주석의 기본 물리적 특성. 주석은 무엇이고 어디에 사용되나요? 주석의 원자 질량
주석은 기호 Sn(라틴어: stannum)과 원자 번호 50을 갖는 화학 원소입니다. 주기율표의 14족에 속하는 전이 후 금속입니다. 주석은 주로 이산화주석 SnO2를 함유한 광물 주석 광석에서 얻습니다. 주석은 14족의 두 이웃인 게르마늄 및 납과 화학적으로 유사하며 두 가지 주요 산화 상태인 +2와 약간 더 안정적인 +4를 갖습니다. 주석은 49번째로 풍부한 원소이며, "마법의" 양성자 수 덕분에 주기율표에서 안정 동위원소 수가 가장 많습니다(10개의 안정 동위원소 포함). 주석에는 두 가지 주요 동소체가 있습니다. 실온에서 안정한 동소체는 은백색의 가단성 금속인 β-주석이지만, 저온에서 주석은 밀도가 덜한 회색 α-주석으로 바뀌며 다이아몬드와 같은 입방 구조를 갖습니다. . 주석 금속은 공기 중에서 쉽게 산화되지 않습니다. 대규모로 사용된 최초의 합금은 기원전 3000년부터 주석과 구리로 만든 청동이었습니다. 이자형. 기원전 600년 이후 이자형. 순수한 금속 주석이 생산되었습니다. 일반적으로 구리, 안티몬, 납으로 구성된 주석 85~90%의 주석-납 합금은 청동기 시대부터 20세기까지 식기를 만드는 데 사용되었습니다. 오늘날 주석은 많은 합금에 사용되며, 가장 일반적으로 주석이 60% 이상 포함된 연질 주석/납 합금에 사용됩니다. 주석의 또 다른 일반적인 용도는 강철의 부식 방지 코팅입니다. 무기 주석 화합물은 독성이 없습니다. 독성이 낮기 때문에 주석 도금 금속은 실제로 주로 강철이나 알루미늄으로 만들어진 주석 캔을 사용하여 식품을 포장하는 데 사용되었습니다. 그러나 주석에 과도하게 노출되면 구리, 아연과 같은 필수 미량 원소의 대사에 문제가 발생할 수 있으며 일부 유기 주석 화합물은 시안화물만큼 독성이 있을 수 있습니다.
형질
물리적
주석은 부드럽고 가단성이 있으며 연성이며 결정성이 높은 은백색 금속입니다. 주석판을 구부리면 결정이 쌍을 이루면서 '주석 균열'이라는 깨지는 소리가 들립니다. 주석은 그룹 14에서 가장 낮은 약 232°C의 낮은 온도에서 녹습니다. 11nm 입자의 경우 녹는점은 177.3°C까지 더 떨어집니다. 실온 이상에서 안정화되는 β-주석(금속 형태 또는 백색 주석, BCT 구조)은 가단성이 있습니다. 대조적으로, 최대 13.2°C의 온도에서 안정화되는 α-주석(비금속 형태 또는 회색 주석)은 부서지기 쉽습니다. α-주석은 다이아몬드, 실리콘 또는 게르마늄과 유사한 입방체 결정 구조를 가지고 있습니다. α-주석은 원자가 전자가 자유롭게 이동할 수 없는 공유 결합 구조를 형성하기 때문에 금속 특성이 전혀 없습니다. 이는 몇 가지 특수 반도체 응용 분야를 넘어서는 널리 사용되지 않는 흐릿한 회색 분말 재료입니다. 이 두 가지 동소체인 α-주석과 β-주석은 각각 회색 주석과 흰색 주석으로 더 잘 알려져 있습니다. 161°C 이상의 온도와 수 기가파스칼 이상의 압력에서는 두 개의 동소체 γ와 σ가 더 존재합니다. 추운 환경에서 β-주석은 자발적으로 α-주석으로 변환됩니다. 이 현상은 "주석 전염병"으로 알려져 있습니다. α-β 변태 온도는 명목상 13.2 °C이고 전이 온도 이하의 불순물(예: Al, Zn 등)은 0 °C 미만이지만 Sb 또는 Bi를 첨가하면 변태가 전혀 일어나지 않을 수 있습니다. 주석의 내구성을 높입니다. 상용 등급의 주석(99.8%)은 불순물로 존재하는 소량의 비스무트, 안티몬, 납 및 은의 억제 효과로 인해 변형을 방지합니다. 구리, 안티몬, 비스무트, 카드뮴, 은과 같은 합금 원소는 물질의 경도를 증가시킵니다. 주석은 단단하고 부서지기 쉬운 금속간 상을 쉽게 형성하는데, 이는 종종 바람직하지 않습니다. 주석은 일반적으로 다른 금속에서 많은 고용체를 형성하지 않으며, 몇몇 원소는 주석에서 상당한 고용도를 갖습니다. 그러나 단순한 공융 시스템은 비스무트, 갈륨, 납, 탈륨 및 아연에서 관찰됩니다. 주석은 3.72K 미만에서 초전도체가 되며 연구 대상이 된 최초의 초전도체 중 하나입니다. 초전도체의 특징 중 하나인 마이스너 효과는 초전도 주석 결정에서 처음 발견됐다.
화학적 특성
주석은 물에 의한 부식에 강하지만 산과 알칼리에는 부식될 수 있습니다. 주석은 고도로 연마될 수 있으며 다른 금속의 보호 코팅으로 사용됩니다. 보호 산화물(수동) 층은 주석-납 및 기타 주석 합금에 형성된 것과 마찬가지로 추가 산화를 방지합니다. 주석은 산소가 용액에 있을 때 촉매 역할을 하며 화학적 부식을 가속화하는 데 도움이 됩니다.
동위원소
주석에는 원자 질량이 112, 114, 120, 122 및 124인 10개의 안정 동위원소가 있으며, 이는 모든 원소 중 가장 많은 수입니다. 이들 중 가장 흔한 것은 120Sn(모든 주석의 거의 3분의 1), 118Sn 및 116Sn이고, 가장 덜 흔한 것은 115Sn입니다. 질량수가 짝수인 동위원소는 핵 스핀을 갖지 않는 반면, 홀수인 동위원소는 +1/2의 스핀을 갖습니다. 세 가지 공통 동위원소인 116Sn, 118Sn 및 120Sn을 포함하는 주석은 NMR 분광학을 사용하여 검출하고 분석하는 가장 쉬운 원소 중 하나입니다. 이렇게 많은 수의 안정 동위원소가 핵 물리학의 "마법의 수"인 원자 번호 50의 직접적인 결과인 것으로 믿어집니다. 주석은 또한 99에서 137까지의 다른 모든 원자 질량을 포함하는 29개의 불안정한 동위원소에서도 발생합니다. 반감기가 230,000년인 126Sn을 제외하고 모든 방사성 동위원소는 반감기가 1년 미만입니다. 1994년에 발견된 방사성 100Sn과 132Sn은 "이중 마법" 핵을 가진 소수의 핵종 중 하나입니다. 비록 불안정하고 매우 고르지 않은 양성자-중성자 비율을 가지고 있지만 안정성이 급격하게 저하되는 종점을 나타냅니다. 또 다른 30개의 준안정 이성질체는 111과 131 사이의 동위원소의 특징이었으며 가장 안정한 것은 121mCH이며 반감기는 43.9년입니다. 안정한 주석 동위원소의 풍부함의 상대적인 차이는 항성 핵합성에서의 형성 방식이 다르기 때문에 설명할 수 있습니다. 116Sn부터 120Sn까지는 대부분의 별에서 s-과정(느린 중성자)에 의해 형성되므로 가장 일반적인 동위원소인 반면, 122Sn과 124Sn은 초신성에서 R 과정(고속 중성자)에 의해서만 형성되는 것이 아니라 덜 일반적입니다. (117Sn부터 120Sn까지의 동위원소도 r 공정의 이점을 얻습니다.) 마지막으로 가장 희귀한 양성자가 풍부한 동위원소인 112Sn, 114Sn 및 115Sn은 s 공정과 r 공정에서 상당량 생산될 수 없으며 p-프로세스 중, 그 기원은 완전히 이해되지 않습니다. 일부 제안된 형성 메커니즘에는 양성자 포획과 광분해가 포함되지만, 115Sn은 s 공정에서 부분적으로 동시에 생성될 수도 있고 수명이 긴 115In의 "딸"로 생성될 수도 있습니다.
어원
영어 단어 주석(tin)은 게르만어에 공통적으로 사용되며 재구성된 게르만조어 *tin-om으로 추적될 수 있습니다. 동족에는 독일 Zinn, 스웨덴 tenn 및 네덜란드 주석이 포함됩니다. 이 단어는 게르만어에서 차용한 경우를 제외하고는 인도 유럽어의 다른 분야에서는 발견되지 않습니다(예를 들어 아일랜드어 단어 Tinne은 영어 Tin에서 유래되었습니다). 라틴어 이름인 stannum은 원래 은과 납의 합금을 의미했으며 기원전 4세기에 만들어졌습니다. 이자형. 그것은 "주석"을 의미하게 되었습니다. 이에 대한 초기 라틴어 단어는 Plumbum Quandum 또는 "백색 납"이었습니다. stannum이라는 단어는 주석에 대한 로마네스크 및 켈트 명칭의 유래인 초기 stāgnum(동일한 물질)에서 파생된 것으로 보입니다. stannum/stagnum의 기원은 알려져 있지 않습니다. 인도유럽어 이전일 수도 있습니다. 반대로 Meyer의 백과사전 사전에 따르면, stannum은 Cornish stean에서 파생된 것으로 간주되며 Cornwall이 AD 1세기에 주석의 주요 공급원이었다는 증거입니다.
이야기
주석의 추출과 사용은 기원전 3000년경 청동기 시대부터 시작되었습니다. BC, 금속 함량이 다른 다금속 광석으로 형성된 구리 물체는 물리적 특성이 다르다는 사실이 지적되었습니다. 최초의 청동 물체에는 2% 미만의 주석이나 비소가 포함되어 있으므로 구리 광석의 금속 함량을 추적하여 의도하지 않은 합금의 결과로 여겨집니다. 구리에 두 번째 금속을 추가하면 강도가 증가하고 녹는점이 낮아지며 냉각 시 밀도가 높고 해면질이 덜한 얇은 용융물이 생성되어 주조 공정이 개선됩니다. 이로 인해 훨씬 더 복잡한 형태의 닫힌 청동 물체를 만드는 것이 가능해졌습니다. 비소가 함유된 청동 물체는 주로 구리 광석과 관련하여 비소가 자주 발견되는 중동에서 나타났습니다. 그러나 이러한 물체의 사용과 관련된 건강 위험이 곧 명확해졌고 훨씬 덜 위험한 주석 광석의 출처를 찾기 시작했습니다. 초기 청동기 시대. 이로 인해 희귀한 금속 주석에 대한 수요가 창출되었고 먼 주석 공급원과 청동기 시대 문화 시장을 연결하는 무역 네트워크가 형성되었습니다. 주석 산화물인 주석광석(SnO2)은 고대에 주석의 원래 공급원이었을 가능성이 높습니다. 다른 형태의 주석 광석은 아인산염과 같은 덜 일반적인 황화물이므로 보다 적극적인 제련 공정이 필요합니다. Cassiterite는 화강암보다 더 무겁고, 질기고, 화학적 저항성이 더 높기 때문에 종종 사금 퇴적물로서 충적 수로에 축적됩니다. Cassiterite는 일반적으로 검은 색이거나 일반적으로 어두운 색상이며 그 퇴적물은 강둑에서 쉽게 볼 수 있습니다. 충적층 퇴적물은 금 채취와 유사한 방법으로 쉽게 수집하고 분리할 수 있습니다.
화합물 및 화학
대부분의 경우 주석의 산화 상태는 II 또는 IV입니다.
무기화합물
할라이드 화합물은 두 가지 산화 상태 모두로 알려져 있습니다. SN(IV)의 경우 SnF4, SnCl4, SnBr4 및 SnI4 등 네 가지 할로겐화물이 모두 잘 알려져 있습니다. 가장 무거운 세 가지 원소는 휘발성 분자 화합물이고, 사불화물은 중합체입니다. Sn(II)의 네 가지 할로겐화물도 모두 알려져 있습니다: SnF2, SnCl2, SnBr2 및 SnI2. 이들은 모두 고분자 고체입니다. 이 8가지 화합물 중 요오드화물만이 착색됩니다. 염화주석(II)(염화제1주석이라고도 함)은 상업적으로 가장 중요한 할로겐화주석입니다. 염소는 주석 금속과 반응하여 SnCl4를 생성하고, 염산과 주석은 반응하여 SnCl2와 수소 가스를 생성합니다. 또한 SnCl4와 Sn은 공동 비율화라는 과정을 통해 염화주석과 결합합니다. SnCl4 + CH → 2 Sncl2 주석은 많은 산화물, 황화물 및 기타 칼코게나이드 유도체를 형성할 수 있습니다. SnO2 이산화물(석석)은 주석이 공기 존재 하에서 가열될 때 형성됩니다. SnO2는 본질적으로 양쪽성이므로 산성 및 염기성 용액에 용해됩니다. 유리 주석산 H2[CH(on)6]은 알려져 있지 않지만 K2와 같은 구조 Sn(OH)6]2를 갖는 주석산염도 알려져 있습니다. 주석 황화물은 +2 및 +4 산화 상태로 존재합니다: 주석(II) 황화물 및 주석(IV) 황화물(모자이크 금).
수소화물
주석이 +4 산화 상태인 Stannan(SnH4)은 불안정합니다. 그러나 유기주석 수소화물, 예를 들어 트리부틸린 수소화물(Sn(C4H9)3H)은 잘 알려져 있습니다. 이들 화합물은 주석(III) 화합물의 드문 예인 일시적인 트리부틸주석 주석 라디칼을 방출합니다.
유기주석 화합물
주석 화합물이라고도 불리는 유기주석 화합물은 주석-탄소 결합을 갖는 화합물로, 유기 유도체가 상업적으로 가장 유용합니다. 일부 유기주석 화합물은 독성이 매우 강하여 살생물제로 사용됩니다. 최초로 알려진 유기 주석 화합물은 1849년 에드워드 프랭클랜드(Edward Frankland)가 발견한 디에틸주석 이오다이드(C2H5)2SnI2)였습니다. 대부분의 유기 주석 화합물은 공기와 물에 강한 무색 액체 또는 고체입니다. 그들은 사면체 기하학을 채택합니다. 테트라알킬 및 테트라아릴틴 화합물은 Grignard 시약을 사용하여 제조할 수 있습니다.
4 + 4 RMgBr → R
4유기 유도체보다 더 일반적이고 상업적 가치가 더 큰 혼합 알킬 할라이드는 재배열 반응에 의해 제조됩니다.
4Sn → 2 SnCl2R2
2가 유기주석 화합물은 드물지만 2가 유기게르마늄 및 유기규소 화합물보다 더 흔합니다. Sn(II)이 갖는 더 큰 안정화는 "불활성 쌍 효과"에 기인합니다. 유기주석(II) 화합물에는 알켄과 대략 동등한 스탄닐렌(식: R2Sn, 단일항 카르벤에서 볼 수 있음)과 디스탄닐렌(R4Sn2)이 모두 포함됩니다. 두 클래스 모두 특이한 반응을 보입니다.
출현
주석은 저질량 및 중질량 별(태양 질량의 0.6~10배)에서 장기간의 s-과정에서 형성되며, 마지막으로 무거운 인듐 동위원소의 베타 붕괴 중에 형성됩니다. 주석은 지각에서 가장 풍부한 49번째 원소로, 2ppm으로 아연의 경우 75mg/L, 구리의 경우 50mg, 납의 경우 14ppm입니다. 주석은 천연 원소로 발생하지 않지만 다양한 광석에서 추출해야 합니다. 주석석(SnO2)은 상업적으로 중요한 주석의 유일한 공급원이지만 주석석, 사이핀드라이트, 프랑카이트, 캔필드석 및 틸라이트와 같은 복합 황화물에서 소량의 주석이 회수됩니다. 주석 광물은 거의 항상 화강암 암석과 연관되어 있으며 일반적으로 주석 산화물 수준은 1%입니다. 이산화주석은 비중이 높기 때문에 채굴된 주석의 약 80%가 1차 광상에서 회수된 2차 광상에서 나옵니다. 주석은 과거에 하류로 세척되어 계곡이나 바다에 퇴적된 과립에서 회수되는 경우가 많습니다. 주석을 채굴하는 가장 경제적인 방법은 스쿠핑, 수력학 또는 개방형 구덩이입니다. 세계 주석의 대부분은 사금 퇴적물에서 생산되는데, 여기에는 0.015% 정도의 주석이 함유되어 있을 수도 있습니다. 세계 주석 광산 매장량(톤, 2011)
인도네시아 800000
브라질 590000
볼리비아 400000
러시아 350000
호주 180000
태국 170000
기타 180000
총 4800000
중국 1500000
말레이시아 250000
2011년에는 주로 중국(110,000톤), 인도네시아(51,000톤), 페루(34,600톤), 볼리비아(20,700톤), 브라질(12,000톤)에서 약 253,000톤의 주석이 채굴되었습니다. 주석 생산량 추정치는 역사적으로 경제적 생존 가능성과 채굴 기술 개발에 따라 다양해졌지만, 현재의 소비량과 기술 속도로 볼 때 40년 이내에 지구의 주석 채굴이 고갈될 것으로 추정됩니다. Lester Brown은 연간 2% 성장이라는 극히 보수적인 추정에 기초하여 주석이 20년 이내에 고갈될 수 있다고 제안했습니다. 경제적으로 회수 가능한 주석 매장량: 백만. 연간 톤
재활용 또는 스크랩 주석도 이 금속의 중요한 공급원입니다. 2차 생산이나 스크랩 주석 재활용을 통한 주석 회수가 빠른 속도로 증가하고 있습니다. 미국은 1993년 이후 주석을 채굴하지 않았고 1989년 이후 주석을 제련하지도 않았지만 2006년에는 거의 14,000톤을 처리하는 최대 규모의 2차 주석 생산국이었습니다. 새로운 주석 광상은 몽골 남부에서 발견되었으며, 2009년에는 Seminole Group Colombia CI, SAS가 콜롬비아에서 새로운 주석 광상을 발견했습니다.
생산
주석은 탄소나 코크스를 사용하여 산화물 광석을 탄소열환원하여 생산됩니다. 반사로와 전기로를 사용할 수 있습니다.
가격과 교환
주석은 1921년부터 생산국과 소비국 간의 복잡한 협약으로 인해 다른 광물 상품 중에서 독특합니다. 이전의 협정은 다소 비공식적이고 산발적인 경향이 있었으며 1956년에 "제1차 국제 주석 협정"이 체결되었습니다. 이는 1985년에 사실상 종료된 영구적인 일련의 협정 중 첫 번째였습니다. 이러한 일련의 합의를 통해 국제주석위원회(ITC)는 주석 가격에 상당한 영향을 미쳤습니다. MCO는 완충 재고로 주석을 구매하여 가격이 낮은 기간 동안 주석 가격을 지탱했으며, 이 재고에서 주석을 판매하여 가격이 높은 기간 동안 가격을 억제할 수 있었습니다. 이는 소비국에는 충분한 주석 흐름을 보장하고 생산국에는 이익을 보장하기 위해 고안된 반시장적 접근 방식이었습니다. 그러나 완충재고가 충분히 크지 않았고, 그 29년의 대부분 동안 주석 가격은 때때로 급격하게 상승했습니다. 특히 만연한 인플레이션이 세계 경제의 대부분을 괴롭혔던 1973년부터 1980년까지였습니다. 1970년대 후반과 1980년대 초반에 미국 정부의 주석 재고는 역사적으로 높은 주석 가격을 이용하기 위해 공격적인 판매 모드에 있었습니다. 1981~82년의 불황은 주석 산업에 매우 혹독한 시기였습니다. 주석 소비가 급격히 감소했습니다. MCO는 완충 재고 구매를 가속화함으로써 급격한 감소를 피할 수 있었습니다. 이러한 활동을 통해 MCO는 자원을 늘리기 위해 은행과 금속 무역 회사로부터 대규모 자금을 빌려야 했습니다. MCO는 신용 한도에 도달한 1985년 말까지 계속해서 자금을 차입했습니다. 직후에 엄청난 “주석 위기”가 닥쳤고, 이후 3년 동안 런던 금속 거래소에서 주석이 거래되지 않았습니다. MCO는 곧 폭락했고, 이미 자유 시장에 있던 주석 가격은 1달러당 4달러로 급격하게 떨어졌습니다. 파운드(453g)로 1990년대까지 이 수준을 유지했습니다. 2008~09년 세계 경제 위기 이후 소비가 반등하면서 2010년까지 가격이 다시 인상되었으며, 이는 개발도상국의 소비가 새롭고 지속적인 성장을 동반했습니다. 런던금속거래소(LME)는 주석의 주요 거래 플랫폼입니다. 다른 주석 시장으로는 쿠알라룸푸르 주석 시장(KLTM)과 인도네시아 주석 거래소(INATIN)가 있습니다.
응용
2006년에는 생산된 전체 주석의 약 절반이 땜납에 사용되었습니다. 나머지 용도는 주석 도금, 주석 화학 물질, 황동 및 청동 합금, 틈새 용도로 구분되었습니다.
솔더
주석은 오랫동안 5~70%의 양으로 납과 땜납으로 합금에 사용되어 왔습니다. 주석은 주석 63%와 납 37%의 비율로 납과 공융 혼합물을 형성합니다. 이러한 땜납은 파이프나 전기 회로를 연결하는 데 사용됩니다. 2006년 7월 1일, 유럽 연합의 WEEE 지침(Waste Electrical and Electronic Equipment Directive)과 RoHS 지침이 발효되었습니다. 이러한 합금의 납 함량은 감소했습니다. 납을 대체하면 융점이 높아지고 주석 위스커가 형성되는 등 많은 문제가 발생합니다. 무연 땜납에서는 주석 전염병이 발생할 수 있습니다.
주석 도금
주석 본드는 다림질에 적합하며 납, 아연, 강철을 코팅하여 부식을 방지하는 데 사용됩니다. 주석 도금 강철 용기는 식품 보존에 널리 사용되며 이는 주석 금속 시장의 큰 부분을 차지합니다. 1812년 런던에서 식품 보존을 위한 최초의 주석 용기가 만들어졌습니다. 영국 영어에서는 이것을 "tins"라고 부르지만, 미국에서는 "cans" 또는 "tin cans"이라고 부릅니다. 맥주 캔의 속어 이름은 "tinnie" 또는 "tinny"입니다. 냄비나 프라이팬과 같은 구리 조리 용기에는 종종 얇은 주석 층이 늘어서 있습니다. 산성 식품과 구리의 조합은 독성이 있을 수 있기 때문입니다.
특수 합금
주석은 다른 원소와 결합하여 많은 유용한 합금을 형성합니다. 주석은 대부분 구리와 합금됩니다. 주석-납 합금에는 85-99%의 주석이 함유되어 있습니다. 베어링 금속에는 주석 함량도 높습니다. 청동은 주로 구리(주석 12%)로 이루어져 있으며, 인을 첨가하면 인청동이 생성됩니다. 벨 브론즈도 주석 22%를 함유한 구리-주석 합금입니다. 주석은 때때로 미국 및 캐나다 동전을 만들기 위해 동전에 사용되었습니다. 구리는 종종 아연을 포함하여 이 주화의 기본 금속이었기 때문에 청동 및/또는 황동 합금이라고 불릴 수 있습니다. 니오븀-주석 화합물 Nb3Sn은 높은 임계 온도(18K)와 임계 자기장(25T)으로 인해 초전도 자석 코일에 상업적으로 사용되었습니다. 무게가 2kg에 불과한 초전도 자석은 일반 무게의 전자석과 동일한 자기장을 생성할 수 있습니다. 핵연료를 피복하기 위해 지르코늄 합금에 소량의 주석이 첨가됩니다. 오르간의 대부분의 금속 파이프에는 다양한 양의 주석/납이 포함되어 있으며 50/50 합금이 가장 일반적입니다. 주석은 악기에 원하는 공명을 제공하므로 파이프에 들어 있는 주석의 양에 따라 파이프의 톤이 결정됩니다. 주석/납 합금이 냉각되면 납이 약간 더 빨리 냉각되어 얼룩덜룩하거나 얼룩덜룩한 효과가 나타납니다. 이 금속 합금을 점박이 금속이라고 합니다. 파이프에 주석을 사용하는 주요 이점은 외관, 성능 및 내식성입니다.
기타 애플리케이션
천공 주석 도금 강철은 기능적이고 장식적인 가정용품을 만들기 위해 중부 유럽에서 시작된 공예 기술입니다. 천공된 주석 랜턴은 이 기술의 가장 일반적인 적용입니다. 천공을 통과하는 촛불 빛은 장식적인 조명 패턴을 만듭니다. 랜턴과 기타 천공된 주석 품목은 초기 유럽인 정착 이후 신세계에서 만들어졌습니다. 유명한 예는 Paul Revere의 이름을 딴 Revere 랜턴입니다. 근대 이전에는 알프스의 일부 지역에서는 염소나 숫양의 뿔을 깎아 알파벳과 1부터 9까지의 숫자 모양으로 금속을 뚫었습니다. 이 교육 도구는 단순히 "뿔"로 알려졌습니다. 현대 복제품에는 하트와 튤립과 같은 모티프가 있습니다. 미국에서는 케이크와 식품을 냉장 보관하기 전에 다양한 스타일과 크기의 나무 캐비닛을 사용하여 해충을 퇴치하고 부패하기 쉬운 식품을 먼지로부터 보호하도록 고안되었습니다. 이것들은 바닥이나 매달린 캐비닛이었습니다. 이 캐비닛에는 문과 때로는 측면에 주석 삽입물이 있습니다. 창유리는 대부분 용융 주석(플로트 유리 - 용융 금속으로 만든 판유리) 위에 용융 유리를 올려 완벽하게 매끄러운 표면을 만드는 방식으로 만들어집니다. 이를 필킹턴 프로세스라고도 합니다. 주석은 현대 리튬 이온 배터리의 음극으로도 사용됩니다. 일부 주석 표면은 리튬 이온 배터리에 사용되는 탄산염 전해질의 분해를 촉진한다는 사실로 인해 그 사용이 다소 제한됩니다. Stann(II) 불소는 일부 치과 치료 제품(SnF2)에 첨가됩니다. 불화주석(II)은 칼슘 연마재와 혼합될 수 있는 반면, 보다 일반적인 불화나트륨은 칼슘 화합물이 있는 경우 점차적으로 생물학적으로 비활성화됩니다. 또한 치은염을 조절하는 데 불화나트륨보다 더 효과적인 것으로 나타났습니다.
유기주석 화합물
주석의 모든 화합물 중에서 유기 주석 화합물이 가장 일반적으로 사용됩니다. 그들의 세계 산업 생산량은 아마도 50,000톤을 초과할 것입니다.
PVC 안정제
유기주석 화합물의 주요 상업적 용도는 PVC 플라스틱의 안정화입니다. 이러한 안정제가 없으면 PVC는 열, 빛 및 대기 산소에 노출될 때 급속히 분해되어 제품이 변색되고 부서지기 쉽습니다. 주석은 플라스틱에서 HCl이 손실되는 불안정한 염화물 이온(Cl-)을 제거합니다. 전형적인 주석 화합물은 디부틸틴 디라우레이트와 같은 디부틸틴 디클로라이드의 카르복실산 유도체입니다.
살생물제
일부 유기주석 화합물은 상대적으로 독성이 있어 장점과 단점이 있습니다. 이는 살균제, 살충제, 해조류 제거제, 목재 방부제 및 부패 방지제와 같은 살생물 특성으로 사용됩니다. 트리부틸주석 산화물은 목재 방부제로 사용됩니다. 트리부틸주석은 선박에서 해양 유기체의 성장을 방지하기 위해 해양 페인트 첨가제로 사용되었지만 유기주석 화합물이 일부 해양 유기체(예: 진홍풀)에 매우 높은 독성을 갖는 잔류성 유기 오염물질로 인식된 이후 사용이 감소했습니다. EU는 2003년에 유기주석 화합물의 사용을 금지했으며, 이러한 화합물이 해양 생물에 미치는 독성과 일부 해양 생물의 번식 및 성장에 대한 손상에 대한 우려가 있었습니다(일부 보고서에서는 리터당 1nm의 농도에서 해양 생물에 대한 생물학적 영향을 설명합니다). 국제해사기구(International Maritime Organization)가 전 세계적으로 금지하는 행위로 이어졌습니다. 현재 많은 주에서는 길이가 25m를 초과하는 용기에 유기주석 화합물의 사용을 제한하고 있습니다.
유기화학
일부 주석 시약은 유기 화학에 유용합니다. 가장 일반적으로 사용되는 염화제1주석은 니트로 및 옥심 그룹을 아민으로 전환하는 데 사용되는 일반적인 환원제입니다. 스타일 반응은 유기 주석 화합물을 유기 할로겐화물 또는 유사 할로겐화물과 연결합니다.
리튬 이온 배터리
주석은 리튬 금속과 여러 금속간 상을 형성하므로 배터리 응용 분야에 잠재적으로 매력적인 소재입니다. 리튬 도핑 시 주석의 큰 부피 팽창과 낮은 전기화학적 전위에서 유기주석 전해질 계면의 불안정성은 상업용 전지에 사용하기 위한 가장 큰 과제입니다. 이 문제는 Sony에서 부분적으로 해결되었습니다. 코발트와 탄소를 함유한 주석 금속간 화합물은 Sony가 2000년대 후반에 출시한 Nexelion 셀에서 판매되었습니다. 활성 물질의 조성은 대략 Sn0.3Co0.4C0.3입니다. 최근 연구에 따르면 정방정계 (베타)Sn의 특정 결정질 면만이 바람직하지 않은 전기화학적 활동을 담당하는 것으로 나타났습니다.
주석(lat. stannum), sn, 멘델레예프 주기율표 IV족의 화학 원소; 원자 번호 50, 원자 질량 118.69; 흰색의 반짝이는 금속으로 무겁고 부드러우며 연성이 있다. 이 원소는 질량수가 112, 114-120, 122, 124인 10개의 동위원소로 구성됩니다. 후자는 약한 방사성이다. 동위원소 120 sn이 가장 흔합니다(약 33%).
역사적 참고자료. O. 구리 합금-청동-은 기원전 4 천년에 이미 알려졌습니다. 즉, 기원전 2천년의 순금속. 이자형. 고대에는 연고로 보석, 접시, 도구를 만들었습니다. "stannum"과 "tin"이라는 이름의 유래는 불확실합니다.
자연에서의 분포. O.는 지각 상부의 특징적인 원소로 암석권의 함유량은 2.5·10-4질량%, 산성 화성암의 함량은 3·10-4%, 더 깊은 염기성 암석의 경우 1.5·10-질량%이다. 4%; 맨틀에는 O.가 훨씬 적습니다. 산소의 농도는 마그마 과정(알려진 "주석 함유 화강암"과 산소가 풍부한 페그마타이트가 있음) 및 열수 과정과 연관되어 있습니다. 알려진 24개의 O 광물 중 23개가 고온 및 고압에서 형성되었습니다. 주요 산업적 가치는 cassiterite sno 2이고 stannin cu 2 fesns 4는 덜 중요합니다. O.는 생물권에서 약하게 이동하며 해수에서는 3·10-7%에 불과합니다. 산소 함량이 높은 수생 식물이 알려져 있습니다. 그러나 생물권 내 산소 지구화학의 일반적인 경향은 분산입니다.
물리적, 화학적 특성. O.에는 두 가지 다형성 변형이 있습니다. 일반 b-sn(백색 O.)의 결정 격자는 주기가 있는 정방형입니다. a = 5.813 å, 와 함께=3.176 å; 밀도 7.29 G/ 센티미터삼. 13.2 ° C 미만의 온도에서는 -sn (회색 O.) 입방 다이아몬드 유형 구조가 안정적입니다. 밀도 5.85 G/ 센티미터삼. b ® a 전이는 금속이 분말로 변형되는 것을 동반합니다. 티 pl 231.9 ° C, 티 kip 2270 ° C. 선팽창 온도 계수 23·10 –6 (0-100 ° C); 비열 용량 (0 °C) 0.225 kj/(킬로그램 K), 즉 0.0536 대변/(G℃); 열전도율(0℃) 65.8 화/(중 K), 즉 0.157 대변/(센티미터·- 비서℃); 전기 저항률(20°C) 0.115 10 –6 옴· 중, 즉 11.5·10 –6 옴· 센티미터. 인장강도 16.6 망/ 중 2 (1,7 kgf/ mm 2) " , 상대 신장 80-90%; 브리넬 경도 38.3-41.2 망/ 중 2 (3,9-4,2 kgf/ mm 2). O. 막대를 구부릴 때 결정의 상호 마찰로 인해 특징적인 크런치 소리가 들립니다.
원자 5의 외부 전자의 구성에 따라 에스 2 5 피 2 O.에는 +2와 +4의 두 가지 산화 상태가 있습니다. 후자가 더 안정적입니다. sn(P) 화합물은 강력한 환원제입니다. O. 최대 100°C의 건조하고 습한 공기에서는 실제로 산화되지 않습니다. 얇고 내구성이 뛰어나며 밀도가 높은 필름 sno 2로 보호됩니다. O.는 차갑고 끓는 물에 안정적입니다. 산성 환경에서 O.의 표준 전극 전위는 -0.136입니다. V. 추위에 희석된 hcl과 h2so4에서 산소는 천천히 수소를 대체하여 각각 sncl2 염화물과 snso4 황산염을 형성합니다. 뜨거운 농축 h 2 so 4에서 가열하면 산소가 용해되어 sn (so 4) 2 등이 형성됩니다. 차가운(O ° C) 묽은 질산은 다음과 같은 반응에 따라 산소에 작용합니다.
4sn + 10hno 3 = 4sn (no 3) 2 + nh 4 no 3 + 3h 2o.
농축된 hno 3(밀도 1.2-1.42)로 가열하는 경우 G/ 센티미터 3) O.는 메타틴산 h 2 sno 3 침전물의 형성으로 산화되며, 수화 정도는 다양합니다.
3sn+ 4hno 3+ N h 2 o = 3h 2 sno 3 · N h 2 o + 4아니요.
농축된 알칼리 용액에서 산소를 가열하면 수소가 방출되고 헥사하이드로스탄네이트가 형성됩니다.
sn + 2KOH + 4H 2 O = k 2 + 2h 2.
공기 중의 산소는 산소를 부동화시켜 표면에 sno 2 필름을 남깁니다. 화학적으로 sno 2 이산화물은 매우 안정적이지만 sno 산화물은 빠르게 산화되어 간접적으로 얻어집니다. sno 2는 주로 산성 특성을 나타내며 sno - 염기성 특성을 나타냅니다.
O.는 수소와 직접 결합하지 않으며; 수소화물 snh 4는 mg 2 sn과 염산의 상호 작용에 의해 형성됩니다.
mg 2 sn + 4hcl = 2mgcl 2 + snh 4.
무색의 유독가스이다 티킵 -52℃; 그것은 매우 깨지기 쉽고 실온에서는 며칠 내에 sn과 h 2로 분해되고 150 ° C 이상에서는 즉시 분해됩니다. 이는 또한 산소염이 방출되는 순간 수소의 작용에 의해 형성됩니다. 예를 들면 다음과 같습니다.
sncl 2 + 4hcl + 3mg = 3mgcl 2 + snh 4.
할로겐의 경우 산소는 snx 2 및 snx 4 조성의 화합물을 생성합니다. 전자는 소금과 같으며 용액에서 sn 2+ 이온을 생성하고, 후자(snf 4 제외)는 물에 의해 가수분해되지만 비극성 유기 액체에 용해됩니다. O.를 건조 염소(sn + 2cl 2 = sncl 4)와 반응시켜 사염화물 sncl 4를 얻습니다. 유황, 인, 요오드를 잘 녹이는 무색의 액체이다. 이전에는 불량 주석 도금 제품에서 산소를 제거하기 위해 위 반응을 사용했습니다. 현재 이 방법은 염소의 독성과 높은 O 손실로 인해 널리 사용되지 않습니다.
테트라할로겐화물 snx 4는 h 2 o, nh 3, 질소 산화물, pcl 5, 알코올, 에테르 및 많은 유기 화합물과 복합 화합물을 형성합니다. 할로겐화수소산을 사용하면 할로겐화 산소는 용액에서 안정한 복합 산(예: h 2 sncl 4 및 h 2 sncl 6 )을 형성합니다. 물로 희석하거나 중화하면 단순 또는 복합 염화물 용액이 가수분해되어 흰색 침전물 sn(oh) 2 또는 h 2 sno 3이 생성됩니다. N시 2시 황과 함께 산소는 물과 묽은 산에 불용성인 황화물(갈색 sns 및 황금색 sns 2)을 생성합니다.
접수 및 신청. 사금의 함량이 0.01%, 광석의 경우 0.1%인 경우 산소의 산업적 생산이 권장됩니다. 일반적으로 10분의 1과 퍼센트 단위입니다. O. 광석에는 종종 w, zr, cs, rb, 희토류 원소, Ta, nb 및 기타 귀금속이 동반됩니다. 1차 원료는 농축됩니다. 사금(주로 중력, 광석), 또한 부유 중력 또는 부유에 의해 농축됩니다.
50-70% 산소를 함유한 정광은 황을 제거하기 위해 연소되고 hcl의 작용으로 철로부터 정제됩니다. Wolframite (fe, mn) wo 4 및 scheelite cawo 4의 불순물이 있으면 농축물은 hcl로 처리됩니다. 결과 wo 3 ·h 2 o는 nh 4 oh를 사용하여 추출됩니다. 전기로 또는 화염로에서 석탄과 정광을 제련하여 불순물 cu, pb, fe, as, sb, bi를 포함하는 거친 탄소(94-98% sn)를 얻습니다. 용광로에서 배출되면 거친 철은 코크스를 통해 500-600 ° C의 온도에서 여과되거나 원심 분리되어 철의 덩어리가 분리됩니다. 나머지 fe와 cu는 원소 황을 액체 금속에 혼합하여 제거됩니다. 불순물은 산소 표면에서 제거되는 고체 황화물 형태로 표면에 떠오릅니다. 비소와 안티몬에서 산소는 sncl 2를 사용하여 알루미늄을 혼합하여 동일한 방식으로 정제됩니다. 때때로 bi와 pb는 진공에서 증발됩니다. 특히 순수한 산소를 얻기 위해 전해 정제 및 구역 재결정화는 비교적 드물게 사용됩니다.
생산되는 모든 금속의 약 50%는 2차 금속입니다. 그것은 폐기물 주석판, 스크랩 및 다양한 합금에서 얻습니다. O.의 최대 40%는 주석 도금에 사용되며 나머지는 땜납, 베어링 및 인쇄 합금 생산에 사용됩니다. Sno 2 이산화물은 내열 에나멜과 유약 생산에 사용됩니다. 소금 - 아인산나트륨 na 2 sno 3 ·3h 2 o는 직물의 매염 염색에 사용됩니다. 금박을 모방한 페인트에는 Crystal sns 2("금박")가 포함되어 있습니다. 니오븀 주석화물 nb 3 sn은 가장 많이 사용되는 초전도 물질 중 하나입니다.
N. N. Sevryukov.
O. 자체와 대부분의 무기 화합물의 독성은 낮습니다. 산업계에서 널리 사용되는 산소 원소로 인한 급성 중독은 실제로 발생하지 않습니다. 문헌에 기술된 일부 중독 사례는 물이 실수로 비소 정화 과정에서 폐기물로 유입될 때 재 3이 방출되어 발생하는 것으로 보입니다. 주석 제련소의 작업자는 먼지에 장기간 노출되면 산소 산화물(소위 흑산소, 스노)이 발생할 수 있습니다. 진폐증, 주석 호일 제조에 종사하는 근로자는 때때로 만성 습진을 경험합니다. O. 사염화물(sncl 4 5h 2 o), 공기 중 농도 90 이상 mg/ 중 3 상부 호흡기를 자극하여 기침을 유발합니다. O. 염화물이 피부에 닿으면 궤양을 유발합니다. 강한 경련성 독은 주석 수소(stannom메탄, snh 4)이지만 산업 조건에서 형성될 가능성은 무시할 수 있습니다. 오랫동안 생산된 통조림 식품을 섭취할 때 심각한 중독은 캔에 snh 4가 형성되는 것과 관련될 수 있습니다(캔의 절반 내용물에 있는 유기산의 작용으로 인해). 주석수소에 의한 급성 중독은 경련과 불균형이 특징입니다. 사망 가능성.
유기 산소 화합물, 특히 디- 및 트리알킬 화합물은 중추신경계에 뚜렷한 영향을 미칩니다. 트리알킬 화합물 중독 징후: 두통, 구토, 현기증, 경련, 마비, 마비, 시각 장애. 종종 혼수상태, 심장 및 호흡 장애가 발생하여 사망에 이르게 됩니다. 디 알킬 O. 화합물의 독성은 다소 낮습니다. 중독의 임상상은 간 및 담도 손상 증상이 지배적입니다. 예방 : 직업 위생 규칙 준수.
O. 예술적 소재로서. 뛰어난 주조 특성, 가단성, 절단기의 유연성 및 고상한 은백색 색상으로 인해 장식 및 응용 예술 분야에서 O.의 사용이 결정되었습니다. 고대 이집트에서는 O.를 다른 금속에 납땜하여 보석을 만들었습니다. 13세기 말부터. 서유럽 국가에서는 은색과 비슷하지만 윤곽이 더 부드럽고 깊고 둥근 조각 획 (비문, 장식품)으로 금으로 만든 그릇과 교회 도구가 나타났습니다. 16세기에 F. Briot(프랑스)와 K. Enderlein(독일)은 부조 이미지(문장, 신화, 장르 장면)가 포함된 O.의 의식용 그릇, 접시 및 컵을 주조하기 시작했습니다. A.Sh. 불 O를 소개했습니다. 상감가구를 완성할 때 러시아에서는 17세기에 유리 제품(거울틀, 식기류)이 널리 보급되었습니다. 18세기에 러시아 북부에서는 주석판과 에나멜로 마감한 구리 쟁반, 찻주전자, 스너프 상자 생산이 번성했습니다. 19세기 초. O. 선박은 faience 선박으로 대체되었고 O.를 예술적 재료로 사용하는 경우는 드물어졌습니다. 연고로 만든 현대 장식 오브제의 미적 장점은 후속 가공 없이 주조하여 오브제의 구조를 명확하게 식별하고 표면이 거울처럼 깨끗하다는 점입니다.
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정의
주석- 주기율표의 50번째 원소. 명칭 - 라틴어 "stannum"에서 유래한 Sn. 다섯 번째 기간에 위치한 IVA 그룹. 금속을 나타냅니다. 코어 차지는 50입니다.
주석은 널리 퍼진 금속 중 하나는 아니지만(지각의 함량은 0.04%) 광석에서 쉽게 녹기 때문에 고대부터 구리(청동)와의 합금 형태로 인간에게 알려졌습니다. 주석은 일반적으로 산소 화합물 SnO 2 - 주석석의 형태로 발견되며, 석탄과의 환원을 통해 얻어집니다.
자유 상태에서 주석은 은백색(그림 1)의 부드러운 금속입니다. 주석 막대를 구부릴 때 개별 결정이 서로 마찰하여 특유의 갈라지는 소리가 들립니다. 주석은 부드럽고 가단성이 있으며 주석 호일 또는 주석 호일이라는 얇은 시트로 쉽게 굴릴 수 있습니다.
쌀. 1. 주석. 모습.
주석의 원자 및 분자 질량
정의
물질의 상대 분자량(M r)는 주어진 분자의 질량이 탄소 원자 질량의 1/12보다 몇 배나 큰지를 나타내는 숫자입니다. 원소의 상대 원자 질량(A r)— 화학 원소의 평균 원자 질량이 탄소 원자 질량의 1/12보다 큰 횟수입니다.
자유 상태에서 주석은 단원자 Sn 분자의 형태로 존재하기 때문에 원자 질량과 분자 질량의 값이 일치합니다. 118.710과 같습니다.
주석의 동소체 및 동소체 변형
정사각형 시스템에서 결정화되는 일반적인 흰색 주석 외에도 입방 시스템에서 결정화되고 밀도가 낮은 주석-회색 주석의 또 다른 변형이 있습니다.
백색 주석은 14oC 이상의 온도에서 안정적입니다. 따라서 냉각되면 백색 주석이 회색으로 변합니다. 밀도의 상당한 변화로 인해 금속은 회색 분말로 부서집니다. 이 현상을 주석 전염병이라고합니다. 흰색 주석이 회색으로 가장 빠르게 변하는 것은 약 (-30oC)의 온도에서 발생합니다. 회색 주석 결정핵이 있으면 가속됩니다.
주석 동위원소
자연에서 주석은 10가지 안정 동위원소 형태로 발견될 수 있는 것으로 알려져 있습니다: 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%) 및 124 Sn(5.94%). 질량수는 각각 112, 114, 115, 116, 117, 118, 119, 120, 122 및 124입니다. 주석 동위원소 112 Sn의 원자핵에는 50개의 양성자와 62개의 중성자가 포함되어 있으며 나머지 동위원소는 중성자 수만 다릅니다.
질량수가 99에서 137까지인 인공적인 불안정한 주석 동위원소와 20개가 넘는 핵의 이성질체 상태가 있으며, 그중 가장 오래 지속되는 동위원소인 113 Sn은 반감기가 115.09일입니다.
주석 이온
주석 원자의 외부 에너지 준위에는 원자가인 4개의 전자가 있습니다.
1초 2 2초 2 2p 6 3초 2 3p 6 3d 10 4초 2 4p 6 4d 10 5초 2 5p 2 .
화학적 상호작용의 결과로 주석은 원자가 전자를 포기합니다. 기증자이며 양전하를 띤 이온으로 변합니다.
Sn 0 -2e → Sn 2+ ;
Sn 0 -4e → Sn 4+ .
주석의 분자와 원자
자유 상태에서 주석은 단원자 Sn 분자의 형태로 존재합니다. 주석 원자와 분자를 특징짓는 몇 가지 특성은 다음과 같습니다.
주석 합금
베어링을 만드는 데는 주석과 안티몬, 구리의 합금이 사용됩니다. 이 합금(주석 바빗)에는 마찰 방지 특성이 있습니다. 주석과 납의 합금(땜납)은 납땜에 널리 사용됩니다. 일부 구리 합금에는 주석이 합금 성분으로 포함되어 있습니다.
문제 해결의 예
실시예 1
주기율표의 각 화학 원소와 그에 의해 형성된 단순 물질과 복합 물질은 독특합니다. 그것들은 독특한 특성을 가지고 있으며, 많은 것들이 인간의 삶과 존재 전반에 명백히 중요한 기여를 하고 있습니다. 화학 원소 주석도 예외는 아닙니다.
이 금속에 대한 사람들의 친분은 고대로 거슬러 올라갑니다. 이 화학 원소는 인류 문명의 발전에 결정적인 역할을 했으며 오늘날까지도 주석의 특성이 널리 사용되고 있습니다.
역사속의 주석
사람들이 이전에 믿었던 것처럼 마법의 속성도 가지고 있던 이 금속에 대한 첫 번째 언급은 성경 본문에서 찾을 수 있습니다. 주석은 청동기 시대 생활 개선에 결정적인 역할을 했습니다. 당시 인간이 소유한 가장 내구성이 강한 금속 합금은 구리에 화학원소인 주석을 첨가해 얻을 수 있는 청동이었다. 수세기 동안 도구부터 보석까지 모든 것이 이 재료로 만들어졌습니다.
철의 특성이 발견된 후에도 주석 합금은 사용이 중단되지 않았으며 물론 동일한 규모로 사용되지는 않았지만 청동과 그 합금 중 상당수가 오늘날 산업계에서 활발히 사용되고 있습니다. , 기술 및 의학은 주석과 염소를 반응시켜 얻은 염화주석과 같은 이 금속의 염과 함께 이 액체가 섭씨 112도에서 끓고 물에 잘 녹으며 결정질 수화물을 형성하고 공기 중에서 연기를 냅니다.
주기율표의 원소 위치
화학 원소 주석(라틴어 이름 stannum - "stannum", 기호 Sn으로 표기)은 Dmitry Ivanovich Mendeleev에 의해 다섯 번째 기간에 50위에 정당하게 배치되었습니다. 그것은 가장 일반적인 동위원소인 120이라는 많은 동위원소를 가지고 있습니다. 이 금속은 또한 탄소, 규소, 게르마늄 및 플레로비움과 함께 여섯 번째 족의 주요 하위 족에 속합니다. 주석의 위치는 양쪽성 특성을 예측합니다. 주석은 산성 및 염기성 특성을 동일하게 특징으로 하며 이에 대해서는 아래에서 자세히 설명합니다.
주기율표에는 주석의 원자 질량이 118.69로 나와 있습니다. 전자 구성은 5s 2 5p 2이며, 복합 물질의 구성에서 금속이 산화 상태 +2 및 +4를 나타낼 수 있도록 하여 p-하위 수준에서만 2개의 전자 또는 s- 및 p-에서 4개의 전자를 완전히 방출합니다. 전체 외부 레벨을 비웁니다.
요소의 전자적 특성
원자 번호에 따르면, 주석 원자의 핵주위 공간에는 최대 50개의 전자가 포함되어 있으며, 전자는 5개 준위에 위치하며, 이는 차례로 여러 하위 준위로 나뉩니다. 처음 두 개에는 s- 및 p- 하위 수준만 있고 세 번째부터 시작하면 s-, p-, d-로 세 가지로 분할됩니다.
원자의 화학적 활동을 결정하는 것은 구조와 전자 채우기이기 때문에 외부를 고려해 봅시다. 여기되지 않은 상태에서 원소는 2의 원자가를 나타냅니다. 여기되면 하나의 전자가 s-하위 준위에서 p-하위 준위의 빈 위치로 전이됩니다(최대 3개의 짝을 이루지 않은 전자를 포함할 수 있음). 이 경우, 주석은 쌍을 이루는 전자가 없기 때문에 4의 원자가 및 산화 상태를 나타냅니다. 이는 화학적 상호 작용 중에 전자를 하위 수준에 유지하는 것이 없음을 의미합니다.
단순 물질 금속 및 그 특성
주석은 가용성 금속 그룹에 속하는 은색 금속입니다. 금속은 부드럽고 상대적으로 변형되기 쉽습니다. 주석과 같은 금속에는 여러 가지 특징이 내재되어 있습니다. 13.2 미만의 온도는 주석의 금속 변형이 분말로 전이되는 경계이며, 이는 은백색에서 회색으로 색상이 변하고 물질의 밀도가 감소하는 것을 동반합니다. 주석은 231.9도에서 녹고 2270도에서 끓습니다. 백색 주석의 결정 정방형 구조는 금속이 구부러지고 구부러진 부분에서 금속 결정이 서로 마찰하여 가열될 때 금속이 부서지는 특성을 설명합니다. 회색 주석은 입방체 시스템을 가지고 있습니다.
주석의 화학적 특성은 이중적입니다. 즉, 산성 및 염기성 반응에 모두 참여하여 양쪽성을 나타냅니다. 금속은 알칼리뿐만 아니라 황산, 질산과 같은 산과 반응하며 할로겐과 반응할 때 활성을 띤다.
주석 합금
순수한 금속 대신 특정 비율의 구성 성분을 가진 합금이 더 자주 사용되는 이유는 무엇입니까? 사실 합금에는 개별 금속에 없는 특성이 있거나 이러한 특성이 훨씬 더 강합니다(예: 전기 전도성, 내식성, 필요한 경우 금속의 물리적 및 화학적 특성의 부동태화 또는 활성화 등). 주석(사진은 순수 금속 샘플을 보여줌)은 많은 합금의 일부입니다. 보충제 또는 기본 물질로 사용할 수 있습니다.
오늘날 주석과 같은 금속 합금이 많이 알려져 있습니다(가격은 매우 다양함). 가장 인기 있고 사용되는 합금을 고려해 보겠습니다(특정 합금의 사용은 해당 섹션에서 논의됩니다). 일반적으로 주석 합금은 높은 연성, 낮은 경도 및 강도라는 특성을 가지고 있습니다.
합금의 몇 가지 예
가장 중요한 천연 화합물
주석은 다양한 천연 화합물(광석)을 형성합니다. 금속은 24가지 광물 화합물을 형성하며, 산업에서 가장 중요한 것은 산화주석(석석)과 주석(Cu 2 FeSnS 4)입니다. 주석은 지각에 흩어져 있으며 주석으로 형성된 화합물은 자성 기원입니다. 폴리주석산과 주석 규산염의 염도 산업에서 사용됩니다.
주석과 인체
화학 원소 주석은 인체의 정량적 함량에 대한 미량 원소입니다. 그것의 주요 축적은 뼈 조직에 있으며, 정상적인 금속 함량은 적시 발달과 근골격계의 일반적인 기능에 기여합니다. 뼈 외에도 주석은 위장관, 폐, 신장 및 심장에 집중되어 있습니다.
이 금속이 과도하게 축적되면 신체의 전반적인 중독으로 이어질 수 있으며 장기간 노출되면 바람직하지 않은 유전자 돌연변이가 발생할 수도 있다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 최근 환경의 생태학적 상태가 많이 요구되기 때문에 이 문제는 상당히 관련성이 높아졌습니다. 대도시와 산업 지역 인근 지역 주민들은 주석 중독에 걸릴 가능성이 높습니다. 대부분의 경우 중독은 염화 주석 및 기타 주석 염이 폐에 축적되어 발생합니다. 동시에 미량 원소가 부족하면 성장 지연, 청력 상실 및 탈모가 발생할 수 있습니다.
애플리케이션
금속은 많은 야금 공장과 회사에서 판매됩니다. 주석과 같은 순수 단순 물질로 만들어진 잉곳, 로드, 와이어, 실린더, 양극의 형태로 제공됩니다. 가격은 kg 당 900 ~ 3000 루블입니다.
순수한 형태의 주석은 거의 사용되지 않습니다. 주로 합금과 화합물(염)이 사용됩니다. 납땜용 주석은 구리합금, 강철, 구리 등으로 만들어진 고온 및 강한 기계적 하중에 노출되지 않는 부품을 체결하는 경우에 사용되지만, 알루미늄이나 그 합금으로 만들어진 부품에는 권장되지 않습니다. 주석 합금의 특성과 특성은 해당 섹션에 설명되어 있습니다.
땜납은 미세 회로를 납땜하는 데 사용됩니다. 이 상황에서는 주석과 같은 금속을 기반으로 한 합금도 이상적입니다. 사진은 주석-납 합금을 사용하는 과정을 보여줍니다. 상당히 섬세한 작업을 수행하는 데 사용할 수 있습니다.
주석은 부식에 대한 저항성이 높기 때문에 식품용 주석 캔인 주석 도금 철(양철판) 제조에 사용됩니다. 의학, 특히 치과에서는 주석을 치아를 채우는 데 사용합니다. 주택 파이프라인은 주석으로 덮여 있으며 베어링은 주석 합금으로 만들어집니다. 전기 공학에 대한 이 물질의 기여도 매우 중요합니다.
플루오로붕산염, 황산염, 염화물과 같은 주석염의 수용액이 전해질로 사용됩니다. 산화주석은 도자기용 유약이다. 다양한 주석 유도체를 플라스틱 및 합성 소재에 도입함으로써 인화성과 유해한 연기 방출을 줄이는 것이 가능할 것으로 보입니다.
TIN(lat. Stannum), Sn, 원자 번호 50, 원자 질량 118.710의 화학 원소. "stannum"과 "tin"이라는 단어의 유래에 대해서는 다양한 추측이 있습니다. 때때로 Saxon의 "sta"(강하고 단단한)에서 파생된 라틴어 "stannum"은 원래 은과 납의 합금을 의미했습니다. "Tin"은 여러 슬라브어에서 선두에 붙여진 이름이었습니다. 아마도 러시아 이름은 "ol", "tin"(맥주, 매쉬, 꿀)이라는 단어와 관련이 있습니다. 주석 용기를 사용하여 저장했습니다. 영문학에서는 주석이라는 단어를 주석으로 명명하는 데 사용됩니다. 주석 Sn의 화학 기호는 "stannum"입니다.
천연 주석은 질량수 112(0.96%의 혼합물), 114(0.66%), 115(0.35%), 116(14.30%), 117(7.61%), 118( 24.03%), 119(8.58%), 120(32.85%), 122(4.72%) 및 약한 방사성 주석-124(5.94%) 1개. 124Sn은 β-방출체이며 반감기가 매우 길고 T1/2 = 1016-1017년에 이릅니다. 주석은 D.I. 원소 주기율표의 IVA족에서 다섯 번째 주기에 위치합니다. 외부 전자층의 구성은 5s25p2입니다. 화합물에서 주석은 +2 및 +4의 산화 상태(각각 II 및 IV 원자가)를 나타냅니다.
중성 주석 원자의 금속 반경은 0.158 nm, Sn2+ 이온의 반경은 0.118 nm, Sn4+ 이온은 0.069 nm(배위수 6)입니다. 중성 주석 원자의 순차적 이온화 에너지는 7.344eV, 14.632, 30.502, 40.73 및 721.3eV입니다. 폴링 척도에 따르면 주석의 전기음성도는 1.96입니다. 즉, 주석은 금속과 비금속의 일반적인 경계에 있습니다.
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