Распространение в природе. О. — характерный элемент верхней части земной коры, его содержание в литосфере 2,5·10–4% по массе, в кислых изверженных породах 3·10–4%, а в более глубоких основных 1,5·10–4%; ещё меньше О. в мантии. Концентрирование О. связано как с магматическими процессами (известны «оловоносные граниты», пегматиты, обогащённые О.), так и с гидротермальными процессами; из 24 известных минералов О. 23 образовались при высоких температурах и давлениях. Главное промышленное значение имеет касситерит SnO2, меньшее — станнин Cu2FeSnS4 (см. Оловянные руды). В биосфере О. мигрирует слабо, в морской воде его лишь 3·10–7%; известны водные растения с повышенным содержанием О. Однако общая тенденция геохимии О. в биосфере — рассеяние.
Физические и химические свойства. О. имеет две полиморфные модификации. Кристаллическая решётка обычного b-Sn (белого О.) тетрагональная с периодами а = 5,813
,
с =3,176
; плотность 7,29
г/
см3. При температурах ниже 13,2 °С устойчиво a-Sn (серое О.) кубической структуры типа алмаза; плотность 5,85
г/
см3. Переход b ® a сопровождается превращением металла в порошок (см.
Оловянная чума),
tпл 231,9 °С,
tkип 2270 °С. Температурный коэффициент линейного расширения 23·10
–6 (0—100 °С); удельная теплоёмкость (0°С) 0,225
кдж/(
кг·К), т. е. 0,0536
кал/(
г·°С); теплопроводность (0 °С) 65,8
вт/(
м·К), т. е. 0,157
кал/(
см·-
сек·°С); удельное электрическое сопротивление (20 °С) 0,115·10
–6ом·
м, т. е. 11,5·10
–6 ом ·
см.
Предел прочности при растяжении 16,6
Мн/
м2 (1,7
кгс/
мм2)
', относительное удлинение 80—90%; твёрдость по Бринеллю 38,3—41,2
Мн/
м2 (3,9—4,2
кгс/
мм2).
При изгибании прутков О. слышен характерный хруст от взаимного трения кристаллитов.
В соответствии с конфигурацией внешних электронов атома 5s2 5p2 О. имеет две степени окисления: +2 и +4; последняя более устойчива; соединения Sn (П) — сильные восстановители. Сухим и влажным воздухом при температуре до 100 °С О. практически не окисляется: его предохраняет тонкая, прочная и плотная плёнка SnO2. По отношению к холодной и кипящей воде О. устойчиво. Стандартный электродный потенциал О. в кислой среде равен — 0,136 в. Из разбавленных HCl и H2SO4 на холоду О. медленно вытесняет водород, образуя соответственно хлорид SnCl2 и сульфат SnSO4. В горячей концентрированной H2SO4 при нагревании О. растворяется, образуя Sn (SO4)2 и SO2. Холодная (О °С) разбавленная азотная кислота действует на О. по реакции:
4Sn + 10HNO3 = 4Sn (NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O.
При нагревании с концентрированной HNO3 (плотность 1,2—1,42 г/см3) О. окисляется с образованием осадка метаоловянной кислоты H2SnO3, степень гидратации которой переменна:
3Sn+ 4HNO3 + n H2O = 3H2SnO3·n H2O + 4NO.
При нагревании О. в концентрированных растворах щелочей выделяется водород и образуется гексагидростаннат:
Sn + 2КОН + 4Н2О = K2[Sn (OH) 6] + 2H2.
Кислород воздуха пассивирует О., оставляя на его поверхности плёнку SnO2. Химически двуокись SnO2 очень устойчива, а окись SnO быстро окисляется, её получают косвенным путём. SnO2 проявляет преимущественно кислотные свойства, SnO — основные.
С водородом О. непосредственно не соединяется; гидрид SnH4 образуется при взаимодействии Mg2Sn и соляной кислоты:
Mg2Sn + 4HCl = 2MgCl2 + SnH4.
Это бесцветный ядовитый газ, tkип —52 °С; он очень непрочен, при комнатной температуре разлагается на Sn и H2 в течение нескольких суток, а выше 150 °С — мгновенно. Образуется также при действии водорода в момент выделения на соли О., например:
SnCl2 + 4HCl + 3Mg = 3MgCl2 + SnH4.
С галогенами О. даёт соединения состава SnX2 и SnX4. Первые солеобразны и в растворах дают ионы Sn2+, вторые (кроме SnF4) гидролизуются водой, но растворимы в неполярных органических жидкостях. Взаимодействием О. с сухим хлором (Sn + 2Cl2 = SnCl4) получают тетрахлорид SnCl4; это бесцветная жидкость, хорошо растворяющая серу, фосфор, йод. Раньше по приведённой реакции удаляли О. с вышедших из строя лужёных изделий. Сейчас способ мало распространён из-за токсичности хлора и высоких потерь О.
Тетрагалогениды SnX4 образуют комплексные соединения с H2O, NH3, окислами азота, PCl5, спиртами, эфирами и многими органическими соединениями. С галогеноводородными кислотами галогениды О. дают комплексные кислоты, устойчивые в растворах, например H2SnCl4 и H2SnCl6. При разбавлении водой или нейтрализации растворы простых или комплексных хлоридов гидролизуются, давая белые осадки Sn (OH) 2 или H2SnO3·n H2O. С серой О. даёт нерастворимые в воде и разбавленных кислотах сульфиды: коричневый SnS и золотисто-жёлтый SnS2.
Получение и применение. Промышленное получение О. целесообразно, если содержание его в россыпях 0,01%, в рудах 0,1%; обычно же десятые и единицы процентов. О. в рудах часто сопутствуют W, Zr, Cs, Rb, редкоземельные элементы, Та, Nb и др. ценные металлы. Первичное сырьё обогащают: россыпи — преимущественно гравитацией, руды — также флотогравитацией или флотацией.
Концентраты, содержащие 50—70% О., обжигают для удаления серы, очищают от железа действием HCl. Если же присутствуют примеси вольфрамита (Fe, Mn) WO4 и шеелита CaWO4, концентрат обрабатывают HCl; образовавшуюся WO3·H2O извлекают с помощью NH4OH. Плавкой концентратов с углём в электрических или пламенных печах получают черновое О. (94—98% Sn), содержащее примеси Cu, Pb, Fe, As, Sb, Bi. При выпуске из печей черновое О. фильтруют при температуре 500—600 °С через кокс или центрифугируют, отделяя этим основную массу железа. Остаток Fe и Cu удаляют вмешиванием в жидкий металл элементарной серы; примеси всплывают в виде твёрдых сульфидов, которые снимают с поверхности О. От мышьяка и сурьмы О. рафинируют аналогично — вмешиванием алюминия, от свинца — с помощью SnCl2. Иногда Bi и Pb испаряют в вакууме. Электролитическое рафинирование и зонную перекристаллизацию применяют сравнительно редко для получения особо чистого О.
Около 50% всего производимого О. составляет вторичный металл; его получают из отходов белой жести, лома и различных сплавов. До 40% О. идёт на лужение консервной жести, остальное расходуется на производство припоев, подшипниковых и типографских сплавов (см. Оловянные сплавы). Двуокись SnO2 применяется для изготовления жаростойких эмалей и глазурей. Соль — станнит натрия Na2SnO3·3H2O используется в протравном крашении тканей. Кристаллический SnS2 («сусальное золото») входит в состав красок, имитирующих позолоту. Станнид ниобия Nb3Sn — один из наиболее используемых сверхпроводящих материалов.
