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外觀
銀白色金屬
概況
名稱·符號·序數 錫(tin)·Sn·50
元素類別 貧金屬
·週期· 14·5·p
標準原子質量 118.710
電子排布

[] 4d10 5s2 5p2
2, 8, 18, 18, 4

錫的電子層(2, 8, 18, 18, 4)
歷史
物理性質
物態 固態
密度 (接近室溫
(白錫) 7.365 g·cm−3
密度 (接近室溫)
(灰錫) 5.769 g·cm−3
熔點時液體密度 6.99 g·cm−3
熔點 505.08 K,231.93 °C,449.47 °F
沸點 2875 K,2602 °C,4716 °F
熔化熱 (白錫) 7.03 kJ·mol−1
汽化熱 (白錫) 296.1 kJ·mol−1
比熱容 (白錫) 27.112 J·mol−1·K−1

蒸汽壓

壓/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
溫/K 1497 1657 1855 2107 2438 2893
原子性質
氧化態 4, 3[1], 2, 1[2], -4 (兩性)
電負性 1.96(鮑林標度)
電離能

第一:708.6 kJ·mol−1
第二:1411.8 kJ·mol−1

第三:2943.0 kJ·mol−1
原子半徑 140 pm
共價半徑 139±4 pm
范德華半徑 217 pm
雜項
晶體結構

四方晶系


白錫

鑽石結構


灰錫
磁序 (灰錫) 抗磁性[3], (白錫) 順磁性
電阻率 (0 °C)115 n Ω·m
熱導率 66.8 W·m−1·K−1
膨脹係數 (25 °C)22.0 µm·m−1·K−1
聲速(細棒) (室溫)(rolled)
2730 m·s−1
楊氏模量 50 GPa
剪切模量 18 GPa
體積模量 58 GPa
泊松比 0.36
莫氏硬度 1.5
布氏硬度 ~350 MPa
CAS號 7440-31-5
最穩定同位素

主條目:錫的同位素

同位素 豐度 半衰期 方式 能量MeV 產物
112Sn 0.97% 穩定,帶62個中子
114Sn 0.66% 穩定,帶64個中子
115Sn 0.34% 穩定,帶65個中子
116Sn 14.54% 穩定,帶66個中子
117Sn 7.68% 穩定,帶67個中子
118Sn 24.22% 穩定,帶68個中子
119Sn 8.59% 穩定,帶69個中子
120Sn 32.58% 穩定,帶70個中子
122Sn 4.63% 穩定,帶72個中子
124Sn 5.79% >1×1017 ββ 2.2870 124Te
126Sn 微量 2.3×105 y β 0.380 126Sb


是一種化學元素,其化學符號Sn拉丁語Stannum的縮寫),它的原子序數是50。它是一種主族金屬。純的錫有銀灰色的金屬光澤,它擁有良好的伸展性能,它在空氣中不易氧化,它的多種合金有防腐蝕的性能,因此它常被用來作為其它金屬的防腐層。錫的主要來源是它的一種氧化物礦物錫石SnO2),盛產於中國雲南馬來西亞等地。

主要特徵[編輯]

物理特性[編輯]

馬來西亞皇家雪蘭莪製作的錫制燭台

錫是一種可延展的柔軟的、高度結晶狀的、銀白色的金屬。當錫棒被彎曲時,由於錫晶體是孿晶,可以聽到被稱之為錫鳴英語tin cry的爆裂聲。[4]

錫在溫度達到3.72K以下時成為超導體[5]事實上,錫是最早被研究的超導體之一;超導體的特性之一——邁斯納效應,就是首先在錫晶體上發現的。[6]

同素異形體[編輯]

左為銀色的β錫,右為灰色的α錫

在常壓下錫有2種同素異形體。以灰錫(α錫)、白錫(β錫)的狀態存在。

在室溫,是常見的銀白色金屬白錫,富有延展性。白錫的晶體為正方晶結構,呈金屬性,比重較灰錫重。當溫度回降到低於13.2℃的話,它會慢慢變為粉末狀的灰錫。灰錫的晶體結構是與鑽石類似的鑽石型晶體結構。灰錫因為其原子間形成了共價結構,電子不能自由轉移,故而沒有任何金屬性。灰錫是暗灰色的粉狀物,除了一些非常特殊的半導體應用,日常用途不大。[4]在低溫下,白錫轉化為灰錫的現象常被稱為錫疫英語tin pest[7]這個現象最早由亞里士多德發現,稱錫疫。未染上「錫疫」的錫板,一旦和有「錫疫」的錫板接觸,也會產生灰色的斑點而逐漸「腐爛」掉。這個過程的轉化溫度會因存在雜質如而降低。在錫中加入可以防止錫的退化,促進錫的延展性。[8]這是由於鉍原子中有多餘的電子可供錫的結晶點陣,使錫的晶體結構穩定化,完全消除「錫疫」的可能性。

錫的另外兩種合金γ錫和σ錫,只存在於溫度高於161℃ (322℉)和壓力大於幾個GPa的環境中。[9]

化學性質[編輯]

錫受的鏽蝕的影響很小,但易被腐蝕。錫可以被高度的拋光,可被用作其他金屬的保護層。[4]錫表面會形成保護性的氧化層以防止進一步的氧化。白錫和其他的錫合金表面都會形成這樣的保護層。[10]當氧氣存在於溶液中時,錫會變成一種催化劑,加速化學腐蝕。[4]

在空氣中加熱後錫可以形成SnO2。SnO2是弱酸性的。與熔融鹼反應可以形成錫酸鹽。它可以直接與和氧反應。在稀酸中它可以取代離子。

由於處於金屬非金屬中間,同時具有兩者的特性。

  • 作為金屬,可氧化至二價錫和較穩定的四價錫。
  • 二價錫是兩性的,在中,可形成 [SnX3]離子,X為F,Cl等;在中,會形成[Sn(OH)3]電漿。
  • 四價錫也是兩性的,在中,可形成 [SnX6]2−離子,X為F,Cl等;在中,會形成[Sn(OH)6]2−, [SnO3]2−電漿。四價錫的溶液都傾向水解出SnO2沉澱
  • 作為非金屬,錫可和等非金屬組成份子。尤其是碳,可和錫形成很多有機錫化合物,應用很廣泛。

同位素[編輯]

錫有9種穩定的同位素,是所有化學元素中穩定同位素最多的。此外錫還有28種不穩定同位素。

用途[編輯]

錫很容易與結合,它被用來做的防腐層。塗錫的鋼罐多用於貯藏食物,這是金屬錫的一個重要市場。

其它用途:

  • 錫是一些重要合金青銅巴氏合金等的組成部分。
  • 氯化錫印刷術中被用作一種還原劑媒染劑。錫鹽噴在玻璃上可以形成導電的塗層。這些塗層被用在防凍玻璃上。
  • 一般玻璃板是將熔化的玻璃澆在錫板上形成的,來保證玻璃面的平坦和光滑。
  • 焊錫含錫用來連接管道和電子線路。此外錫還被用在多種化學反應中。
  • 錫紙常用來包裝食物藥品
  • 可鍍於銅和鐵上,鍍錫的鐵片稱為馬口鐵;可防鏽、製作罐頭容器。
  • 有機錫可作為有機化合物的合成的試劑,作用包括還原官能團,造成自由基,令有機份子重新排列。
  • 自1992年美國立法禁止包裝產品中使用鉛,汞,鎘及六價鉻這四種有毒金屬,全球著名的紅酒封套的生產商拉蒙丁(RAMONDIN)公司便開始使用錫作為以上有毒金屬的替代品.此種封套製造技術是當今紅酒封套製造業中的領先技術,而此種封套具有無法複製的特性,因此成為保護紅酒品牌及產品的一種有效途徑.

在3.75K的低溫下錫成為超導體。錫是最早被發現的超導體之一。超導體的一個特別特徵,邁斯納效應,就是首先在錫晶體中被發現的。由於-錫-混合物Nb3Sn擁有較高的臨界溫度(18K)和較高的臨界磁場(25特斯拉),它被用來製作商業的超導電磁鐵的線。一個數千克重的超導電磁鐵的可以產生與一個數噸重的普通電磁鐵產生的磁場相比。

全球年錫用量約為30萬噸。其中約35%用為焊錫,30%用為錫片和30%用為化學原料或顏色。由於越來越多的錫-鉛-焊錫被無鉛焊錫(含95%以上的錫)代替,全球的錫用量每年約提高10%。2003年在倫敦金屬交易所上錫的價格為每噸五千美元左右,2004年的價格達每噸八千到一萬美元。2003年世界上最大的十個用錫國家(或地區)為中國、美國、日本、德國、其它歐洲國家總計、韓國、其它亞洲國家總計、台灣、英國和法國。

歷史[編輯]

錫是人類知道最早的金屬之一,從古代開始它就是青銅的組成部分之一。早在前36世紀錫就被用來硬化。約從前7世紀開始人類認識到純的錫。於戰國時期就開始用來作武器的主要材料,無錫即以此命名,相傳無錫於戰國時期盛產錫,到了錫礦用盡之時,人們就以無錫來命名這地方,作為天下沒有戰爭的寄望。

今天有時錫這個詞也被用在沒有錫或只有很少錫的物體上。比如許多「錫紙」實際上是鋁紙。大多數錫罐實際上是鋼罐,上面塗有一層非常薄的錫。

來源[編輯]

全世界約有35個國家產錫。幾乎每個都有重要的產錫國。

地殼中錫比較稀少,只佔地殼的百萬分之二,今天的錫礦的產量可能還可以維持約35年。80%錫礦是沉積岩,至少半數的錫來自東南亞(從中國中部經泰國到印度尼西亞)。

最重要得錫礦石是錫石(SnO2),錫礦中的原礦石含約5%的錫,首先礦石要被粉碎和用不同的方式提純,提純後的錫礦含75%的錫。在精鍊爐中錫從其礦物中由還原出來。精鍊爐中的溫度稍低於錫的熔點,而雜質的熔點比這個溫度要高,因此還原的錫可以從爐中流出。少量錫來自它的硫化物如圓柱錫石硫銀錫礦硫錫鉛礦等。越來越多的錫是回收來的。

中國的錫產量佔全世界的30%,其它東南亞國家一起佔30%,南美洲佔20%。

生理作用[編輯]

金屬錫即使大量也是無毒的,簡單的錫化合物和錫鹽的毒性相當低,但一些有機錫化物的毒性非常高。尤其錫的三烴基化合物被用作船的漆來殺死付在船身上的微生物和貝殼。這些化合物可以摧毀含硫的蛋白質

參考[編輯]

  1. ^ SnH3. NIST Chemistry WebBook. National Institure of Standards and Technology. [23 January 2013]. 
  2. ^ HSn. NIST Chemistry WebBook. National Institute of Standards and Technology. [23 January 2013]. 
  3. ^ Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, in Lide, D. R. (編), CRC Handbook of Chemistry and Physics 86th, Boca Raton (FL): CRC Press, 2005, ISBN 0-8493-0486-5 
  4. ^ 4.0 4.1 4.2 4.3 Holleman, Arnold F.; Wiberg, Egon; Wiberg, Nils;. Tin. Lehrbuch der Anorganischen Chemie 91–100. Walter de Gruyter. 1985: 793–800. ISBN 3-11-007511-3 (German). 
  5. ^ Dehaas, W; Deboer, J; Vandenberg, G. The electrical resistance of cadmium, thallium and tin at low temperatures. Physica. 1935, 2: 453. Bibcode:1935Phy.....2..453D. doi:10.1016/S0031-8914(35)90114-8. 
  6. ^ Meissner, W.; R. Ochsenfeld. Ein neuer effekt bei eintritt der supraleitfähigkeit. Naturwissenschaften. 1933, 21 (44): 787–788. Bibcode:1933NW.....21..787M. doi:10.1007/BF01504252. 
  7. ^ 這種轉化被稱為錫病錫疫。錫疫在18世紀的北歐是一個特別的問題,因為管風琴的琴管是由錫合金製成,在漫長的冷冬有時會發生錫疫。有些來源說,在拿破崙的1812年的俄國戰役時,由於溫度太低以至於士兵們的軍服上的錫紐扣都被凍壞,是他們戰敗原因之一。Le Coureur, Penny; Burreson, Jay. Napoleon's Buttons: 17 Molecules that Changed History. New York: Penguin Group USA. 2004. 
  8. ^ Schwartz, Mel. Tin and Alloys, Properties. Encyclopedia of Materials, Parts and Finishes 2nd. CRC Press. 2002. ISBN 1-56676-661-3. 
  9. ^ Molodets, A. M.; Nabatov, S. S. Thermodynamic Potentials, Diagram of State, and Phase Transitions of Tin on Shock Compression. High Temperature. 2000, 38 (5): 715–721. doi:10.1007/BF02755923. 
  10. ^ Craig, Bruce D; Anderson, David S; International, A.S.M. Handbook of corrosion data. 1995-01: 126. ISBN 978-0-87170-518-1.