Калај — хемиски елемент со симболот Sn (од ) и атомски број 50. Тоа е слаб метал во групата 14 од периодниот систем на елементи. Се добива главно од минералниот каситерит, кој содржи станичен оксид, SnO 2. Калајот покажува хемиска сличност со двата соседи во групата 14, германиум и олово, и има две главни оксидациски состојби, +2 и малку постабилна +4. Ова е 49-тиот најбитен елемент и има, со 10 стабилни изотопи, најголем број на стабилни изотопи во периодниот систем, благодарение на магичниот број на протони. Има две главни алтотропи: на собна температура, стабилната алотропа е β-калај, сребрено-бел, податлив метал, но при ниски температури се претвора во помалку густа сива α-калај, која има дијамантски кубни структура. Металните калај не лесно се оксидираат во воздухот.
Првиот калај легура употребен во голем обем беше бронзата, изработена од 1/8 калај и 7/8 бакар, уште од 3000 п.н.е. По 600 п.н.е., бил произведен чист метален калај. Калап, кој е легура од 85-90% калај, а остатокот најчесто се состои од бакар, сунѓер и олово, се користел за мебел од бронзеното доба до 20 век. Во модерните времиња, калајот се користи во многу легури, особено калај / олово мека војници, кои се обично 60% или повеќе калај и во производството на транспарентен, електрично спроведување филмови на Индиум калај оксид во оптоелектронски апликации. Друга голема апликација за калај е отпорна на корозија од калај од челик. Поради ниската токсичност на неоргански калај, лимот од челик за челик се користи за пакување на храна како лимени конзерви. Сепак, некои органонски соединенија можат да бидат речиси токсични како цијанид.
Особености
Физички својства лево|мини| Капки од зацврстен стопен калај Калајот е мек, податлив , нодуларен и високо кристален сребрено-бел метал. Кога свиткана лента е свиткана, може да се слушне звук кој се нарекува "калај крик" од збратимувањето на кристалите. Калапот се топи на ниски температури од околу , што е најниско во групата 14. Точката на топење е дополнително намалена на за 11 nm честички.Ink with tin nanoparticles could print future circuit boards , Physorg, April 12, 2011; β-калај (метална форма или бел калај, BCT структура), која е стабилна на и над собна температура, е податлив. Спротивно на тоа, α-калај (неметалична форма или сив калај), која е стабилна под , е кршливо. α-калајот има дијамантски кубни кристални структури, слични на дијамант , силициум или германиум . α-калајот воопшто нема метални својства, бидејќи неговите атоми формираат ковалентна структура во која електроните не можат слободно да се движат. Тоа е досадно-сив прашкаст материјал кој не е вообичаен, освен неколку специјализирани полупроводнички апликации. Овие два allotropes , α-калај и β-калај, се повеќе познати како сива калај и бел калај, соодветно. Постојат уште две алотропи, γ и σ на температури над и притисоци над неколку GPa . Во ладни услови, β-оловото има тенденција да се трансформира спонтано во α-лим, феномен познат како " калај штетник ".This conversion is known as tin disease or tin pest. Tin pest was a particular problem in northern Europe in the 18th century as organ pipes made of tin alloy would sometimes be affected during long cold winters. There are anecdotal claims that tin pest destroyed some of Captain Scott's stores in the ill-fated expedition (see tin pest). Some unverifiable sources also say that, during Napoleon's Russian campaign of 1812, the temperatures became so cold that the tin buttons on the soldiers' uniforms disintegrated over time, contributing to the defeat of the Grande Armée., a persistent legend that probably has no background in real events. http://rsc.li/CW_140501 Иако температурата на α-β трансформација е номинално , нечистотии (на пр Ал, Zn, итн) ја намалуваат температурата на транзиција многу под , а при додавање на антимон или бизмут , трансформацијата воопшто не може да се случи, зголемувајќи ја издржливоста на калај.
Комерцијалните оценки од калај (99,8%) се спротивставуваат на трансформацијата поради инхибициониот ефект на малите количини на бизмут, антимон, олово и сребро присутни како нечистотии. Леживите елементи како што се бакар, антимон, бизмут, кадмиум и сребро ја зголемуваат својата цврстина. Калаевата тенденција прилично лесно да формираат тврди, кршливи интерметални фази, кои често се непожелни. Таа не формира широко опсег на цврсти раствори во други метали воопшто, а неколку елементи имаат значително цврста растворливост во калај. Меѓутоа, едноставни евтектички системи се јавуваат со бизмут, галиум, олово, талиум и цинк.
Калајот станува суперпроводник под 3.72 K и бил еден од првите суперспроводници кои треба да се изучуваат; ефектот на Меиснер , една од карактеристичните одлики на суперспроводниците, за првпат беше откриен во кристалите на супер-спроводливост на калај.
Хемиски својства Калајот е отпорен на корозија од вода, но може да биде нападнат од киселини и алкали. Калајот може да биде високо полиран и се користи како заштитно покритие за други метали. Заштитен оксид ( пасивација ) слој спречува натамошна оксидација, исто што се формира на калај и други калај легури. Калајот делува како катализатор кога кислородот е во раствор и помага да се забрза хемиската реакција.
Изотопи Калајот има десет стабилни изотопи , со атомски маси од 112, од 114 до 120, 122 и 124, најголем број од било кој елемент. Од нив најбројни се 120 Sn (речиси една третина од сите калај), 118 Sn и 116 Sn, додека најмалку изобилство е 115 Sn. Изотопите со бројни маси немаат јадрен спин , додека оние со непарен имаат спин од +1/2. Калајот, со неговите три заеднички изотопи 116 Sn, 118 Sn и 120 Sn, е меѓу најлесните елементи за откривање и анализа со NMR спектроскопија , а неговите хемиски поместувања се референцирани против . Само H, F, P, Tl и Xe имаат повисока приемчивост за NMR анализа за примероци кои содржат изотопи при нивното природно изобилство.
Овој голем број на стабилни изотопи се смета дека се директен резултат на атомскиот број 50, " магичен број " во јадрената физика. Калајот, исто така, се јавува во 29 нестабилни изотопи, опфаќајќи ги сите останати атомски маси од 99 до 137. Покрај 126 Sn , со полуживот од 230.000 години, сите радиоизотопи имаат полуживот помал од една година. Радиоактивниот 100 Sn , откриен во 1994 година и 132Sn, се еден од ретките нуклиди со " двојно магично " јадро: и покрај тоа што се нестабилни, со многу изолирани протон-неутронски односи, тие претставуваат крајни точки над кои стабилноста брзо се намалува. Уште 30 метастабилни изомери се одликуваат за изотопи помеѓу 111 и 131, најстабилните се 121Sn со полуживот од 43,9 години.
Релативните разлики во изобилството на стабилните изотопи на калапот може да се објаснат со нивните различни форми на формирање во ѕвездената нуклеосинтеза . 116 Sn преку 120 Sn вклучени се формираат во процесите (бавно неутронско снимање) кај повеќето ѕвезди и оттаму тие се најчестите изотопи, додека 122 Sn и 124 Sn се формираат само во r- процесите (брзиот неутронски снимање) кај супернова и се поретки. (Изотопите 117 Sn до 120 Sn исто така добиваат придонеси од r -процесот. ) Конечно, најретки изотопи богати со протони, 112 Sn, 114 Sn и 115 Sn, не можат да се направат во значајни количини во s -или r- процесите и се сметаат за меѓу p-јадра , чие потекло сè уште не е добро разбрано . Некои шпекулирани механизми за нивно формирање вклучуваат зафаќање на протони, како и фотодизаинтеграција , иако 115 Sn, исто така, може да биде делумно произведена во s -процесот, и директно, и како ќерка на долготрајни 115 In .
Потекло на поимот Зборот " калај" се споделува меѓу германските јазици и може да се проследи наназад до реконструираниот прагермански * калај-ом ; сродни вклучуваат германски , Шведски и холандски . Не се наоѓа во други гранки на Индоевропски , освен со позајмување од германски (на пример, ирски од англиски).
Латинското име првично значело легура на сребро и олово, а во 4 век станал "калај" Encyclopædia Britannica, 11-то издание, 1911, sv " калај ", повикувајќи се на Х. Kopp - претходниот латински збор за тоа бил , или "бело олово". очигледно доаѓа од претходниот (што значи иста супстанца), потеклото на романтизмот и келтските термини за калај . Потеклото на / е непознат; можно е да постои пред- индоевропските јазици.Американски наследство речник
напротив, шпекулира дека е изведен од (предците на) Корниски , и е доказ дека Корнвол во првите векови AD бил главен извор на калај.
Историја мини|Свеченo гигантска бронза Дирк од типот на Plougrescant-Ommerschans, Plougrescant, Франција, 1500-1300 г. Извлекувањето и употребата на калајот може да датира од почетокот на бронзеното време околу 3000 п.н.е., кога беше забележано дека бакарни предмети формирани од полиметални руди со различни метални содржини имале различни физички својства. Најраните бронзени предмети имале содржина на калај или арсен од помалку од 2% и поради тоа се верува дека се резултат на ненамерно легирање поради содржината на трага во бакарната руда. Додавањето на вториот метал на бакар ја зголемува својата цврстина, ја намалува температурата на топење и го подобрува процесот на леење со производство на повеќе флуидно топе што се лади на погуста, помалку сунѓерест метал. Ова беше важна иновација која овозможи многу посложени форми фрлени во затворени калапи од бронзеното време. Арсенските бронзени предмети најпрвин се појавуваат на Блискиот Исток, каде што најчесто се наоѓаат арсениците во врска со бакарната руда, но ризиците по здравјето брзо се реализираа и потрагата по извори на многу помалку опасни калајни руди почна во почетокот на бронзеното време. Тоа создаде побарувачката за ретки калај метал и формира трговска мрежа која ги поврзува далечни извори на калај до пазарите на бронзеното време култури.
Каситерит (SnO 2 ), форма на калај оксид од калај, најверојатно бил оригиналниот извор на калај во антички времиња. Други форми на калај руди се помалку изобилуваат сулфиди, како што се стенит, кои бараат повеќе вклучени топење процес. Каситеритот често се акумулира во алувијални канали како депозити на пластери, бидејќи е потешко, потежок и хемиски отпорен од придружниот гранит . Каситерит е обично црно или генерално темно во боја, и овие депозити лесно може да се видат во речните брегови .
Соединенија и хемија Во поголемиот дел од неговите соединенија, калајот има оксидациона состојба II или IV.
Неоргански соединенија Халидните соединенија се познати и за состојбата на оксидација. За Sn (IV), сите четири халиди се добро познати: SnF 4 , SnCl 4 , SnBr 4 и SnI 4 . Трите потешки членови се испарливи молекуларни соединенија, додека тетрафлуоридот е полимерен. Сите четири халиди се познати и за Sn (II): SnF 2 , SnCl 2 , SnBr 2 и SnI 2 . Сите се полимерни цврсти материи. Од овие осум соединенија, обоени се само јодидите.
Калај (II) хлоридот (исто така познат како застарен хлорид) е најважниот калај-халид во комерцијална смисла. Илустрирајќи ги патиштата кон таквите соединенија, хлорот реагира со метални метали за да даде SnCl 4 додека реакцијата на хлороводородна киселина и калај произведува SnCl 2 и водороден гас. Алтернативно, SnCl 4 и Sn се комбинираат со каламус хлорид со процес наречен компропорцијација :
SnCl 4 + Sn → 2 SnCl 2
Калајот може да формира многу оксиди, сулфиди и други деривати на халкогенид. Диоксидот SnO 2 (каситерит) се формира кога калај се загрева во присуство на воздух . SnO 2 е амфотерен , што значи дека се раствора и во кисели и во основни раствори.Неорганска и теоретска хемија , Ф. Шервуд Тејлор, Хајнеман, 6-ти издание (1942) Станати со структура [Sn (OH) 6 ] 2- , како K 2 [Sn (OH) 6 ], исто така се познати, иако слободната станична киселина H 2 [Sn (OH) 6 ] е непозната.
Сулфиди од калај постојат и во двете оксидациски состојби на +2 и 4: калај (II) сулфид и калај (IV) сулфид ( мозаично злато ). алт=|мини|Бол-и-стик модели на структурата на цврст калај хлорид (SnCl 2 ).
Хидриди