Każdy pierwiastek chemiczny układu okresowego oraz utworzone przez niego proste i złożone substancje są unikalne. Mają wyjątkowe właściwości, a wiele z nich wnosi niezaprzeczalnie znaczący wkład w życie i egzystencję człowieka w ogóle. Pierwiastek chemiczny cyna nie jest wyjątkiem.
Znajomość ludzi z tym metalem sięga czasów starożytnych. Ten pierwiastek chemiczny odegrał decydującą rolę w rozwoju cywilizacji ludzkiej i do dziś właściwości cyny są szeroko wykorzystywane.
Puszka w historii
Pierwsze wzmianki o tym metalu, który, jak sądzono wcześniej, miał nawet pewne magiczne właściwości, można znaleźć w tekstach biblijnych. Cyna odegrała decydującą rolę w poprawie życia w epoce brązu. W tamtych czasach najtrwalszym stopem metalu, jaki posiadała osoba, był brąz, który można uzyskać poprzez dodanie pierwiastka chemicznego cyny do miedzi. Od kilku stuleci z tego materiału robiono wszystko, od narzędzi po biżuterię.
Po odkryciu właściwości żelaza stop cyny nie przestał być używany, oczywiście nie jest używany na taką samą skalę, ale brąz, jak również wiele innych jego stopów, jest aktywnie zaangażowanydziś człowiek w przemyśle, technice i medycynie wraz z solami tego metalu, takimi jak chlorek cyny, który otrzymuje się przez oddziaływanie cyny z chlorem, płyn ten wrze w 112 stopniach Celsjusza, dobrze rozpuszcza się w wodzie, tworzy krystaliczne hydraty i dymi w powietrzu.
Pozycja pierwiastka w układzie okresowym
Pierwiastek chemiczny cyna (łacińska nazwa stannum - „stannum”, pisany symbolem Sn) Dmitrij Iwanowicz Mendelejew słusznie umieszczony pod numerem pięćdziesiątym w piątym okresie. Ma wiele izotopów, najpowszechniejszy izotop 120. Ten metal jest również w głównej podgrupie szóstej grupy, wraz z węglem, krzemem, germanem i flerowem. Jej lokalizacja przewiduje właściwości amfoteryczne, cyna ma równie kwasowe i podstawowe właściwości, które zostaną opisane bardziej szczegółowo poniżej.
Układ okresowy pierwiastków pokazuje również masę atomową cyny, która wynosi 118,69. Konfiguracja elektroniczna to 5s25p2, co złożone substancje pozwalają metalowi wykazywać stany utlenienia +2 i +4, oddając dwa elektrony tylko z podpoziomu p lub cztery z podpoziomu s- i p-, całkowicie opróżniając cały poziom zewnętrzny.
Elektroniczna charakterystyka elementu
Zgodnie z liczbą atomową, przestrzeń okołojądrowa atomu cyny zawiera aż pięćdziesiąt elektronów, znajdują się one na pięciu poziomach, które z kolei są podzielone na kilka podpoziomów. Pierwsze dwa mają tylko podpoziomy s i p, a od trzeciego następuje podział potrójnydo s-, p-, d-.
Rozważmy zewnętrzny poziom elektronowy, ponieważ to jego struktura i wypełnienie elektronami określa aktywność chemiczną atomu. W stanie niewzbudzonym pierwiastek wykazuje walencję równą dwóm, po wzbudzeniu jeden elektron przechodzi z podpoziomu s do wakatu na podpoziomie p (może zawierać maksymalnie trzy niesparowane elektrony). W tym przypadku cyna wykazuje wartościowość i stopień utlenienia - 4, ponieważ nie ma sparowanych elektronów, co oznacza, że nic nie zatrzymuje ich na podpoziomach w procesie oddziaływania chemicznego.
Prosta substancja metaliczna i jej właściwości
Prosta substancja cyna jest metalem w kolorze srebrnym, należy do grupy materiałów topliwych. Metal jest miękki i stosunkowo łatwy do odkształcenia. Szereg cech jest nieodłącznie związanych z takim metalem jak cyna. Temperatura poniżej 13,2 stopni Celsjusza jest granicą przejścia metalicznej modyfikacji cyny w proszek, której towarzyszy zmiana barwy ze srebrnobiałej na szarą oraz spadek gęstości substancji. Cyna topi się w temperaturze 231,9 stopnia i wrze w temperaturze 2270 stopni Celsjusza. Krystaliczna, czworokątna struktura białej cyny wyjaśnia charakterystyczne chrupanie metalu podczas zginania i podgrzewania w miejscu przegięcia przez pocieranie kryształów substancji o siebie. Szara cyna ma sześcienny syngon.
Chemiczne właściwości cyny mają podwójną istotę: wchodzi w reakcje zarówno kwasowe, jak i zasadowe, wykazując amfoterię. Metal oddziałuje z zasadami, a także kwasami, takimi jak siarkowy iazotowy, jest aktywny podczas reakcji z halogenami.
Stopy cyny
Dlaczego ich stopy z pewnym procentem składników są używane częściej niż czyste metale? Faktem jest, że stop ma właściwości, których nie ma pojedynczy metal, lub właściwości te są znacznie silniejsze (na przykład przewodność elektryczna, odporność na korozję, pasywacja lub aktywacja właściwości fizycznych i chemicznych metali, jeśli to konieczne itp.). Cyna (na zdjęciu próbka czystego metalu) jest częścią wielu stopów. Może być stosowany jako dodatek lub substancja bazowa.
Dziś znana jest duża liczba stopów takiego metalu jak cyna (cena ich jest bardzo zróżnicowana), rozważmy najpopularniejsze i używane (zastosowanie niektórych stopów zostanie omówione w odpowiednim dziale). Ogólnie rzecz biorąc, stopy cyny mają następujące cechy: wysoka ciągliwość, niska temperatura topnienia, niska twardość i wytrzymałość.
Kilka przykładów stopów
- Stop cyny i ołowiu z dodatkami stopowymi (antymon, miedź, kadm, cynk, srebro, ind) to tak zwana cyna do lutowania, zawartość procentowa cyny w niej powinna wynosić 49-51 lub 59 -61 proc. Siła wiązania zapewnia, że cyna tworzy stały roztwór z łączonymi powierzchniami metalowymi.
- Garth jest stopem cyny, ołowiu iantymon jest podstawą farby drukarskiej (dlatego nie zaleca się pakowania żywności w gazety, aby uniknąć niepożądanego stężenia tych metali).
- Babbit - stop cyny, ołowiu, miedzi i antymonu - charakteryzuje się niskim tarciem, wysoką odpornością na zużycie.
- Stop indowo-cynowy jest materiałem niskotopliwym, który charakteryzuje się ogniotrwałością, odpornością na korozję i znaczną wytrzymałością.
Najważniejsze związki naturalne
Cyna tworzy szereg naturalnych związków - rud. Metal tworzy 24 związki mineralne, z których najważniejszym dla przemysłu jest tlenek cyny - kasyteryt, a także rama - Cu2FeSnS4. Cyna jest rozproszona w skorupie ziemskiej, a utworzone przez nią związki mają pochodzenie magnetyczne. Przemysł wykorzystuje również sole polioli i krzemiany cyny.
Cyna i ludzkie ciało
Pierwiastek chemiczny cyna jest pod względem ilościowym mikroelementem w organizmie człowieka. Jego główne nagromadzenie znajduje się w tkance kostnej, gdzie normalna zawartość metalu przyczynia się do jego szybkiego rozwoju i ogólnego funkcjonowania układu mięśniowo-szkieletowego. Oprócz kości cyna jest skoncentrowana w przewodzie pokarmowym, płucach, nerkach i sercu.
Ważne jest, aby pamiętać, że nadmierne nagromadzenie tego metalu może prowadzić do ogólnego zatrucia organizmu, a dłuższa ekspozycja może nawet prowadzić do niekorzystnych mutacji genów. Ostatnio ten problem jest dość istotny, ponieważ stan ekologiczny środowiskaŚrodowisko pozostawia wiele do życzenia. Istnieje duże prawdopodobieństwo zatrucia cyną wśród mieszkańców megamiast i terenów położonych w pobliżu stref przemysłowych. Najczęściej zatrucie następuje poprzez nagromadzenie soli cyny w płucach, na przykład chlorku cyny i innych. Jednocześnie niedobór mikroelementów może powodować opóźnienie wzrostu, utratę słuchu i wypadanie włosów.
Aplikacja
Metal jest dostępny na rynku w wielu hutach i firmach. Produkowany jest w postaci wlewków, prętów, drutów, cylindrów, anod wykonanych z czystej prostej substancji, takiej jak cyna. Cena waha się od 900 do 3000 rubli za kg.
Czysta cyna jest rzadko używana. Stosowane są głównie jego stopy i związki - sole. Cynę lutowniczą stosuje się w przypadku elementów złącznych nie narażonych na działanie wysokich temperatur i silnych obciążeń mechanicznych, wykonanych ze stopów miedzi, stali, miedzi, natomiast nie jest zalecana do tych wykonanych z aluminium lub jego stopów. Właściwości i właściwości stopów cyny są opisane w odpowiedniej sekcji.
Luty są używane do lutowania mikroukładów, w tej sytuacji idealne są również stopy na bazie metalu, np. cyny. Zdjęcie przedstawia proces nakładania stopu cynowo-ołowiowego. Dzięki niemu możesz wykonać dość delikatną pracę.
Ze względu na wysoką odporność cyny na korozję wykorzystywana jest do wyrobu cynowanych (blach) puszek do produktów spożywczych. W medycynie, w szczególności w stomatologii, cynę stosuje się do:wykonywanie wypełnień stomatologicznych. Rurociągi domowe są pokryte cyną, łożyska wykonane są z jej stopów. Nieoceniony jest również wkład tej substancji w elektrotechnikę.
Jako elektrolity stosowane są wodne roztwory soli cyny, takie jak fluoroborany, siarczany i chlorki. Tlenek cyny to szkliwo do ceramiki. Poprzez wprowadzenie różnych pochodnych cyny do tworzyw sztucznych i materiałów syntetycznych wydaje się możliwe zmniejszenie ich palności i emisji szkodliwych oparów.
