, Yakutia , Transbaikalia ; utomlands - i Malaysia , Thailand , Indonesien , Kina , Bolivia , Nigeria och andra länder.

Hydroxidföreningar

En sekundär plats upptas av hydroxidföreningar av tenn , som kan betraktas som salter av polytennsyror . Dessa inkluderar mineralet sukulait Ta 2 Sn 2 +2 O [25] ; fast lösning av tenn i magnetit i formen Fe 2 SnO 4 eller Fe 3 SnO 3 (Bretshtein Yu. S., 1974; Voronina L. B., 1979); " varlamovite " - en produkt av oxidation av stannin ; det tros vara en blandning av amorfa och semi-amorfa Sn-föreningar, metastannsyra, en polykondenserad fas och en hydrocassiteritfas. Hydraterade oxidationsprodukter är också kända - hydromartite 3SnO· H2O ; mushistonit (Cu,Zn,Fe)Sn(OH) 6 ; kopparhydrostannat CuSn(OH) 6 och andra.

Silikater

En stor grupp av tennsilikater är känd , representerad av malayait CaSn[SiO5 ] [ 26] ; pabstit Ba(Sn, Ti)Si 3 O 9 [25] , stocasit Ca 2 Sn 2 Si 6 O 18 4H 2 O, etc. Malayait bildar till och med industriella ansamlingar.

Spinels

Spineller är också kända från andra oxidföreningar , till exempel mineralet nigerit Sn 2 Fe 4 Al 16 O 32 (Peterson EU, 1986).

Sulfidföreningar av tenn

Innehåller olika föreningar av tenn med svavel. Detta är den andra industriellt viktiga gruppen av mineralformer av tenn. Den viktigaste av dessa är stannin , det näst viktigaste mineralet. Dessutom noteras frankeit Pb5Sn3Sb2S14 , herzenbergit SnS , berndtit SnS2 , tillit PbSnS2 och kesterit Cu2ZnSnS4 . _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ Mer komplexa sulfidföreningar av tenn med bly , silver och koppar har också identifierats, vilka huvudsakligen är av mineralogisk betydelse. Det nära släktskapet mellan tenn och koppar orsakar den frekventa närvaron av kalkopirit CuFeS 2 i tennmalmavlagringar med bildandet av kassiterit-kalkopiritparagenes.

Stannin

Stannin (av lat.  stannum  - tenn), tennkis, ett mineral från klassen sulfider med den allmänna formeln av formen Cu 2 FeSnS 4 . Det följer av kalkopiritformeln genom att ersätta en Fe-atom med Sn. Innehåller 29,58% Cu, 12,99% Fe, 27,5% Sn och 29,8 S, samt Zn, Sb, Cd, Pb och Ag föroreningar. Utbredd mineral i tennfyndigheter i Ryssland. Vid ett antal fyndigheter i Ryssland (Primorye, Yakutia) och Centralasien (Tadzjikistan) är det en väsentlig del av sulfidmineraler och utgör ofta tillsammans med varlamovite 10–40 % av det totala tennet. Bildar ofta spridning i sfalerit ZnS, karbonat. I många fall observeras fenomen av stannitsönderfall med frisättning av kassiterit.

Kolloidal form

Kolloidala och tennkiselhaltiga föreningar spelar en betydande roll i tennets geokemi, även om det inte har studerats i detalj. En betydande plats i elementets geologi spelas av kolomorfa föreningar och produkter av dess kristallina omvandlingar till kryptokristallina varianter. Kolomorf kassiterit anses vara en form av uttryck av trögflytande gelliknande lösningar.

Oberoende studier har avslöjat en onormalt hög löslighet av SnO 2 i klor-kisellösningar. Maximal löslighet uppnås vid ett förhållande av .

Analys av egenskaperna hos Sn (OH) 4 -föreningen och deras närhet till Si (OH) 4 -föreningen avslöjar dess förmåga att polymerisera med bildning av H 2 Sn k O 2 k +1 , Sn k O 2 k -1 ( OH) 2 föreningar . I båda fallen är substitution av (OH)-gruppen med F- och Cl-anjoner möjlig.

Således leder polymerisationen av Sn(OH) 4 - molekyler och deras kombination med Si(OH) 4 -molekyler till bildningen av en gel (kolloidal) och uppkomsten av H m Sn 2 n Si n Op -kedjor , med m ≤ 8 [27] , eller Hs [Si02n ( SnOm ) d ] ( Nekrasov I. Ya. et al., 1973).

Tillgängliga data tyder på att den kolloidala formen är en naturlig mellanprodukt i utfällningen av tenn från hydrotermiska lösningar.

Former för att hitta tenn i flytande fas

Den minst studerade delen av tennets geokemi, även om kassiteriter har hittats i gas-vätskeinneslutningar i form av fångmineraler (Kokorin A. M. et al., 1975). Det finns inga arbeten om analys av specifika tennhaltiga naturliga lösningar. I grund och botten är all information baserad på resultaten av experimentella studier, som bara talar om de troliga formerna av tenn i lösningar. Akademikern V. L. Barsukov [21] spelar en betydande roll i utvecklingen av metodiken för dessa studier .

Hela uppsättningen av experimentellt etablerade former för att hitta tenn i lösningar är indelad i grupper:

  1. Joniska föreningar . Dessa föreningar och deras strukturer beskrivs i termer av klassisk valens och stereokemiska koncept. Undergrupper särskiljs:
    1. Enkla joner Sn +2 och Sn +4 finns främst i magmatiska smältor, såväl som i hydrotermiska lösningar med låga pH-värden. I befintliga hydrotermiska system, vilket återspeglas av sammansättningen av gas-vätskeinneslutningar, har emellertid sådana förhållanden inte fastställts.
    2. Halider  - SnF2 , SnF40 , SnCl40 . _ _ Man tror att klorets roll i transporten och avsättningen av tenn och besläktade metaller är viktigare än fluorets roll.
    3. Hydroxylföreningar . Under alkaliska betingelser är de initiala föreningarna H2SnO2 , H2SnO4 , H2SnO3 . Dessa former är ofta etablerade på basis av kända mineralformer. Vissa av dessa former har både artificiellt (CaSnO 3 , Ca 2 SnO 4 ) och naturligt (FeSnO 2 , Fe 2 SnO 4 ) ursprung. I sura miljöer beter sig dessa föreningar som svaga baser som Sn(OH) 2 , Sn(OH) 4 . Man tror att en av formerna för manifestation av sådana föreningar är varlamovite . Enligt experimentella data deponeras Sn(OH) 4 endast vid T < 280°C under svagt sura eller neutrala förhållanden vid pH = 7–9 . Föreningarna Sn(OH) 4 och Sn(OH) 3+ är stabila vid pH = 7-9, medan Sn(OH) 2 + 2 och Sn(OH) +2  är stabila vid pH < 7 . Ganska ofta ersätts (OH) -1 -grupperna med F och Cl, vilket skapar halogensubstituerade modifieringar av tennhydroföreningar. I allmänhet representeras dessa former av föreningarna Sn (OH) 4 - k Fk eller Sn (OH) 4 - k F k -n Cl n . I allmänhet är Sn(OH) 3F - föreningen stabil vid T = +25 ... +50 °C , och Sn (OH) 2F2-  vid T = 200 °C .
    4. sulfidföreningar . Enligt experimentella data innehåller lösningen SnS 4–4 eller SnS 3–2 föreningar vid pH > 9 ; SnS 2 O – 2 ( pH = 8–9 ) och Sn(SH) 4 ( pH = 6 ). Det nämns att det finns en förening av typen Na 2 SnS 3 , som är instabil i en sur miljö.
  2. Komplexa föreningar av tenn har studerats genom att lösa kassiterit i fluorerade medier. Dessa föreningar är mycket lösliga. Samma egenskaper har föreningar erhållna i kloridlösningar. De huvudsakliga formerna av komplexa föreningar kända från experiment inkluderar Na 2 [Sn(OH) 6 ], Na 2 [SnF 6 ], Na 2 [Sn(OH) 2 F 4 ] etc. Experiment har visat att Sn-komplexet (OH) 4 F 2 −2 kommer att dominera vid T = 200 °C .
  3. Kolloidala och tenn-kiselföreningar . Deras existens bevisas av närvaron av kolomorfa segregationer av kassiterit vid många avlagringar.

Industriella typer av tennfyndigheter

De geokemiska egenskaperna hos tenn som beskrivs ovan återspeglas indirekt i den formella klassificeringen av tennavlagringar som föreslagits av E. A. Radkevich med efterföljande tillägg.

A. Tennbärande granitbildning . Cassiterit finns i tillbehörsdelen av graniterna. B. Bildning av sällsynta metallgraniter . Det är graniter av typen litionit-amazonit-albit (apograniter enligt A. A. Beus). Cassiterit i tillbehörsdelen tillsammans med columbite-tatnatlite, microlite m.fl. C. Bildning av tennhaltiga pegmatiter . Tennmineralisering är typisk för Be-Li-, Be-Ta-, F-Li-typer. D. Fältspat-kvarts-kassiteritbildning . Vald Iv. F. Grigoriev. Dessa är kvarts-fältspat ådror med cassiterit och andra mineraler. D. Kvarts-kassiteritbildning . Distribuerad i nordöstra Ryssland. Dessa är venzoner, greisens med kvarts, muskovit, wolframit, kassiterit och andra. E. Cassiterit-silikat-sulfidbildning med turmalin- och klorittyper. En av de viktigaste produktiva formationerna av Primorye i Ryssland. G. Kassiterit-sulfidbildning . Även den huvudsakliga tennbärande formationen. Den särskiljer huvudtyperna: 1) stockwork tenn-volfram mineralisering; 2) malmkroppar av typen quar-cassiterit-arsenopyrit; 3) produktiva kvartsvener av sulfid-kassiterit-klorittyp. H. Plåtskarnsbildning . I. Vedartad tennbildning (ryolitbildning). K. Bildning av grundläggande och ultrabasiska bergarter (enligt I. Ya. Nekrasov) [27] . L. Bildning av alkaliska bergarter i Ukraina (enligt V. S. Metallidi, 1988).

Produktion

Under produktionsprocessen krossas malmhaltigt berg ( cassiterit ) till en medelpartikelstorlek av ~10 mm i industribruk, varefter cassiterit, på grund av sin relativt höga densitet och massa, separeras från gråberget genom vibrationsgravitationen metod för att koncentrera tabeller. Dessutom används flotationsmetoden malmberikning/rening. Därmed är det möjligt att öka tennhalten i malmen till 40-70%. Därefter rostas koncentratet i syre för att avlägsna föroreningar av svavel och arsenik. Det resulterande tennmalmskoncentratet smälts i ugnar. I smältningsprocessen återställs det till ett fritt tillstånd genom att använda träkol i restaureringen, vars skikt staplas omväxlande med skikten av malm, eller aluminium (zink) i elektriska ugnar : Högrent tenn av halvledarrenhet framställs genom elektrokemisk raffinering eller zonsmältning [28] . I juli 2021 steg priset på tenn till nästan 34 000 USD/ton [29]

Applikation

  • Tenn används främst som en säker, giftfri, korrosionsbeständig beläggning i sin rena form eller i legeringar med andra metaller. Den huvudsakliga industriella användningen av tenn är plåt (kontent järn) för livsmedelsförpackningar, lödningar för elektronik , VVS, lagerlegeringar och beläggningar av tenn och dess legeringar. Den viktigaste legeringen av tenn är brons (med koppar). En annan välkänd legering, tenn  , används för att tillverka serviser. För dessa ändamål förbrukas cirka 33 % av allt utvunnet tenn. Upp till 60 % av det producerade tennet används i form av legeringar med koppar, koppar och zink, koppar och antimon (lagerlegering, eller babbit ), med zink (förpackningsfolie) och i form av tennbly och tenn- zinklödningar. På senare tid har intresset för användningen av metall återuppstått, eftersom det är den mest "miljövänliga" bland tunga icke-järnmetaller. Används för att skapa supraledande ledningar baserade på Nb 3 Sn intermetallisk förening .
  • Tenndisulfid SnS 2 används i sammansättningen av färger som imiterar förgyllning ("potal").
  • Konstgjorda radioaktiva kärnisomerer av tenn 117m Sn och 119m Sn är källor till gammastrålning , är Mössbauer-isotoper och används inom gammaresonansspektroskopi .
  • Intermetalliska föreningar av tenn och zirkonium har höga smältpunkter (upp till 2000 °C) och motståndskraft mot oxidation vid upphettning i luft och har ett antal tillämpningar.
  • Tenn är den viktigaste legeringskomponenten vid tillverkning av strukturella titanlegeringar .
  • Tenndioxid  är ett mycket effektivt slipmaterial som används vid "finishing" av ytan på optiskt glas .
  • En blandning av tennsalter - " gul komposition " - användes tidigare som färgämne för ull .
  • Tenn används också i kemiska strömkällor som anodmaterial , till exempel: mangan-tennelement, oxid-kvicksilver-tennelement.
  • Isolerade tvådimensionella tennlager ( stanen ) skapade i analogi med grafen [30] [31] studeras .

Fysiologisk verkan

Nästan ingenting är känt om tennets roll i levande organismer. Det dagliga intaget av burk med mat är 0,2-3,5 mg , med regelbunden konsumtion av konserver - upp till 38 mg . Människokroppen innehåller cirka (1-2) 10-4  % tenn, den högsta koncentrationen observeras i tarmen. [32]

Metalliskt tenn är giftfritt, vilket gör att det kan användas i livsmedelsindustrin. Tenn utgör en fara för människor i form av ångor, olika aerosolpartiklar och damm. När den utsätts för ångor eller damm av tenn kan stannos utvecklas  - skador på lungorna. Det gasformiga ämnet stannan (vätetenn) är det starkaste giftet, dessutom antänds det spontant vid kontakt med luft. Också mycket giftiga är vissa tennorganiska föreningar som tetraetyltenn . Tillfälligt tillåten koncentration av tennföreningar i atmosfärisk luft är 0,05 mg/m 3 , MPC för tenn i livsmedel är 200 mg/kg , i mejeriprodukter och juicer - 100 mg/kg . Den giftiga dosen av tenn för människor är 2 g , berusning av kroppen börjar när innehållet i kroppen är 250 mg/kg . [32]

Skadliga föroreningar som finns i tenn under normala förhållanden för lagring och användning, inklusive i smältan vid temperaturer upp till 600 ° C, släpps inte ut i luften i volymer som överstiger den maximalt tillåtna koncentrationen (särskilt bestämt i enlighet med GOST 12.1.005) -76 Lång exponering (inom 15-20 år ) för plåtdamm har en fibrogen effekt på lungorna och kan göra att arbetare blir sjuka i pneumokonios [33] .

Bildgalleri

Anteckningar

  1. Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg , Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang-Kun Zhu. Grundämnenas atomvikter 2011 (IUPAC Technical Report  )  // Pure and Applied Chemistry . - 2013. - Vol. 85 , nr. 5 . - P. 1047-1078 . - doi : 10.1351/PAC-REP-13-03-02 .
  2. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Berdonosov S. S. Tin // Physical Encyclopedia  : [i 5 volymer] / Kap. ed. A. M. Prokhorov . - M . : Great Russian Encyclopedia , 1992. - T. 3: Magnetoplasmic - Poyntings teorem. - S. 404. - 672 sid. - 48 000 exemplar.  — ISBN 5-85270-019-3 .
  3. Yiming Zhang, Julian RG Evans, Shoufeng Yang Korrigerade värden för kokpunkter och entalpier av förångning av element i handböcker. I: Journal of Chemical & Engineering Data . 56, 2011, S. 328–337, doi:10.1021/je1011086 .
  4. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Dergacheva N.P. Tin // Chemical Encyclopedia  : i 5 volymer / Kap. ed. I. L. Knunyants . - M . : Great Russian Encyclopedia , 1992. - T. 3: Koppar - Polymer. — 639 sid. - 48 000 exemplar.  — ISBN 5-85270-039-8 .
  5. Periodiska systemet Arkiverad 17 maj 2008.  (otillgänglig länk från 2013-05-21 [3452 dagar] - historia ,  kopia ) på IUPAC- webbplatsen .
  6. Encyclopædia Britannica, 11:e upplagan , 1911, sv ' tin ', med hänvisning till H. Kopp
  7. Vvedenskaya L. A., Kolesnikov N. P. Etymologi: Lärobok // St. Petersburg: Peter, 2004, s. 122.
  8. Sevryukov N. N. Tin // TSB (3:e upplagan)
  9. Strålningskemi // Encyklopedisk ordbok för en ung kemist. 2:a uppl. / Komp. V. A. Kritsman, V. V. Stanzo. - M . : Pedagogy , 1990. - S. 200 . — ISBN 5-7155-0292-6 .
  10. Spivakovsky V. B. Analytisk kemi av tenn / ed. Vinogradova A. P .. - M . : Nauka, 1975. - S. 10-11. — 252 sid. - 2400 exemplar.
  11. 1 2 3 4 5 Farmakovsky M. V. Plåtprodukter och plåtpest // Uppsatser om metodiken för teknisk forskning om restaurering och bevarande av antika metallprodukter. - M-L .: OGIZ, 1935.
  12. Paravyan N.A. Tennpest // Kemi och liv . - 1979. - Nr 7 . - S. 69-70 .
  13. Plåtpest // TSB
  14. Plåtpest dödade Napoleons armé  (2 maj 2008). Hämtad 6 november 2014.
  15. Molodets AM , Nabatov SS Termodynamiska potentialer, diagram över tillstånd och fasövergångar av tenn vid stötkompression  (engelska)  // Hög temperatur. - 2000. - September ( vol. 38 , nr 5 ). - s. 715-721 . - doi : 10.1007/BF02755923 .
  16. Nämnd i vissa källor (till exempel i "Chemical Encyclopedia"), bekräftades inte upptäckten av beta-sönderfall av tenn-124 senare.
  17. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Oorganisk kemi. I 3 band / Ed. Yu. D. Tretyakova. - M . : Publishing Center "Academy", 2004. - V.2: Kemi av intransitiva element. - S. 105-153.
  18. 1 2 Shriver D., Atkins P. Inorganic Chemistry. I 2 volymer / Per. från engelska. M. G. Rozova, S. Ya. Istomina, M. E. Tamm. - M . : Mir, 2004. - T. 1. - S. 72, 495.
  19. Hem . Tennresurser. Hämtad: 11 december 2016.
  20. Voitkevich G.V., Miroshnikov A.E., Cookery A.S. Kort referensbok om geokemi. Moskva: Nedra, 1970.
  21. 1 2 Barsukov V. L. et al. Huvuddragen i tennets geokemi. Moskva: Nauka, 1974.
  22. Eremeev N. V. et al. Inhemska element i lamproids i Central Aldan.//Reports of the Academy of Sciences of the USSR, 1988, 303, 6, s. 1464-1467
  23. 1 2 Inhemsk mineralbildning i magmatiska processer. Del I och II. Jakutsk, 1981
  24. Krylova V. V. et al. Tenn, bly och intermetalliska föreningar i malmer i guld-silverformationen. / Proceedings of TsNIGRI, 1979, Vol. 142, s. 22 - 28
  25. 1 2 Nekrasov I. Ya Fassamband i tenninnehållande system. Moskva: Nauka, 1976.
  26. Govorov I.N. Geokemi i malmregionerna i Primorye. Moskva: Nauka, 1977.
  27. 1 2 Nekrasov I. Ya. Tenn i magmatiska och postmagmatiska processer. Moskva: Nauka, 1974.
  28. Bolshakov K. A., Fedorov P. I. Kemi och teknik för små metaller. M., 1984.
  29. Tenn steg till rekordhöga
  30. Stanen blev en konkurrent till grafen , Lenta.ru (22 november 2013). Hämtad 24 november 2013.
  31. Kommer 2D-tenn att bli nästa supermaterial? Teoretiker förutspår att nytt enkelskiktsmaterial kan gå längre än grafen och leda elektricitet med 100 procents effektivitet vid rumstemperatur , SLAC (21 november 2013). Hämtad 24 november 2013. Anpassad från Yong Xu et al., Physical Review Letters, 27 september 2013 (doi:10.1103/PhysRevLett.111.136804)
  32. 1 2 Chertko, 2012 , sid. 21, 113-115.
  33. Säkerhetskrav // GOST 860-75 TIN (rev. 2002)

Litteratur

  • Professor M.P. Rusakov. Plåt // tidskrift "Science and Life", nr 1, 1940. s. 9-14
  • N. K. Chertko et al. Biologisk funktion av kemiska element. — Referensmanual. - Minsk, 2012. - 172 sid. — ISBN 978-985-7026-39-5 .

Länkar