Калай

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направо към: навигация, търсене
50 индий ← калай → антимон
германий
↑
Sn
↓
олово
Външен вид
Sn-Alpha-Beta.jpg
Общи данни
Име, символ, № калай, Sn, 50
Химическа серия Преходен метал
Група, период, блок 14, 5, p
Свойства на атома
Атомна маса 118,71 u
Атомен радиус 162 pm
Ковалентен радиус 139±4 pm
Радиус на ван дер Ваалс 217 pm
Електронна конфигурация 4d10 5s2 5p2
Физични свойства
Агрегатно състояние Твърдо вещество
Плътност 7 365 kg/m³
Температура на топене 505,08 K (231,93 °C)
Температура на кипене 2875 K (2602 °C)
Специф. топлина на топене kJ/mol
Специф. топлина на изпарение kJ/mol
Скорост на звука m/s при K
Други
Топлопроводимост W/(m·K)
Йонизационен потенциал kJ/mol

Калай (от турски kalay) е химичен елемент от главната подгрупа на четвърта група, пети период на периодичната таблица на Менделеев. Обозначава се със символа Sn (на латински: Stannum), а атомният му номер е 50. Отнася се към групата на леките метали. Калаят има две алотропни модифицации: устойчив под 13,2 °C α-калай с кубична кристална решетка и устойчивият над 13,2 °C β-калай с тетрагонална кристална решетка. Има общо 10 стабилни изотопа. Поради много слабата си оксидация се използва да покрива други метали и да ги предпазва от корозия. Поради ниската си токсичност се използва при изработване на консервни кутии и други контейнери. Една от първите сплави, изработена от хората, е бронзът, който представлява сплав на мед и калай.

Съдържание

История [редактиране]

Голям церемониален кинжал от 1500–1300 г. пр.н.е., Франция

Добивът и употребата на калай могат да бъдат проследени чак до началото на бронзовата ера — около 3000 г. пр.н.е., когато е наблюдавано, че мед с различни концентрации на други метали има различни характеристики.[1] Най-ранните бронзови предмети съдържат калай или арсен по-малко от 2% и по тази причина се счита, че са случайно попаднали в сплавта от медните руди[2] Прибавянето на арсен или калай към медта я прави по-твърда и прави леенето и коването значително по-лесно. Това води до революционизиране на техниките за направа на метални предмети и извежда човечеството от медната до бронзовата епоха около 3000 пр.н.е.[2][3]

Първото доказателство за използване на калай при направата на бронз датира от 3000 г. пр.н.е. и идва от Близкия изток и Балканите.[2] Все още не е ясно къде за първи път е започнал да се добива калаят, тъй като мините са рядкост и са на големи разстояния. Първата мина в Европа изглежда е била на границата между Германия и Чехия около 2500 г. пр.н.е. и оттам калаят е пренесен до Балтийско и Средиземно море. Около 2000 г. пр.н.е. калаят е разпространен в цяла Европа.[2] Минното дело е в разцвета си по време на Римската империя - 300 г.пр.н.е. до 100 г.[4] Търсенето на калай става значително и търговията с него сред срдиземноморските държави става една от най-важните.[5][6] По време на средновековието Иберия и Германия загубват значението си в добива на калай, докато Корнуол и Девън започват да доминират европейския пазар.[4]

В Далечния изток, от Китай до Малайзия, калаят започва да се добива между 3-тото и 2-рото хилядолетие преди новата ера, като най-добре разработените залежи са в Юнан, но тяхната експлоатация започва около 700 г. пр.н.е., както свидетелстват запазени документи от династиите Хан, Сун и Тан.[7]

В останалите части на света добивът на калай започва значително по-късно. Така например в Африка народите банту добиват и използват калая между 11-ти и 15-ти век,[2] в Америка добивът му започва около 1000 година, а в Австралия - около 17-ти век. В днешно време след срива на пазара през октомври 1985 година, цената на калая става наполовина.[8]

Характеристики [редактиране]

Физични свойства [редактиране]

Капка разтопен калай

Калаят е сребристобял, мек и ковък метал с кристална структура. Съществува в 2 алотропни модификации - белият (метален) калай при ниски температури се превръща в прах - сив калай. Когато парче калай се извие, че чува пукане, известно като „плачът на калая“[9].

β-калай (метална форма), която съществува при стайна температура и по-високи температури, е мек и ковък, α-калай (неметална форма) се образува, когато се охлади под 13,2 °C и е крехък. Той има диамантена кристална структура, подобно на диамант, силиций или германий. α-калаят има само неметални свойства. Той е сив прахообразен материал, без обща употреба, само с няколко специализирани полупроводникови приложения.[9] α-калай и β-калай са по-известни като сив калай и бял калай съответно. Още две алотропни форми, γ и σ, съществуват при температура над 161 °С и налягане над няколко GPa.[10] Макар α-β трансформацията да става при температура 13,2 °C, примеси (напр. Al, Zn и т.н.), снижават температурата на прехода под 0 °С и при добавянето на Sb или Bi преобразуването може изобщо да не се прояви, което повишава издръжливостта на калая.[11]

Това преобразуване е известно като калаена болест или калаена чума. То представлява особен проблем в северната част на Европа през 18-ти век, когато тръбите на органи от калаена сплав понякога се повреждат по време на дълги студени зими. Някои източници също твърдят, че по времето на Наполеон и Руската кампания от 1812 г., температурите стават ниски и е толкова студено, че калаените копчетата на войнишките униформи се разпадат постепенно, което допринася за разгрома на Великата армия.[12]

Търговският калай (99,8%) устоява на тези трансформации поради действието на малки количества от бисмут, антимон, олово, сребро и други примеси. Сплавни елементи като мед, антимон, бисмут, кадмий и сребро увеличават твърдостта на калая, който като правило, обикновено доста лесно образува твърди, крехки интерметални фази, които често са нежелани.

Химични свойства [редактиране]

Калаят реагира с халогени и сяра. Устойчив е на корозия от всякакъв вид вода - морска, питейна, дестилирина, но може да бъде атакуван с киселини и някои киселинни соли. Той може да бъде полиран до съвършенство и се използва като защитно покритие на други метали, за да се предотвати корозия и други химични реакции. Калаят може да играе роля на катализатор при наличие на кислород в разтвора.[9]

Изотопи [редактиране]

Калаят е елемент с най-голям брой стабилни изотопи - десет, като те включват всички с атомните маси между 112 и 124, с изключение на 113, 121 и 123. От тях най-разпространените са 120Sn (почти една трета от всичкия калай), 118Sn и 116Sn , а най-слабо разпространеният е 115Sn. Калаят, с трите си най-разпространени изотопа 115Sn, 117Sn и 119Sn, е сред най-лесните за откриване и анализиране елементи с помощта на спектроскопия, базирана на ЯМР (ядрен магнитен резонанс).[13]

Този голям брой стабилни изотопи се смята за пряк резултат от факта, че калаят има атомно число 50, което се счита за „магическо число“ в ядрената физика. Има още 28 допълнителни известни нестабилни изотопи, които включват всички останали с атомни маси между 99 и 137. Почти всички радиоактивни изотопи имат период на полуразпад по-малък от една година.[14]

Разпространение, добив и приложение [редактиране]

Кристали на каситерит

Добива се от минералите каситерит и станин, които се срещат в природата.

Получаване: SnO2 + 2C → Sn + 2CO

Употребата му се състои в калайдисване на консервени кутии (метално покритие против корозия), а също така участва при направата на припой (тинол) за запояване, както и на бронз.

Източници [редактиране]

  1. ↑ The "Bronze Age tin mines in Central Asia. // The Problem of Early Tin. Oxford, Archaeopress, 2003. ISBN 1841715646.
  2. ↑ а б в г д Penhallurick, R.D.. Tin in Antiquity: its Mining and Trade Throughout the Ancient World with Particular Reference to Cornwall. London, The Institute of Metals, 1986. ISBN 0904357813.
  3. ↑ The development of the usage of tin and tin-bronze: some problems. // The Search for Ancient Tin. Washington D.C., A seminar organized by Theodore A. Wertime and held at the Smithsonian Institution and the National Bureau of Standards, Washington D.C. March 14–15, 1977, 1979.
  4. ↑ а б Gerrard, S.. The Early British Tin Industry. Stroud, Tempus Publishing, 2000. ISBN 0752414526.
  5. ↑ The problem of early tin from the point of view of Nuragic Sardinia. // The Problem of Early Tin. Oxford, Archaeopress, 2003. ISBN 1841715646.
  6. ↑ The cargo of the Uluburun ship and evidence for trade with the Aegean and beyond. // Italy and Cyprus in Antiquity: 1500–450 BC. Nicosia, The Costakis and Leto Severis Foundation, 2001. ISBN 9963810233.
  7. ↑ Murowchick, R.E.. The Ancient Bronze Metallurgy of Yunnan and its Environs: Development and Implications. Michigan, Ann Arbour, 1991.
  8. ↑ Thoburn, John T.. Tin in the World Economy. Edinburgh University Press, 1994. ISBN 0748605169.
  9. ↑ а б в Holleman, Arnold F. и др. Tin. // Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 91–100. Walter de Gruyter, 1985. ISBN 3110075113. с. 793–800.
  10. ↑ Molodets, A. M. и др. Thermodynamic Potentials, Diagram of State, and Phase Transitions of Tin on Shock Compression. // High Temperature 38 (5). 2000. DOI:10.1007/BF02755923. с. 715–721.
  11. ↑ Schwartz, Mel. Tin and Alloys, Properties. // Encyclopedia of Materials, Parts and Finishes. 2nd. CRC Press, 2002. ISBN 1566766613.
  12. ↑ Le Coureur, Penny и др. Napoleon's Buttons: 17 Molecules that Changed History. New York, Penguin Group USA, 2004.
  13. ↑ Interactive NMR Frequency Map. // Посетен на 2009-05-05.
  14. ↑ Walker, Phil. Doubly Magic Discovery of Tin-100. // Physics World 7 (June). 1994.
Взето от „http://bg.wikipedia.org/w/index.php?title=Калай&oldid=5498027“.