Cín je typ kryštálovej mriežky. Štruktúra atómu cínu. Priemyselné aplikácie

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.

DEFINÍCIA

Cín- päťdesiaty prvok periodickej tabuľky. Označenie - Sn z latinského "stannum". Nachádza sa v piatom období, skupina IVA. Vzťahuje sa na kovy. Základný poplatok je 50.

Cín nepatrí medzi rozšírené kovy (jeho obsah v zemskej kôre je 0,04%), ale je ľahko taviteľný z rúd a preto sa už od pradávna dostal do povedomia človeka vo forme zliatin s meďou (bronz). Cín sa zvyčajne nachádza vo forme kyslíkatej zlúčeniny SnO 2 - cínový kameň, z ktorého sa získava redukciou uhlím.

Vo voľnom stave je cín strieborno-biely (obr. 1) mäkký kov. Pri ohýbaní cínovej tyčinky je počuť charakteristický praskavý zvuk, spôsobený trením jednotlivých kryštálov o seba. Cín je mäkký a tvárny a dá sa ľahko zvinúť do tenkých plátov nazývaných alobal alebo staniol.

Ryža. 1. Cín. Vzhľad.

Atómová a molekulová hmotnosť cínu

DEFINÍCIA

Relatívna molekulová hmotnosť látky (Mr) je číslo, ktoré ukazuje, koľkokrát je hmotnosť danej molekuly väčšia ako 1/12 hmotnosti atómu uhlíka a relatívna atómová hmotnosť prvku (A r)— koľkokrát je priemerná hmotnosť atómov chemického prvku väčšia ako 1/12 hmotnosti atómu uhlíka.

Pretože vo voľnom stave existuje cín vo forme monatomických molekúl Sn, hodnoty jeho atómových a molekulových hmotností sa zhodujú. Sú rovné 118,710.

Alotropia a alotropné modifikácie cínu

Okrem bežného bieleho cínu, ktorý kryštalizuje v tetragonálnej sústave, existuje ešte jedna modifikácia cínu – sivý cín, ktorý kryštalizuje v kubickej sústave a má nižšiu hustotu.

Biely cín je stabilný pri teplotách nad 14 o C. Po ochladení sa preto biely cín zmení na sivý. V dôsledku výraznej zmeny hustoty sa kov rozpadá na sivý prášok. Tento jav sa nazýva cínový mor. Najrýchlejšia premena bieleho cínu na sivý nastáva pri teplote asi (-30 o C); zrýchľuje sa v prítomnosti jadier sivého kryštálu cínu.

Izotopy cínu

Je známe, že v prírode sa cín nachádza vo forme desiatich stabilných izotopov: 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 %). Ich hmotnostné čísla sú 112, 114, 115, 116, 117, 118, 119, 120, 122 a 124. Jadro atómu izotopu cínu 112 Sn obsahuje päťdesiat protónov a šesťdesiatdva neutrónov a zvyšné izotopy sa od neho líšia len počtom neutrónov.

Existujú umelé nestabilné izotopy cínu s hmotnostnými číslami od 99 do 137, ako aj viac ako dvadsať izomérnych stavov jadier, medzi ktorými je najdlhšie žijúci izotop 113 Sn s polčasom rozpadu 115,09 dňa.

Cínové ióny

Na vonkajšej energetickej úrovni atómu cínu sú štyri elektróny, ktoré sú valenčné:

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

V dôsledku chemickej interakcie sa cín vzdáva svojich valenčných elektrónov, t.j. je ich donorom a mení sa na kladne nabitý ión:

Sn0-2e → Sn2+;

Sn 0 -4e → Sn 4+ .

Molekula a atóm cínu

Vo voľnom stave existuje cín vo forme monatomických molekúl Sn. Tu sú niektoré vlastnosti charakterizujúce atóm a molekulu cínu:

Zliatiny cínu

Na výrobu ložísk sa používajú zliatiny cínu s antimónom a meďou. Tieto zliatiny (cínové babbity) majú vlastnosti proti treniu. Na spájkovanie sa široko používajú zliatiny cínu a olova - spájky. Cín je súčasťou niektorých zliatin medi ako legujúca zložka.

Príklady riešenia problémov

PRÍKLAD 1

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 iba 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 amfotérne vlastnosti. 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.

Cín je ľahký kov s atómovým číslom 50, ktorý je v skupine 14 periodickej tabuľky prvkov. Tento prvok bol známy už v staroveku a bol považovaný za jeden z najvzácnejších a najdrahších kovov, takže cínové výrobky si mohli dovoliť aj najbohatší obyvatelia Rímskej ríše a starovekého Grécka. Špeciálny bronz bol vyrobený z cínu, ktorý sa používal už v treťom tisícročí pred Kristom. V tom čase bol bronz najodolnejšou a najobľúbenejšou zliatinou a cín slúžil ako jedna z nečistôt a používal sa viac ako dvetisíc rokov.

V latinčine sa tento kov nazýval slovom „stannum“, čo znamená odolnosť a pevnosť, ale tento názov predtým označoval zliatinu olova a striebra. Až v 4. storočí sa toto slovo začalo používať na označenie samotného cínu. Samotný názov „cín“ má mnoho verzií svojho pôvodu. V starovekom Ríme sa nádoby na víno vyrábali z olova. Dá sa predpokladať, že cín sa nazýval materiál, z ktorého sa vyrábali nádoby na uchovávanie nápojového plechu, ktorý konzumovali starí Slovania.

V prírode je tento kov vzácny, z hľadiska rozšírenosti v zemskej kôre je cín až na 47. mieste a ťaží sa z kasiteritu, tzv. cínový kameň, ktorý obsahuje asi 80 percent tohto kovu.

kaziterit

Priemyselné aplikácie

Keďže cín je netoxický a veľmi odolný kov, používa sa v zliatinách s inými kovmi. Z veľkej časti sa z neho vyrába cínový plech, ktorý sa používa pri výrobe plechoviek, spájok v elektronike a tiež na výrobu bronzu.

Fyzikálne vlastnosti cínu

Tento prvok je biely kov so strieborným leskom.

Sivý a biely cín

Ak plechovku zohrejete, budete počuť praskanie. Tento zvuk je spôsobený trením kryštálov o seba. Charakteristická chrumkavosť sa objaví aj vtedy, ak je kus plechu jednoducho ohnutý.

Cín je veľmi tvárny a tvárny. V klasických podmienkach tento prvok existuje vo forme „bieleho cínu“, ktorý je možné modifikovať v závislosti od teploty. Napríklad v chlade biely cín zošedne a bude mať štruktúru podobnú diamantu. Mimochodom, sivý cín je veľmi krehký a doslova sa pred očami rozpadá na prášok. V tomto ohľade má história terminológiu „cínový mor“.

Predtým ľudia o tejto vlastnosti cínu nevedeli, a tak sa z neho vyrábali gombíky a hrnčeky pre vojakov, ale aj iné užitočné veci, ktoré sa po krátkom čase v chlade zmenili na prášok. Niektorí historici sa domnievajú, že práve kvôli tejto vlastnosti cínu sa bojová účinnosť Napoleonovej armády znížila.

Získanie cínu

Hlavnou metódou získavania cínu je získavanie kovu z rudy obsahujúcej oxid cíničitý pomocou uhlia, hliníka alebo.

SnO₂ + C = Sn + CO2

Zvlášť čistý cín sa získava elektrochemickou rafináciou alebo zónovým tavením.

Chemické vlastnosti cínu

Pri izbovej teplote je cín celkom odolný voči pôsobeniu vzduchu resp. Vysvetľuje to skutočnosť, že na povrchu kovu sa objavuje tenký oxidový film.

Na vzduchu začína cín oxidovať až pri teplotách nad 150 °C:

Sn + O₂ → SnO₂

Vlákna SnO₂ v optickom mikroskope

Ak sa cín zahrieva, tento prvok bude reagovať s väčšinou nekovov a vytvorí zlúčeniny s oxidačným stavom +4 (ktorý je pre tento prvok charakteristický):

Sn + 2Cl2 → SnCl4

Interakcia cínu a koncentrovanej kyseliny chlorovodíkovej prebieha pomerne pomaly:

Sn + 4HCl → H2 + H2

Cín reaguje s koncentrovanou kyselinou sírovou veľmi pomaly, zatiaľ čo so zriedenou kyselinou sírovou nereaguje vôbec.

Veľmi zaujímavá je reakcia cínu s kyselinou dusičnou, ktorá závisí od koncentrácie roztoku. Reakcia pokračuje za vzniku kyseliny cínatej, H2SnO3, čo je biely amorfný prášok:

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

Ak sa zmieša so zriedenou kyselinou dusičnou, tento prvok bude vykazovať kovové vlastnosti s tvorbou dusičnanu cínatého:

4Sn + 10HNO3 = 4Sn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H20

Zahriaty cín môže reagovať s alkáliami a uvoľňovať vodík:

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

nájdete bezpečné a veľmi krásne experimenty s cínom.

Oxidačné stavy cínu

V jednoduchom stave je oxidačný stav cínu nulový. Sn môže mať tiež oxidačný stav +2: oxid cínatý SnO, SnCl2, hydroxid cínatý Sn(OH)2. Oxidačný stupeň +4 je najtypickejší pre oxid cíničitý Sn02, halogenidy (IV), napríklad chlorid SnCl4, sulfid cíničitý SnS2, nitrid cíničitý Sn3N4.

1.1. Elektronický vzorec tohto 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

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

V 5. perióde vyplnia elektróny najprv podúroveň 5S, potom podúroveň 4D a potom podúroveň 5P. Počnúc 3. periódou existuje nesúlad medzi počtom elektrónov na energetickej úrovni a počtom elektrónov v danej perióde, čo možno vysvetliť princípom najmenšej energie. V súlade s týmto princípom, keď sú energetické hladiny naplnené, je pozorovaný oneskorený efekt. Elektróny v tomto stave vyplňujú orbitály v poradí, v akom sa zvyšuje energetická hladina orbitálov. V súlade s Klechkovského pravidlom dochádza k nárastu energie, a teda k zaplneniu orbitálov v rastúcom poradí súčtu kvantových čísel (n+l), a v prípade rovnakého súčtu (n+l) v rastúcom poradí. z čísla n.

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

Podúrovne 4D a 5P majú rovnaké hodnoty (n+l), ale podúroveň 4D je energeticky výhodnejšia, pretože má nižšiu hodnotu n. Preto sú tieto podúrovne vyplnené v nasledujúcom poradí: 5S, 4D, 5P. 5. obdobie sa vypĺňa podobne ako 4. obdobie.

1.2. I. Sn – cín. Poradové číslo 50, obdobie 5, skupina IV, hlavná (A) podskupina.

Poradové číslo cínu je 50 a relatívna atómová hmotnosť Ar = 119 (zaokrúhlená hodnota). V súlade s tým je náboj jadra jeho atómu +50 (počet protónov). Preto je počet neutrónov v jadre N=A r -Z=69. Keďže atóm je elektricky neutrálny, počet elektrónov obsiahnutých v atóme cínu je tiež 50.

Prvok cín je v 5. perióde periodickej tabuľky D.I. Mendelejeva, čo znamená, že všetky elektróny atómu sa nachádzajú na piatich energetických úrovniach. Tiež počet elektrónov, ktoré sú v danej perióde, je určený číslom periódy. Ich počet sa rovná: X e =2n 2 =2*5 2 =50.

Číslo skupiny (IV) znamená, že maximálny oxidačný stav kovu je +4.

Cín patrí do skupiny IV hlavnej (A) podskupiny, preto je cín P-prvkom.

I. Možnosť „efektu zlyhania elektrónov“:

Keďže 4D podúroveň je úplne naplnená elektrónmi, „efekt zlyhania elektrónov“ nie je pozorovaný.

1.3. Valenčné podúrovne v elektrónovom vzorci tohto chemického prvku sú 5S a 5P: 5S 2 5P 2. Cín patrí medzi P-elementy, pretože tento prvok ako posledný vypĺňa piatu elektronickú vrstvu, podúroveň 5P.

1.4. Množiny kvantových čísel pre všetky valenčné elektróny:

S1:n=5, 1=0, ml=0, ms=+1/2;

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

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

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

1.5. Cín je kov, pretože jeho atómy sa vzdávajú elektrónov a stávajú sa kladnými iónmi. Keďže sa cín nachádza v blízkosti uhlopriečky bór-astatín, má dvojaké vlastnosti: v niektorých zlúčeninách sa správa ako kov, v iných ako nekov (amfotérne oxidy a hydroxidy).

Keďže atómy cínu obsahujú na vonkajšej vrstve 4 elektróny, môžu ich darovať, čím nadobudnú oxidačný stav +4 (vykazujú redukčné vlastnosti). Cín môže tiež nadobudnúť oxidačný stav +2.