Cín je druh krystalové mřížky. Struktura atomu cínu. Průmyslové aplikace

Bróm.

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

Valenční elektrony jsou zobrazeny tučně. Patří do rodiny p-prvků. Protože největší hlavní kvantové číslo je 4 a počet elektronů na vnější energetické hladině je 7, nachází se brom ve 4. periodě, skupině VIIA periodické tabulky. Energetický diagram valenčních elektronů vypadá takto:

Germanium.

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

Valenční elektrony jsou zobrazeny tučně. Patří do rodiny p-prvků. Protože největší hlavní kvantové číslo je 4 a počet elektronů na vnější energetické hladině je 4, nachází se germanium ve 4. periodě, skupině IVA periodické tabulky. Energetický diagram valenčních elektronů vypadá takto:

Kobalt.

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

Valenční elektrony jsou zobrazeny tučně. Patří do rodiny d-prvků. Kobalt se nachází ve 4. období, skupina VIIB periodické tabulky. Energetický diagram valenčních elektronů vypadá takto:

Měď.

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

Valenční elektrony jsou zobrazeny tučně. Patří do rodiny d-prvků. Protože největší hlavní kvantové číslo je 4 a počet elektronů na vnější energetické hladině je 1, nachází se měď ve 4. periodě, skupině I periodické tabulky. Energetický diagram valenčních elektronů vypadá takto.

DEFINICE

Cín- padesátý prvek periodické tabulky. Označení - Sn z latinského "stannum". Nachází se v pátém období, skupina IVA. Vztahuje se na kovy. Základní poplatek je 50.

Cín nepatří mezi široce rozšířené kovy (jeho obsah v zemské kůře je 0,04 %), ale je snadno tavitelný z rud a proto se již od pradávna dostal do povědomí člověka ve formě slitin s mědí (bronz). Cín se obvykle vyskytuje ve formě kyslíkaté sloučeniny SnO 2 - cínový kámen, ze kterého se získává redukcí uhlím.

Cín je ve volném stavu stříbřitě bílý (obr. 1) měkký kov. Při ohýbání cínové tyčinky je slyšet charakteristický praskavý zvuk, způsobený třením jednotlivých krystalů o sebe. Cín je měkký a tvárný a lze jej snadno svinout do tenkých plátů nazývaných cín nebo cín fólie.

Rýže. 1. Cín. Vzhled.

Atomová a molekulární hmotnost cínu

DEFINICE

Relativní molekulová hmotnost látky (Mr) je číslo ukazující, kolikrát je hmotnost dané molekuly větší než 1/12 hmotnosti atomu uhlíku a relativní atomová hmotnost prvku (A r)— kolikrát je průměrná hmotnost atomů chemického prvku větší než 1/12 hmotnosti atomu uhlíku.

Protože ve volném stavu existuje cín ve formě monoatomických molekul Sn, hodnoty jeho atomových a molekulárních hmotností se shodují. Jsou rovny 118,710.

Alotropie a alotropní modifikace cínu

Kromě obvyklého bílého cínu, který krystalizuje v tetragonální soustavě, existuje další modifikace cínu - šedý cín, který krystalizuje v krychlové soustavě a má nižší hustotu.

Bílý cín je stabilní při teplotách nad 14 o C. Bílý cín se proto po ochlazení změní na šedý. Díky výrazné změně hustoty se kov rozpadá na šedý prášek. Tento jev se nazývá cínový mor. K nejrychlejší přeměně bílého cínu na šedou dochází při teplotě asi (-30 o C); zrychluje se v přítomnosti šedých krystalových zárodků cínu.

Izotopy cínu

Je známo, že v přírodě se cín nachází ve formě deseti stabilních izotopů: 112 Sn (0,96 %), 114 Sn (0,66 %), 115 Sn (0,35 %), 116 Sn (14,3 %), 117 Sn (7,61 %). %), 118 Sn (24,03 %), 119 Sn (8,58 %), 120 Sn (32,85 %), 122 Sn (4,72 %) a 124 Sn (5, 94 %). Jejich hmotnostní čísla jsou 112, 114, 115, 116, 117, 118, 119, 120, 122 a 124. Jádro atomu izotopu cínu 112 Sn obsahuje padesát protonů a šedesát dva neutronů a zbylé izotopy se od něj liší pouze počtem neutronů.

Existují umělé nestabilní izotopy cínu s hmotnostními čísly od 99 do 137 a také více než dvacet izomerních stavů jader, mezi nimiž je nejdéle žijící izotop 113 Sn s poločasem rozpadu 115,09 dne.

Ionty cínu

Na vnější energetické úrovni atomu cínu jsou čtyři elektrony, které jsou valenční:

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

V důsledku chemické interakce se cín vzdává svých valenčních elektronů, tzn. je jejich dárcem a mění se v kladně nabitý iont:

Sn 0 -2e → Sn 2+ ;

Sn 0 -4e → Sn 4+ .

Molekula a atom cínu

Ve volném stavu existuje cín ve formě monoatomických molekul Sn. Zde jsou některé vlastnosti charakterizující atom a molekulu cínu:

Slitiny cínu

K výrobě ložisek se používají slitiny cínu s antimonem a mědí. Tyto slitiny (cínové babbity) mají vlastnosti proti tření. K pájení se hojně používají slitiny cínu a olova - pájky. Cín je součástí některých slitin mědi jako legující složka.

Příklady řešení problémů

PŘÍKLAD 1

Každý chemický prvek periodické tabulky a jím tvořené jednoduché a složité látky jsou jedinečné. Mají jedinečné vlastnosti a mnohé z nich nepopiratelně významně přispívají k lidskému životu a existenci obecně. Chemický prvek cín není výjimkou.

Známost lidí s tímto kovem sahá až do starověku. Tento chemický prvek sehrál rozhodující roli ve vývoji lidské civilizace, dodnes jsou vlastnosti cínu hojně využívány.

Cín v historii

První zmínky o tomto kovu, který, jak lidé dříve věřili, měl dokonce některé magické vlastnosti, najdeme v biblických textech. Cín hrál rozhodující roli při zlepšování života v době bronzové. V té době byla nejodolnější kovovou slitinou, kterou člověk vlastnil, bronz, který lze získat přidáním chemického prvku cínu do mědi. Po několik století se z tohoto materiálu vyrábělo vše od nástrojů po šperky.

Po objevení vlastností železa se slitina cínu nepřestala používat, samozřejmě se nepoužívá ve stejném měřítku, ale bronz, stejně jako mnoho jeho slitin, dnes člověk aktivně používá v průmyslu. , technologie a lékařství, spolu se solemi tohoto kovu, např. jako je chlorid cín, který se získává reakcí cínu s chlórem, tato kapalina vře při 112 stupních Celsia, dobře se rozpouští ve vodě, tvoří krystalické hydráty a na vzduchu kouří.

Pozice prvku v periodické tabulce

Chemický prvek cín (latinský název stannum - „stannum“, psáno symbolem Sn) právem umístil Dmitrij Ivanovič Mendělejev na číslo padesát, v páté periodě. Má řadu izotopů, nejběžnější izotop 120. Tento kov je také v hlavní podskupině šesté skupiny spolu s uhlíkem, křemíkem, germaniem a fleroviem. Jeho umístění předpovídá amfoterní vlastnosti, cín je stejně charakteristický jak kyselými, tak zásaditými vlastnostmi, které budou podrobněji popsány níže.

Periodická tabulka také ukazuje atomovou hmotnost cínu, která je 118,69. Elektronová konfigurace je 5s 2 5p 2, což ve složení komplexních látek umožňuje kovu vykazovat oxidační stavy +2 a +4, přičemž dva elektrony odevzdají pouze z p-podúrovně nebo čtyři z s- a p-, úplně vyprázdnění celé vnější úrovně.

Elektronická charakteristika prvku

Podle atomového čísla obsahuje perinukleární prostor atomu cínu až padesát elektronů, které jsou umístěny na pěti úrovních, které jsou zase rozděleny do několika podúrovní. První dvě mají pouze s- a p-podúrovně a počínaje třetí dochází k trojnásobnému rozdělení na s-, p-, d-.

Uvažujme vnější, protože chemickou aktivitu atomu určuje jeho struktura a náplň elektrony. V neexcitovaném stavu prvek vykazuje valenci dvě, při excitaci přechází jeden elektron z podúrovně s do volné pozice v podúrovni p (může obsahovat maximálně tři nepárové elektrony). V tomto případě cín vykazuje valenční a oxidační stav 4, protože neexistují žádné párové elektrony, což znamená, že během chemické interakce je nic nedrží na podúrovních.

Jednoduchá látka kov a jeho vlastnosti

Cín je kov stříbrné barvy, který patří do skupiny tavitelných kovů. Kov je měkký a poměrně snadno se deformuje. Kovům, jako je cín, je vlastní řada vlastností. Teplota pod 13,2 je hranicí přechodu kovové modifikace cínu do práškové formy, která je doprovázena změnou barvy ze stříbrnobílé na šedou a poklesem hustoty látky. Cín taje při 231,9 stupních a vaří při 2270 stupních Celsia. Krystalická tetragonální struktura bílého cínu vysvětluje charakteristické křupání kovu, když je ohýbán a zahříván v ohybu třením krystalů látky o sebe. Šedý cín má krychlový systém.

Chemické vlastnosti cínu jsou dvojí, vstupuje do kyselých i zásaditých reakcí a vykazuje amfoterní vlastnosti. Kov reaguje s alkáliemi, stejně jako kyselinami, jako je sírová a dusičná, a je aktivní při reakci s halogeny.

Slitiny cínu

Proč se místo čistých kovů častěji používají slitiny s určitým procentem složek? Faktem je, že slitina má vlastnosti, které jednotlivý kov nemá, nebo jsou tyto vlastnosti mnohem silnější (například elektrická vodivost, odolnost proti korozi, pasivace nebo aktivace fyzikálních a chemických vlastností kovů v případě potřeby atd.). Cín (na fotografii je ukázka čistého kovu) je součástí mnoha slitin. Může být použit jako doplněk nebo základní látka.

Dnes je známo velké množství slitin takového kovu, jako je cín (jejich cena se velmi liší), zvažme nejoblíbenější a nejpoužívanější (použití určitých slitin bude diskutováno v odpovídající části). Obecně mají slitiny cínu následující vlastnosti: vysoká tažnost, nízká tvrdost a pevnost.

Některé příklady slitin

Nejdůležitější přírodní sloučeniny

Cín tvoří řadu přírodních sloučenin – rud. Kov tvoří 24 minerálních sloučenin, z nichž nejdůležitější jsou pro průmysl oxid cínu - kassiterit a dále stanin - Cu 2 FeSnS 4. Cín je rozptýlen v zemské kůře a jím tvořené sloučeniny jsou magnetického původu. Soli polycínových kyselin a cíničité křemičitany se také používají v průmyslu.

Cín a lidské tělo

Chemický prvek cín je ve svém kvantitativním obsahu v lidském těle stopovým prvkem. Jeho hlavní akumulace je v kostní tkáni, kde normální obsah kovů přispívá k jeho včasnému rozvoji a celkovému fungování pohybového aparátu. Kromě kostí se cín koncentruje v gastrointestinálním traktu, plicích, ledvinách a srdci.

Je důležité si uvědomit, že nadměrné hromadění tohoto kovu může vést k celkové otravě organismu a delší expozice může vést i k nepříznivým genovým mutacím. V poslední době se tento problém stal poměrně aktuálním, protože ekologický stav životního prostředí ponechává mnoho přání. Mezi obyvateli velkoměst a oblastí v blízkosti průmyslových zón je vysoká pravděpodobnost intoxikace cínem. Nejčastěji k otravě dochází hromaděním solí cínu v plicích, například chloridu cínatého a dalších. Zároveň nedostatek mikroelementu může způsobit zpomalení růstu, ztrátu sluchu a vypadávání vlasů.

aplikace

Kov je k dispozici k prodeji v mnoha hutních závodech a společnostech. Dostupné ve formě ingotů, tyčí, drátů, válců, anod vyrobených z čisté jednoduché hmoty, jako je cín. Cena se pohybuje od 900 do 3000 rublů za kg.

Cín ve své čisté formě se používá zřídka. Používají se především jeho slitiny a sloučeniny – soli. Cín pro pájení se používá v případě upevňovacích dílů, které nejsou vystaveny vysokým teplotám a silnému mechanickému zatížení ze slitin mědi, oceli, mědi, ale nedoporučuje se pro ty z hliníku nebo jeho slitin. Vlastnosti a charakteristiky slitin cínu jsou popsány v příslušné části.

K pájení mikroobvodů se používají pájky, v této situaci jsou ideální také slitiny na bázi kovu, jako je cín. Fotografie znázorňuje proces použití slitiny cínu a olova. Může být použit k provádění poměrně jemných prací.

Pro vysokou odolnost cínu vůči korozi se používá k výrobě pocínovaného železa (pocínovaného plechu) - plechových dóz na potravinářské výrobky. V lékařství, zejména ve stomatologii, se cín používá k výplni zubů. Domovní potrubí je pokryto cínem a ložiska jsou vyrobena z jeho slitin. Neocenitelný je také přínos této látky pro elektrotechniku.

Jako elektrolyty se používají vodné roztoky solí cínu, jako jsou fluoroboritany, sírany a chloridy. Oxid cínu je glazura na keramiku. Zavedením různých derivátů cínu do plastů a syntetických materiálů se zdá být možné snížit jejich hořlavost a emise škodlivých výparů.

Cín je lehký kov s atomovým číslem 50, který je ve skupině 14 periodické tabulky prvků. Tento prvek byl znám již ve starověku a byl považován za jeden z nejvzácnějších a nejdražších kovů, takže cínové výrobky si mohli dovolit nejbohatší obyvatelé Římské říše a starověkého Řecka. Speciální bronz byl vyroben z cínu, který se používal již ve třetím tisíciletí před naším letopočtem. V té době byl bronz nejodolnější a nejoblíbenější slitinou a cín sloužil jako jedna z nečistot a používal se více než dva tisíce let.

V latině byl tento kov nazýván slovem „stannum“, což znamená odolnost a pevnost, ale dříve tento název označoval slitinu olova a stříbra. Teprve ve 4. století se toto slovo začalo používat pro označení samotného cínu. Samotný název „cín“ má mnoho verzí svého původu. Ve starém Římě se nádoby na víno vyráběly z olova. Dá se předpokládat, že cínem byl pojmenován materiál, ze kterého se vyráběly nádoby na uchovávání nápojového cínu, konzumovaného starými Slovany.

V přírodě je tento kov vzácný, z hlediska rozšíření v zemské kůře zaujímá cín až 47. místo a těží se z kasiteritu, tzv. cínový kámen, který obsahuje asi 80 procent tohoto kovu.

Kassiterit

Průmyslové aplikace

Protože cín je netoxický a velmi odolný kov, používá se ve slitinách s jinými kovy. Z velké části se z něj vyrábí pocínovaný plech, který se používá při výrobě plechovek, pájek v elektronice a také k výrobě bronzu.

Fyzikální vlastnosti cínu

Tento prvek je bílý kov se stříbřitým leskem.

Šedý a bílý plech

Pokud plechovku zahřejete, uslyšíte praskání. Tento zvuk je způsoben třením krystalů o sebe. Také se objeví charakteristické křupání, pokud je kus cínu jednoduše ohnutý.

Cín je velmi tažný a tvárný. Za klasických podmínek existuje tento prvek ve formě „bílého cínu“, který lze modifikovat v závislosti na teplotě. Například v chladu bílý cín zešedne a bude mít podobnou strukturu jako diamant. Mimochodem, šedý cín je velmi křehký a doslova se před očima rozpadá na prášek. V tomto ohledu má historie terminologii „cínový mor“.

Dříve lidé o této vlastnosti cínu nevěděli, a tak se z něj vyráběly knoflíky a hrnky pro vojáky, ale i další užitečné věci, které se po krátké době v chladu proměnily v prášek. Někteří historici se domnívají, že právě kvůli této vlastnosti cínu se bojová účinnost Napoleonovy armády snížila.

Získání cínu

Hlavním způsobem získávání cínu je získávání kovu z rudy obsahující oxid cíničitý pomocí uhlí, hliníku nebo.

SnO₂ + C = Sn + CO2

Zvláště čistý cín se získává elektrochemickou rafinací nebo zónovým tavením.

Chemické vlastnosti cínu

Při pokojové teplotě je cín dosti odolný vůči působení vzduchu resp. To se vysvětluje skutečností, že na povrchu kovu se objevuje tenký oxidový film.

Na vzduchu začíná cín oxidovat až při teplotách nad 150 °C:

Sn + O₂ → SnO₂

SnO₂ vlákna v optickém mikroskopu

Pokud se cín zahřeje, bude tento prvek reagovat s většinou nekovů a vytvoří sloučeniny s oxidačním stavem +4 (který je pro tento prvek charakteristický):

Sn + 2Cl2 → SnCl4

Interakce cínu a koncentrované kyseliny chlorovodíkové probíhá poměrně pomalu:

Sn + 4HCl → H2 + H2

S koncentrovanou kyselinou sírovou reaguje cín velmi pomalu, zatímco se zředěnou kyselinou sírovou nereaguje vůbec.

Velmi zajímavá je reakce cínu s kyselinou dusičnou, která závisí na koncentraci roztoku. Reakce pokračuje za vzniku kyseliny cínaté, H2SnO3, což je bílý amorfní prášek:

3Sn + 4HNO3 + nH20 = 3H2SnO3 nH20 + 4NO

Při smíchání se zředěnou kyselinou dusičnou bude tento prvek vykazovat kovové vlastnosti s tvorbou dusičnanu cínatého:

4Sn + 10HNO3 = 4Sn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

Zahřátý cín může reagovat s alkáliemi a uvolňovat vodík:

Sn + 2KOH + 4H20 = K2 + 2H2

najdete bezpečné a velmi krásné experimenty s cínem.

Oxidační stavy cínu

V jednoduchém stavu je oxidační stav cínu nulový. Sn může mít také oxidační stav +2: oxid cínatý SnO, SnCl2, hydroxid cínatý Sn(OH)2. Oxidační stupeň +4 je nejtypičtější pro oxid cíničitý Sn02, halogenidy (IV), například chlorid SnCl4, sulfid cíničitý SnS2, nitrid cíničitý Sn3N4.

1.1. Elektronický vzorec tohoto chemického prvku:

1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 6 3D 10 4S 2 4P 6 4D 10 4F 0 5S 2 5P 2

Zkrácený elektronický vzorec: 4D 10 5S 2 5P 2

V 5. periodě elektrony vyplňují nejprve podúroveň 5S, poté podúroveň 4D a poté podúroveň 5P. Počínaje 3. periodou dochází k nesouladu mezi počtem elektronů na energetické úrovni a počtem elektronů v dané periodě, což lze vysvětlit principem nejmenší energie. V souladu s tímto principem, když jsou energetické hladiny naplněny, je pozorován efekt zpoždění. Elektrony v tomto stavu vyplňují orbitaly v pořadí zvyšující se energetické hladiny orbitalů. V souladu s Klechkovského pravidlem dochází k nárůstu energie a tedy k zaplnění orbitalů v rostoucím řádu součtu kvantových čísel (n+l), v případě rovného součtu (n+l) v rostoucím pořadí. z čísla n.

4D(4+2)=6 5S(5+0)=5 5P(5+1)=6

Podúrovně 4D a 5P mají stejné hodnoty (n+l), ale podúroveň 4D je energeticky výhodnější, protože má nižší hodnotu n. Proto se tyto podúrovně vyplňují v následujícím pořadí: 5S, 4D, 5P. 5. období se vyplňuje podobně jako 4. období.

1.2. I. Sn – cín. Pořadové číslo 50, období 5, skupina IV, hlavní (A) podskupina.

Pořadové číslo cínu je 50 a relativní atomová hmotnost Ar = 119 (zaokrouhlená hodnota). V souladu s tím je náboj jádra jeho atomu +50 (počet protonů). Proto je počet neutronů v jádře N=A r -Z=69. Vzhledem k tomu, že atom je elektricky neutrální, počet elektronů obsažených v atomu cínu je také 50.

Prvek cín je v 5. periodě periodické tabulky D. I. Mendělejeva, což znamená, že všechny elektrony atomu se nacházejí na pěti energetických hladinách. Také počet elektronů, které jsou v dané periodě, je určen číslem periody. Jejich počet je roven: X e =2n 2 =2*5 2 =50.

Číslo skupiny (IV) udává, že maximální oxidační stav kovu je +4.

Cín patří do skupiny IV hlavní (A) podskupiny, proto je cín P-prvkem.

já

I. Možnost „efektu selhání elektronu“:

Vzhledem k tomu, že 4D podúroveň je zcela zaplněna elektrony, „efekt selhání elektronů“ není pozorován.

1.3. Podúrovně valence v elektronickém vzorci tohoto chemického prvku jsou 5S a 5P: 5S 2 5P 2. Cín patří mezi P-elementy, protože tento prvek jako poslední vyplňuje pátou elektronickou vrstvu, podúroveň 5P.

1.4. Množiny kvantových čísel pro všechny valenční elektrony:

Si:n=5, l=0, mi=0, ms=+1/2;

S2:n=5, l=0, mi=0, ms=-1/2;

P1:n=5, l=l, mi=-1, ms=+1/2; +50 Sn

P2:n=5, l=l,ml=0,ms=+1/2.

1.5. Cín je kov, protože jeho atomy se vzdávají elektronů a stávají se kladnými ionty. Vzhledem k tomu, že se cín nachází v blízkosti bor-astatinové diagonály, má dvojí vlastnosti: v některých sloučeninách se chová jako kov, v jiných jako nekov (amfoterní oxidy a hydroxidy).

Vzhledem k tomu, že atomy cínu obsahují na vnější vrstvě 4 elektrony, mohou je darovat, čímž získají oxidační stav +4 (vykazují redukční vlastnosti). Cín může také nabýt oxidačního stavu +2.