English
Tiếng Việt
Thiếc là gì? Ứng dụng của Tin trong sản xuất
Thiếc là gì?
Thiếc (tin) là một nguyên tố hóa học; nó có ký hiệu Sn (từ tiếng Latinh stannum) và số nguyên tử 50. Là một kim loại màu xám kim loại, thiếc đủ mềm để cắt chỉ với một lực nhỏ, và một thanh thiếc có thể được uốn cong bằng tay mà không tốn nhiều sức. Khi uốn cong, thanh thiếc tạo ra âm thanh, được gọi là “tiếng kêu thiếc”, do sự kết tinh trong các tinh thể thiếc.
Thiếc là một kim loại sau chuyển tiếp thuộc nhóm 14 của bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Thiếc chủ yếu được lấy từ khoáng vật cassiterit, chứa oxit stannic (SnO2).
Thiếc có tính chất hóa học tương tự như cả hai nguyên tố lân cận trong nhóm 14, germani và chì, và có hai trạng thái oxy hóa chính là +2 và +4 bền hơn một chút.
Thiếc là nguyên tố phổ biến thứ 49 trên Trái Đất, chiếm 0,00022% lớp vỏ Trái Đất và với 10 đồng vị ổn định, thiếc có số lượng đồng vị ổn định lớn nhất trong bảng tuần hoàn do số proton kỳ diệu của nó.
| Thủy ngân, 80Hg | |
| Tính chất chung | |
| Tên, ký hiệu | Thiếc, Sn |
| Phiên âm | /ˈtɪn/ |
| Hình dạng | Có hai màu tùy cấu trúc phân tử là bạc (dạng beta) hay xám (dạng alpha) |
| Thiếc trong bảng tuần hoàn | |
| Ge ↑ Sn ↓ Pb Indi ← Thiếc → Antimon |
|
| Số nguyên tử (Z) | 50 |
| Khối lượng nguyên tử chuẩn (Ar) | 118,71 |
| Phân loại | kim loại |
| Nhóm, phân lớp | 14, p |
| Chu kỳ | Chu kỳ 5 |
| Cấu hình electron | [Kr] 4d10 5s2 5p2 |
| mỗi lớp | 2, 8, 18, 18, 4 |
| Tính chất vật lý | |
| Màu sắc | Bạc hoặc xám |
| Trạng thái vật chất | Chất rắn |
| Nhiệt độ nóng chảy | 505,08 K (231,93 °C, 449,47 °F) |
| Nhiệt độ sôi | 2875 K (2602 °C, 4716 °F) |
| Mật độ | (Bạc) 7,365 g·cm−3 (ở 0 °C, 101.325 kPa) (Xám) 5,769 g·cm−3 |
| Mật độ ở thể lỏng | ở nhiệt độ nóng chảy: 6,99 g·cm−3 |
| Nhiệt lượng nóng chảy | (Bạc) 7,03 kJ·mol−1 |
| Nhiệt bay hơi | (Bạc) 296,1 kJ·mol−1 |
| Nhiệt dung | (Bạc) 27,112 J·mol−1·K−1 |
| Áp suất hơi | ||||||
| P (Pa) | 1 | 10 | 100 | 1k | 10k | 100k |
| at T (K) | 1497 | 1657 | 1855 | 2107 | 2438 | 2893 |
| Tính chất nguyên tử | |
| Trạng thái oxy hóa | 4, 2, -4 Lưỡng tính |
| Độ âm điện | 1,96 (Thang Pauling) |
| Năng lượng ion hóa | Thứ nhất: 708,6 kJ·mol−1 Thứ hai: 1411,8 kJ·mol−1 Thứ ba: 2943,0 kJ·mol−1 |
| Bán kính cộng hoá trị | thực nghiệm: 140 pm |
| Bán kính liên kết cộng hóa trị | 139±4 pm |
| Bán kính van der Waals | 217 pm |
| Thông tin khác | |
| Cấu trúc tinh thể | Bốn phương (Bạc), Lập phương dạng kim cương (Xám) |
| Độ giãn nở nhiệt | 22,0 µm·m−1·K−1 (ở 25 °C) |
| Độ dẫn nhiệt | 66,8 W·m−1·K−1 |
| Điện trở suất | ở 0 °C: 115 n Ω·m |
| Tính chất từ | Nghịch từ (Xám)[1], Thuận từ (Bạc) |
| Mô đun Young | 50 GPa |
| Mô đun cắt | 18 GPa |
| Mô đun khối | 58 GPa |
| Hệ số Poisson | 0,36 |
| Độ cứng theo thang Mohs | 1,5 |
| Độ cứng theo thang Brinell | 51 MPa |
| Số đăng ký CAS | 7440-31-5 |
| Đồng vị của Thiếc | |||||
| Iso | NA | Chu kỳ bán rã | DM | DE (MeV) | DP |
| 112Sn | 0.97% | 112Sn ổn định với 62 neutron[2] | |||
| 114Sn | 0.66% | 114Sn ổn định với 64 neutron[3] | |||
| 115Sn | 0.34% | 115Sn ổn định với 65 neutron[3] | |||
| 116Sn | 14.54% | 116Sn ổn định với 66 neutron[3] | |||
| 117Sn | 7.68% | 117Sn ổn định với 67 neutron[3] | |||
| 118Sn | 24.22% | 118Sn ổn định với 68 neutron[3] | |||
| 119Sn | 8.59% | 119Sn ổn định với 69 neutron[3] | |||
| 120Sn | 32.58% | 120Sn ổn định với 70 neutron[3] | |||
| 122Sn | 4.63% | 122Sn ổn định với 72 neutron[4] | |||
| 124Sn | 5.79% | 124Sn ổn định với 74 neutron[5] | |||
| 126Sn | Vết | 2,3×105 năm | β– | 380 | 126Sb |
Đặc điểm của thiếc
Tính chất vật lý của thiếc
Thiếc là một kim loại mềm, dễ uốn, dễ kéo sợi và có độ kết tinh cao, màu trắng bạc. Khi uốn cong một thanh thiếc, có thể nghe thấy tiếng kêu lách tách, được gọi là “tiếng kêu thiếc”, phát ra từ sự kết tinh của các tinh thể. Đặc điểm này cũng được chia sẻ bởi indi, cadmium, kẽm và thủy ngân ở trạng thái rắn. Thiếc nóng chảy ở khoảng 232 °C (450 °F), thấp nhất trong nhóm 14, và sôi ở 2.602 °C (4.716 °F), thấp thứ hai (trước chì) trong nhóm của nó. Điểm nóng chảy tiếp tục giảm xuống còn 177,3 °C (351,1 °F) đối với các hạt có kích thước 11 nm.
Tính chất hóa học của thiếc
Thiếc chống ăn mòn từ nước, nhưng có thể bị ăn mòn bởi axit và kiềm. Thiếc có thể được đánh bóng kỹ lưỡng và được sử dụng làm lớp phủ bảo vệ cho các kim loại khác. Khi đun nóng trong không khí, nó bị oxy hóa chậm tạo thành một lớp thụ động mỏng của thiếc oxit (SnO2), ngăn cản quá trình oxy hóa tiếp theo.
Đồng vị của thiếc
Thiếc có mười đồng vị bền, là số lượng lớn nhất trong bất kỳ nguyên tố nào. Số khối của chúng là 112, 114, 115, 116, 117, 118, 119, 120, 122 và 124. Thiếc-120 chiếm gần một phần ba tổng số thiếc. Thiếc-118 và thiếc-116 cũng phổ biến.
Thiếc-115 là đồng vị bền ít phổ biến nhất. Các đồng vị có số khối chẵn không có spin hạt nhân, trong khi các đồng vị có số khối lẻ có spin hạt nhân bằng 1/2. Người ta cho rằng thiếc có nhiều đồng vị bền như vậy là do số hiệu nguyên tử của thiếc là 50, một “con số kỳ diệu” trong vật lý hạt nhân.
Từ nguyên
Từ thiếc được dùng chung trong các ngôn ngữ German và có thể bắt nguồn từ tiếng *tin-om nguyên thủy German được phục dựng lại; các từ cùng nguồn gốc bao gồm tiếng Đức Zinn, tiếng Thụy Điển tenn và tiếng Hà Lan tin.
Tên tiếng Latinh của thiếc, stannum, ban đầu có nghĩa là hợp kim của bạc và chì, và có nghĩa là ‘thiếc’ vào thế kỷ thứ tư—từ tiếng Latinh trước đó để chỉ nó là plumbum candidum, hay “chì trắng”.
Stannum dường như bắt nguồn từ một từ stāgnum trước đó (có nghĩa là cùng một chất). Nguồn gốc của các thuật ngữ Rôman và Celtic để chỉ thiếc, chẳng hạn như tiếng Pháp étain, tiếng Tây Ban Nha estaño, tiếng Ý stagno và tiếng Ireland stán.
Hợp chất và hóa học
Trong phần lớn các hợp chất của nó, thiếc có trạng thái oxy hóa II hoặc IV. Các hợp chất chứa thiếc hóa trị hai được gọi là stannous trong khi các hợp chất chứa thiếc hóa trị bốn được gọi là stannic.
Hợp chất vô cơ
Các hợp chất halogenua được biết đến với cả hai trạng thái oxy hóa. Đối với Sn(IV), cả bốn halogenua đều được biết đến rộng rãi: SnF4, SnCl4, SnBr4 và SnI4. Ba thành viên nặng hơn là các hợp chất phân tử dễ bay hơi, trong khi tetraflorua là polyme. Cả bốn halogenua đều được biết đến rộng rãi đối với Sn(II): SnF2, SnCl2, SnBr2 và SnI2. Tất cả đều là chất rắn polyme. Trong số tám hợp chất này, chỉ có iodua có màu Hydrua
Stannan (SnH4), với thiếc ở trạng thái oxy hóa +4, không bền. Tuy nhiên, các hydrua organotin lại được biết đến rộng rãi, ví dụ như tributyltin hydrua (Sn(C4H9)3H).[14] Các hợp chất này giải phóng các gốc tributyl thiếc tạm thời, là những ví dụ hiếm gặp về các hợp chất của thiếc(III).
Các hợp chất organotin
Các hợp chất organotin, đôi khi được gọi là stannan, là các hợp chất hóa học có liên kết thiếc-cacbon. Trong số các hợp chất thiếc, các dẫn xuất hữu cơ được sử dụng rộng rãi nhất về mặt thương mại. Một số hợp chất organotin có độc tính cao và đã được sử dụng làm chất diệt khuẩn. Hợp chất organotin đầu tiên được báo cáo là diethyltin diiodide ((C2H5)2SnI2), được Edward Frankland báo cáo vào năm 1849.
Sự xuất hiện của thiếc
Thiếc được tạo ra thông qua quá trình s dài trong các ngôi sao có khối lượng từ thấp đến trung bình (với khối lượng từ 0,6 đến 10 lần khối lượng Mặt Trời), và cuối cùng là do sự phân rã beta của các đồng vị nặng của indi.
Thiếc là nguyên tố phổ biến thứ 49 trong lớp vỏ Trái Đất, chiếm 2 ppm so với 75 ppm của kẽm, 50 ppm của đồng và 14 ppm của chì.
Ứng dụng của thiếc trong sản xuất
Sắc tố
Sắc tố Vàng 38, thiếc(IV) sunfua, được gọi là vàng khảm. Sắc tố Tím Cassius, Sắc tố Đỏ 109, một stannat kép ngậm nước của vàng, chủ yếu được sử dụng trong hội họa, chỉ giới hạn ở các mô hình thu nhỏ do giá thành cao. Nó được sử dụng rộng rãi để làm thủy tinh nam việt quất. Nó cũng được sử dụng trong nghệ thuật để nhuộm sứ.
Hàn
Thiếc từ lâu đã được sử dụng trong các hợp kim với chì làm chất hàn, với tỷ lệ từ 5 đến 70% w/w. Thiếc với chì tạo thành hỗn hợp eutectic với tỷ lệ trọng lượng là 61,9% thiếc và 38,1% chì (tỷ lệ nguyên tử: 73,9% thiếc và 26,1% chì), với nhiệt độ nóng chảy là 183 °C (361,4 °F). Các chất hàn này chủ yếu được sử dụng để nối ống hoặc mạch điện.
Mạ thiếc
Thiếc dễ dàng liên kết với sắt và được sử dụng để phủ chì, kẽm và thép để chống ăn mòn. Hộp thép mạ thiếc (hoặc tráng thiếc) được sử dụng rộng rãi để bảo quản thực phẩm, và chiếm một phần lớn thị trường thiếc kim loại.
Hợp kim chuyên dụng
Thiếc kết hợp với các nguyên tố khác tạo thành nhiều loại hợp kim hữu ích. Thiếc thường được hợp kim với đồng. Thiếc chứa 85–99% thiếc, và kim loại chịu lực cũng có tỷ lệ thiếc cao.
Đồng thau chủ yếu là đồng với 12% thiếc, trong khi việc bổ sung phốt pho tạo ra đồng phốt pho. Kim loại chuông cũng là hợp kim đồng-thiếc, chứa 22% thiếc.
Sản xuất hóa chất
Hợp chất thiếc được sử dụng trong sản xuất nhiều loại hóa chất khác nhau, bao gồm chất ổn định cho PVC và chất xúc tác cho các quy trình công nghiệp.
Quang điện tử
Các oxit của indi và thiếc dẫn điện và trong suốt, được sử dụng để tạo ra các màng dẫn điện trong suốt với các ứng dụng trong các thiết bị quang điện tử như màn hình tinh thể lỏng.
Hợp chất organotin
Hợp chất organotin là hợp chất kim loại hữu cơ chứa liên kết thiếc-cacbon. Sản lượng công nghiệp các hợp chất organotin trên toàn thế giới có thể vượt quá 50.000 tấn.
Chất ổn định PVC
Ứng dụng thương mại chính của các hợp chất organotin là ổn định nhựa PVC.
Chất diệt khuẩn
Một số hợp chất organotin tương đối độc hại, có cả ưu điểm và nhược điểm. Chúng được sử dụng với đặc tính diệt khuẩn như thuốc diệt nấm, thuốc trừ sâu, thuốc diệt tảo, chất bảo quản gỗ và chất chống bám bẩn.
Pin Li-ion
Thiếc tạo thành một số pha liên kim loại với kim loại lithium, khiến nó trở thành một vật liệu tiềm năng cho các ứng dụng pin.
