Строение атома олова (sn), схема и примеры

Химические свойства

• При нагревании легко теряет воду:

Sn(OH)2 →60−120oC SnO + H2O

• Проявляет амфотерные свойства, растворяется в кислотах:

Sn(OH)2 + 3 HCl → H[SnCl3] + 2 H2O

• и щелочах:

Sn(OH)2 + NaOH → Na[Sn(OH)3]

Олово и свинец (стр. 2 )

Со свинцом разбавленные соляная и серная кислоты практически не взаимодействуют даже при нагревании. Отчасти это объясняется образованием на поверхности металла плохо растворимой пленки хлорида или сульфата свинца. Гораздо лучше идет реакция с горячей концентрированной соляной кислотой, при этом и олово, и свинец связываются в хорошо растворимые комплексные кислоты, которые устойчивы только в виде сильнокислых водных растворах:

Концентрированная серная кислота при комнатной температуре переводит оба металла в пассивное состояние, а при нагревании растворяет их с образованием сульфата четырехвалентного олова и гидросульфата свинца (II):

С азотной кислотой любой концентрации свинец реагирует, как правило, при нагревании, превращаясь в результате реакции в нитрат двухвалентного свинца:

Олово под действием азотной кислоты может образовывать различные продукты, в данном случае играют роль концентрация кислоты и температурный режим реакции. С разбавленной азотной кислотой при низких температурах (немногим больше 0оС) получается нитрат двухвалентного олова:

а при нагревании и с разбавленной, и с концентрированной кислотой образуется нерастворимая в воде оловянная кислота, которая содержит в своем составе четырехвалентное олово:

Холодная концентрированная азотная кислота ни с оловом, ни со свинцом не реагирует (явление пассивации металлов).

Примечательным является тот факт, что свинец при комнатной температуре гораздо лучше растворяется в большинстве органических кислот, обладающих меньшей химической активностью по сравнению с соляной или серной кислотой:

Это объясняется образованием легко растворимых органических солей свинца, которые не осаждаются на поверхности металла и не препятствуют протеканию дальнейшей реакции.

С разбавленными растворами сильных оснований олово и свинец не взаимодействуют, зато медленно растворяются в концентрированных щелочах с выделением водорода, что указывает на амфотерные свойства соединений металлов. Продуктами реакции являются гидроксильные комплексные соединения – производные от двухвалентного свинца и олова обеих валентностей. Какое именно валентное состояние проявит олово, зависит от условий протекания реакции: при комнатной температуре или при незначительном нагревании получаются соединения двухвалентного олова, при кипячении – четырехвалентного:

Соединения олова

Как уже отмечалось ранее, в своих соединениях олово проявляет валентности II и IV в примерно одинаковой мере. При обычных условиях оба вида соединений вполне устойчивы. Но под действием любых окислителей двухвалентное олово переходит в четырехвалентное состояние, т. е. соединения олова (II) являются сильными восстановителями. Вещества, содержащие четырехвалентное олово, не проявляют каких-либо значимых окислительных свойств.

Из всего перечисленного можно сделать вывод, что для олова все же более характерна валентность IV.

Четырехвалентное олово может существовать в виде простого катиона Sn4+, но чаще оно образует различные комплексные анионы или кислотные остатки. Олово со степенью окисления +2 существует в основном в виде катиона Sn2+, но и оно может произвести комплексные соединения. Другими словами, склонность к комплексообразованию более выражена у олова (IV).

Катионы Sn2+ и Sn4+ в растворе бесцветны, поэтому большинство обычных солей и комплексных соединений олова не окрашено. Лишь некоторые оловосодержащие вещества имеют какую-либо окраску: например, сине-черный оксид SnO, коричневый сульфид SnS, желтый дисульфид SnS2.

Оксид олова (II)

SnO не образуется при непосредственном взаимодействии олова и кислорода, продуктом этой реакции является диоксид олова SnO2. Поэтому SnO получают косвенными методами – например, разложением гидроксида олова (II) при незначительном нагревании на открытом воздухе:

В данном случае следует избегать слишком сильного нагревания, иначе двухвалентное олово окислится до четырехвалентного состояния.

По своим химическим свойствам оксид олова (II) относится к амфотерным соединениям, но все же его основные свойства преобладают над кислотными. Он гораздо легче взаимодействует с сильными кислотами, чем с сильными основаниями (щелочами). Продуктами реакции SnO с кислотами являются соответствующие соли двухвалентного олова:

Лишь при нагревании с окисляющими кислотами (например, с концентрированной серной или азотной кислотами) оксид двухвалентного олова может образовать соединения олова (IV):

С растворами щелочей оксид двухвалентного олова реагирует крайне медленно с образованием гидроксостаннитов – комплексных соединений, в которых в роли центрального атома выступает катион Sn2+:

Кроме гидроксостаннитов, существуют другой тип солей, содержащих двухвалентное олово в составе кислотного остатка, – станниты, состав которых соответствует общей формуле Me2SnO2 (где Me – одновалентный металл). Их получают высокотемпературным взаимодействием оксида олова (II) с оксидами активных металлов, например щелочных или щелочноземельных:

Реакцию необходимо проводить в инертной атмосфере, в противоположном случае SnO окислится до оксида олова (IV) и конечным продуктом реакции будет станнат CaSnO3.

Оксид олова (II), как и подавляющее большинство соединений двухвалентного олова, устойчив только при обычных условиях. Если же его нагреть до приблизительно 300-400оС, он сгорает, превращаясь в диоксид олова:

Оксид олова (IV)

SnO2 встречается в природе в виде минерала касситерит (важнейшая оловянная руда в металлургической промышленности). В лабораториях его обычно получают окислением олова кислородом воздуха:

Это белое кристаллическое вещество, нерастворимое в воде и при обычных условиях не взаимодействующее с большинством реагентов. По своим химическим свойствам оксид олова (IV) относится, как и оксид олова (II) к амфотерным соединениям. Но в отличие от SnO у SnO2 преобладают кислотные свойства. Оксид четырехвалентного олова легко вступает в реакцию с расплавленными щелочами:

С кислотами реакция идет значительно хуже: во-первых, необходимо использовать только концентрированные растворы кислот; во-вторых, приходится кипятить реакционную смесь в течение длительного промежутка времени:

Кроме того, оксиду олова (IV) присущи слабые окислительные свойства: при нагревании с такими восстановителями, как углерод или водород, он восстанавливается до металла:

Первая из указанных реакций применяется в металлургии для выплавки олова из его основной руды – касситерита.

Гидроксид олова (II)

Sn(OH)2 выделяется в виде белого практически нерастворимого в воде осадка при добавлении карбоната щелочного металла или небольшого количества щелочей к растворам солей двухвалентного олова:

Гидроксид олова (II) является амфотерным соединением и способен реагировать как с сильными кислотами, так и с сильными основаниями. В первом случае в результате реакции образуются соли олова (II), во втором – гидроксостанниты:

Гидроксид олова (II), как и все слабые основания, термически нестабилен и уже при незначительном нагревании начинает отщеплять воду, превращаясь в оксид олова (II):

β-Оловянная кислота

Получается в виде белого порошка при действии концентрированной азотной кислоты на олово. Состав ее является столь же неопределенным, как и состав α-оловянной кислоты. В отличие от α-оловянной кислоты она не растворяется ни в кислотах, ни в растворах щелочей. Но путем сплавления со щелочами можно перевести ее в раствор в виде станната. α-Оловянная кислота при хранении ее в соприкосновении с раствором, из которого она выделилась, постепенно тоже переходит в β-оловянную кислоту.

Хлорид олова

(IV), или
хлорное олово,
SnCl4 представляет собой жидкость, кипящую при 114° и сильно дымящую на воздухе. Образуется при действии хлора на металлическое олово или на двухлористое олово. В технике получается главным образом путем обработки отбросов белой жести (старых консервных банок) хлором.

Хотя хлорное олово похоже по некоторым свойствам на хлористые соединения металлоидов, однако оно растворяется в воде без заметного разложения и может быть выделено из раствора ввиде различных кристаллогидратов, например SnCl4 • 5H2O.

В разбавленных водных растворах SnCl4 подвергается сильному гидролитическому расщеплению, которое можно выразить уравнением

Sn•••• + 3Н2О ⇄ H2SnO3 + 4Н•

Образующаяся при этом оловянная кислота дает коллоидный раствор.

Сульфиды олова

При действии сероводорода на раствор SnCl2 получается бурый осадок сульфида олова

(II) SnS. Из раствора SnCl4 при тех же условиях выпадает желтый осадок
дисульфида олова
SnS2. Последнее соединение может быть получено также сухим путем, например нагреванием оловянных опилок с серой и нашатырем. Приготовленный по этому способу дисульфид имеет вид золотисто-желтых чешуек и под названием «сусального золота» употребляется для позолоты дерева.

Дисульфид олова растворяется в сернистых щелочах и в растворе сульфида аммония, причем получаются легко растворимые соли тиооловянной кислоты

H2SnS3:

SnS2 + (NH4)2S = (NH4)2SnS3

Свободная тиооловянная кислота (как и соответствующие тиокислоты мышьяка и сурьмы) не известна. При действии кислот на ее соли выделяется сероводород и снова получается дисульфид олова:

(NH4)2SnS3 + 2НСl = ↓SnS2 + H2S + 2NH4Cl

Сульфид олова (II) не растворяется в сернистых щелочах, так как тиосо-лей, отвечающих двухвалентному олову, не существует. Но многосернистые щелочи растворяют его с образованием солей тиооловянной кислоты:

SnS + (NH4)2S. = (NH4)aSnSs

Олововодород

SnH4 впервые был получен в 1919 г. в виде примеси к водороду при действии соляной кислотой на сплав магния с оловом. Это бесцветный, очень ядовитый газ, сгущающийся в жидкость при —52° и постепенно разлагающийся при обыкновенной температуре на олово и водород.

233 234 235

Вы читаете, статья на тему Олово (Stannum)

Органические производные двух и одновалентного олова

Готовые работы на аналогичную тему

Курсовая работа Оловоорганические соединения 430 ₽ Реферат Оловоорганические соединения 270 ₽ Контрольная работа Оловоорганические соединения 220 ₽

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту Узнать стоимость

Оловоорганические соединения двухвалентного олова несколько редки. Соединения с эмпирической формулой $SnR_2$ несколько нестабильны и существуют в виде колец или полимеров, когда радикал является небольшим. Полимеры, называемые полистаннанами, имеют формулу $(SnR_2)_n$.

Рисунок 4.

Соединения $Sn$ (I) являются редкими и наблюдается только с очень объемными лигандами. Такие соединения получают восстановлением громоздких арилоловяных галогенидов двухвалентного олова. Примером такого соединения, содержащего $Sn$ (I), является $Ar_{10}Sn_{10}$ — «призман» ($Ar$ = 2,6-диметилфенил), структура которого показана ниже:

Рисунок 5.

Оловянная чума

Серое и белое олово

При температуре ниже 13,2 °C происходит увеличение удельного объёма чистого олова на 25,6 %, и оно спонтанно переходит в другое фазовое состояние — серое олово (α-Sn), в кристаллической решётке которого атомы располагаются менее плотно. Одна модификация переходит в другую тем быстрее, чем ниже температура окружающей среды. При −33 °C скорость превращений становится максимальной. Олово трескается и превращается в порошок. Причём соприкосновение серого олова и белого приводит к «заражению» последнего. Совокупность этих явлений называется «оловянной чумой». Нынешнее название этому процессу в 1911 году дал Г. Коэн. Начало научного изучения этого фазового перехода было положено в 1870 году работами петербургского учёного, академика Ю. Фрицше. Установлено, что это есть процесс аллотропического превращения белого олова в серое со структурой типа алмаза. Много ценных наблюдений и мыслей об этом процессе высказано Д. И. Менделеевым в его «Основах химии».

Белое олово — серебристо-белый, блестящий металл со специфической тетрагональной структурой и электронным s2p2-состоянием — β-фазой. Серое олово — ковалентный кристалл со структурой алмаза и электронным sp3-состоянием — α-фазой. Фазовые переходы олова из белого в серое и обратно сопровождаются перестройкой электронной структуры и сильным (25,6 %) объёмным эффектом. Белое олово можно переохладить до гелиевых температур (температура фазового α-β-равновесия около +13,2 °C).

Одним из средств предотвращения «оловянной чумы» является добавление в олово стабилизатора, например, висмута. С другой стороны, ускоряет процесс перехода белого олова в серое при не очень низких температурах катализатор хлорстаннат аммония (NH4)2SnCl6.

Любопытные факты:

• «Оловянная чума» — одна из причин гибели экспедиции Скотта к Южному полюсу в 1912 г. Она осталась без горючего из-за того, что топливо просочилось из запаянных оловом баков, поражённых «оловянной чумой».
• Некоторые историки указывают на «оловянную чуму» как на одно из обстоятельств поражения армии Наполеона в России в 1812 г. — сильные морозы привели к превращению оловянных пуговиц на мундирах солдат в порошок.
• «Оловянная чума» погубила многие ценнейшие коллекции оловянных солдатиков. Например, в запасниках петербургского музея Александра Суворова превратились в труху десятки фигурок — в подвале, где они хранились, лопнули зимой батареи отопления.

Подробно про жидкое олово

Жидкое олово представляет собой раствор, которым покрывают печатные платы. Таким образом, деталь становится защищенной от негативных воздействий. К тому же, подготовленная подобным методом поверхность, полностью готова к пайке, т.к. припой на нее ложится гораздо лучше.

Если вас интересует производство и монтаж печатных плат, отличными специалистами в этом вопросе являются https://a-contract.ru/produkcija/montazh-pechatnykh-plat/poverkhnostnyi-montazh-pechatnykh-plat/

Преимущества жидкого олова очевидны:

• с его помощью можно залудить плату больших размеров, со сложной схемой или с особо тонкими дорожками и расстояниями. Сделать это обычным паяльником порой очень трудно, а иногда совсем невозможно;
• поверхность, обработанная жидкостью, не будет плавиться под воздействием высоких температур, т.к. показатели плавления олова составляют 220 градусов;
• процесс лужения безопасен и довольно прост, поэтому справиться с ним сможет даже человек, далекий от работы с химическими реактивами.

Как выглядит жидкое олово
Жидкое олово можно приобрести в любом специализированном магазине или сделать самому, тем более что все компоненты находятся в полной доступности.