Калај — разлика између измена

С Википедије, слободне енциклопедије
Садржај обрисан Садржај додат
+
.
Ред 9: Ред 9:
| скуп = [[постпрелазни метал]]
| скуп = [[постпрелазни метал]]
| група = [[14. група хемијских елемената|IVA]]
| група = [[14. група хемијских елемената|IVA]]
| периода = [[5. периода хемијских елемената|5]]
| периода = [[5. периода хемијских елемената|5]]
| густина = 7310 [[килограм по кубном метру|kg/m<sup>3</sup>]]
| густина = 7310 [[килограм по кубном метру|kg/m<sup>3</sup>]]
| тврдоћа = 1,5
| тврдоћа = 1,5
| боја = сребрнобела
| боја = сребрнобела<ref name="binder" />
| слика = Sn,50.jpg
| слика = Sn-Alpha-Beta.jpg
| опис_слике =
| опис_слике = {{nowrap|лево: бели, бета, β}}; {{nowrap|десно: сиви, алфа, α}}
| атомска_маса = 118,710 [[јединица атомске масе|u]]
| атомска_маса = 118,710 [[јединица атомске масе|u]]
| атомски_радијус = 145 (145) [[пикометар|pm]]
| атомски_радијус = 145 (145) [[пикометар|pm]]
Ред 24: Ред 24:
| особине_оксида = амфотерни
| особине_оксида = амфотерни
| кристална_структура = тетрагонална
| кристална_структура = тетрагонална
| crystal structure comment = бели (β)
| crystal structure comment = бели (β) <!--
| crystal structure 2 = дијамантска тесерална
| crystal structure 2 = дијамантска тесерална
| crystal structure 2 comment = сиви (α)
| crystal structure 2 comment = сиви (α)-->
| агрегатно_стање = чврсто
| агрегатно_стање = чврсто
| температура_топљења = 505,08 -{[[Келвин|K]]}-<br />(231,93 -{[[степен целзијуса|°C]]}-)
| температура_топљења = 505,08 -{[[Келвин|K]]}-<br />(231,93 -{[[степен целзијуса|°C]]}-)
| температура_кључања = 2875 -{K}-<br />(2602 -{°C}-)
| температура_кључања = 2875 -{K}-<br />(2602 -{°C}-)<ref name="zhang" />
| молска_запремина = 16,29×10<sup>-3</sup> -{m}-³/[[мол (јединица)|mol]]
| молска_запремина = 16,29×10<sup>-3</sup> -{m}-³/[[мол (јединица)|mol]]<ref name="crc" />
| топлота_испаравања = 295,8 [[килоџул по молу|kJ/mol]]
| топлота_испаравања = 295,8 [[килоџул по молу|kJ/mol]]
| топлота_топљења = 7,029 -{kJ/mol}-
| топлота_топљења = 7,029 -{kJ/mol}-
Ред 36: Ред 36:
| брзина_звука = 2500 -{m/s}- (293,15 -{K}-)
| брзина_звука = 2500 -{m/s}- (293,15 -{K}-)
| електронегативност = 1,96 ([[Полингова скала|Паулинг]])<br />1,72 ([[Алредова скала|Алред]])
| електронегативност = 1,96 ([[Полингова скала|Паулинг]])<br />1,72 ([[Алредова скала|Алред]])
| специфична_топлота = 228 [[џул кроз килограм-келвин|J/(kg*K)]]
| специфична_топлота = 228 [[џул кроз килограм-келвин|J/(kg*K)]]<ref name="ludwig" />
| специфична_проводљивост = 9,17×10<sup>6</sup> [[Сименс (јединица)|S]]/m
| специфична_проводљивост = 9,17×10<sup>6</sup> [[Сименс (јединица)|S]]/m
| топлотна_проводљивост = 66,6 [[ват кроз метар-келвин|W/(m*K)]]
| топлотна_проводљивост = 66,6 [[ват кроз метар-келвин|W/(m*K)]]
Ред 44: Ред 44:
| IV_енергија_јонизације = 3930,3 -{kJ/mol}-
| IV_енергија_јонизације = 3930,3 -{kJ/mol}-
| V_енергија_јонизације = 7.456 -{kJ/mol}-
| V_енергија_јонизације = 7.456 -{kJ/mol}-
| изотопи1 =
| изотопи1 =
{| {{prettytable}}
{| {{prettytable}}
! [[изотоп]]
! [[изотоп]]
Ред 52: Ред 52:
! [[енергија распада|e.r.]] [[Електронволт|MeV]]
! [[енергија распада|e.r.]] [[Електронволт|MeV]]
! [[производ распада|п. р.]]
! [[производ распада|п. р.]]
|-
|-
| <sup>112</sup>Sn
| <sup>112</sup>Sn
| 0,97%
| 0,97%
| colspan="4" | стабилни изотор са 62 [[неутрон]]а
| colspan="4" | стабилни изотор са 62 [[неутрон]]а
|-
|-
| <sup>114</sup>Sn
| <sup>114</sup>Sn
| 0,65%
| 0,65%
| colspan="4" | стабилни изотор са 64 [[неутрон]]а
| стабилни изотор са 64 [[неутрон]]а
|-
|-
| <sup>115</sup>Sn
| <sup>115</sup>Sn
| 0,34%
| 0,34%
| colspan="4" | стабилни изотор са 65 [[неутрон]]а
| стабилни изотор са 65 [[неутрон]]а
|-
|-
| <sup>116</sup>Sn
| <sup>116</sup>Sn
| 14,54%
| 14,54%
| colspan="4" | стабилни изотор са 66 [[неутрон]]а
| стабилни изотор са 66 [[неутрон]]а
|-
|-
| <sup>117</sup>Sn
| <sup>117</sup>Sn
| 7,68%
| 7,68%
| colspan="4" | стабилни изотор са 67 [[неутрон]]а
| стабилни изотор са 67 [[неутрон]]а
|-
|-
| <sup>118</sup>Sn
| <sup>118</sup>Sn
| 24,23%
| 24,23%
| colspan="4" | стабилни изотор са 68 [[неутрон]]а
| стабилни изотор са 68 [[неутрон]]а
|-
|-
| <sup>119</sup>Sn
| <sup>119</sup>Sn
| 8,59%
| 8,59%
| colspan="4" | стабилни изотор са 69 [[неутрон]]а
| стабилни изотор са 69 [[неутрон]]а
|-
|-
| <sup>120</sup>Sn
| <sup>120</sup>Sn
| '''32,59%'''
| '''32,59%'''
| colspan="4" | стабилни изотор са 70 [[неутрон]]а
| стабилни изотор са 70 [[неутрон]]а
|-
|-
| rowspan=2 | <sup>121-{m}-</sup>Sn
| rowspan=2 | <sup>121-{m}-</sup>Sn
| rowspan=2 | [[вештачки радиоактивни изотопи|(веш.)]]
| [[вештачки радиоактивни изотопи|(веш.)]]
| rowspan=2 | 55 [[година]]
| 55 [[година]]
| [[бета-распад|β]]<sup>-</sup>
| [[бета-распад|β]]<sup>-</sup>
| 0,394
| 0,394
| <sup>121</sup>[[антимон|Sb]]
| <sup>121</sup>[[антимон|Sb]]
|-
|-
| [[изомерни прелаз|i.t.]]
| [[изомерни прелаз|i.t.]]
| 0,006
| 0,006
| <sup>121</sup>Sn
| <sup>121</sup>Sn
|-
|-
| <sup>122</sup>Sn
| <sup>122</sup>Sn
| 4,63%%
| 4,63%%
| colspan="4" | стабилни изотор са 72 [[неутрон]]а
| стабилни изотор са 72 [[неутрон]]а
|-
|-
| <sup>124</sup>Sn
| <sup>124</sup>Sn
| 5,79%
| 5,79%
| colspan="4" | стабилни изотор са 74 [[неутрон]]а
| стабилни изотор са 74 [[неутрон]]а
|-
|-
| <sup>126</sup>Sn
| <sup>126</sup>Sn
| [[вештачки радиоактивни изотопи|(веш.)]]
| [[вештачки радиоактивни изотопи|(веш.)]]
Ред 112: Ред 112:
|}
|}
}}
}}
'''Калај''' или '''коситар''' (-{'''Sn'''}-, [[латински језик|латински]] -{''stannum''}-) - је метал [[14. група хемијских елемената|IVA]] групе са [[Атомски број|атомским бројем]]&nbsp;50. У природи се јавља у облику једињења. Калај је хемијски сличан са суседним елементима 14. групе, [[германијум]]ом и [[олово]]м, и има два могућа [[Оксидациони број|оксидативна стања]], +2 и нешто мало стабилније +4. Калај је 49. елемент по заступљености и има више од 10 стаблних изотопа, што је већи број стабилних изотопа од било којег другог елемента. Он је сребрнаст, савитљив метал, који не подлеже лако [[Оксидо-редукција|оксидацији]] на ваздуху. Он се углавном добија из [[минерал]]а [[каситерит]]а, у коме се јавља као [[калај диоксид]], -{SnO<sub>2</sub>}-.


Његова прва [[легура]], која је коришћена у великим размерама још од 3000 п.н.е., је [[бронза]]. Она је легура калаја и [[бакар|бакра]]. Након 600. п.н.е. је произвођен чист калај. Легура са 85–90% калаја и примесама бакра, [[антимон]]а и олова је коришћена за прављење стоног посуђа од [[Бронзано доба|Бронзаног доба]] до 20. века. У данашње време калај се користи у облику многобројних легура, најпознатија од којих је мекана легура калаја/олова за [[лем]]љење, која типично садржи више од 60% калаја. Још једна значајна примена калаја је у противкорозивном облагању [[челик]]а калајом. Услед његове ниске токсичности, калајисани метал се често користи за паковање хране у [[конзерва]]ма, које су углавном направљене од челика.
'''Калај''' ('''-{Sn}-''', [[латински језик|латински]]: ''-{stannum}-'', [[арапски језик|арапски]]: ''кали'') - је метал [[14. група хемијских елемената|-{IV}-A]] групе.<ref name="Housecroft3rd">{{Housecroft3rd}}</ref> У природи се јавља у облику једињења.

== Етимологија ==
Реч ''калај'' је у словенске језике, дошла преко [[Турски језик|турског]] -{''kalay''}-, док се у балтичким језицима користи назив -{''alavas''}-, у [[руски језик|руском]] -{Олово}- (''олово''), док је његов назив у романским језицима углавном изведен из латинског -{''stannum''}- односно -{''stagnum''}-. У [[грчки језик|грчком језику]] назива се -{Κασσιτερος (''Kassiteros'')}-, назив који се користи још од [[Хомер]]овог доба, у значењу ''metal из земље Каси (или -{Kasseterides}-)''. Из овог назива изведено је и име ''коситар'', како се и данас назива у хрватском језику. [[Арапски језик|Арапски назив]] قصدير (''касдир'') је заправо позајмица из грчког назива.<ref name="etimol" />

== Историја ==
[[Датотека:TinOreUSGOV.jpg|мини|лево|Rуда калаја]]
[[Метал (хемија)|Метал]] калај је познат најраније из периода 3500 п.н.е. на шта указују предмети од бронзе нађени у јужном [[Кавказ (планина)|Кавказу]], а потичу из Куро-аракске културе. У планинском масиву [[Таурус]] у данашњој јужној [[Турска|Турској]] постоје докази да се тамо копала руда калаја, а откривени су и антички рудник Кестел и место [[Кестел]] где се руда прерађивала, оба датирана око 3000 п.н.е. Међутим, остаје неистражено да ли се ради о највећем извору трговине и потрошње калаја у античком добу.

Проналаском начина израде [[легура|легуре]] [[бронза|бронзе]], чији су састојци калај и [[бакар]], значај калаја је изузетно порастао ([[бронзано доба]]). Од 2. миленијума п.н.е. калај се копао у рудницима у великим количинама широм Мале Азије, а највише дуж пута који је касније постао познат као ''Пут свиле''. Од око 1800 п.н.е. ([[династија Шанг]]) калај је познат и у [[Историја Кине|древној Кини]]. Међутим, калај је вероватно био познат и раније, а докази о његовом кориштењу су пронађени у многим налазиштима у Азији, у [[Јунан]]у и на [[Малајско полуострво|Малајском полуострву]]. И у једној египатској гробници из 18. династије (око 1500 п.н.е.) пронађени су предмети од калаја.

Римски писац [[Плиније Старији]] дао је калају назив -{''plumbum album''}- (бело [[олово]]); док је метал олово био -{''plumbum nigrum''}- (црно олово). Велика потражња за калајем, који је у [[алхемија|алхемији]] био повезан за [[Јупитер (митологија)|Јупитером]],<ref name="barke" /> била је један од узрока римске окупације Британије. У југозападном подручју [[Корнвол]]а пронађене су, за то време, велика налазишта руде калаја. У латинском језику, калај се звао -{''stannum''}-, те се из њега данас изводи његов хемијски симбол -{'''Sn'''}-.

Након дугог времена, након што је [[гвожђе]] заменило бронзу ([[гвоздено доба]]), тек од средине [[19. век]]а калај је због индустријске производње белог лима поново добио на значају.

== Добијање и распрострањеност ==
[[Датотека:Fotothek df n-11 0000078.jpg|thumb|лево|Копање руде калаја у Алтенбергу 1976.]]
[[Датотека:Cassiterite.jpg|thumb|лево|Октаедарска структура кристала [[каситерит]]а из Сечуана, Кина]]
Примарна налазишта калаја обухватају налазишта унутар греисена, хидротермалних жила и ретких скарнова и ВХМС налазишта. Пошто је индустријски најважнији минерал калаја [[каситерит]] (познат и као калајни камен, -{SnO<sub>2</sub>}-) један врло стабилан и тежак [[минерали|минерал]], већи део производње калаја долази из секундарних песковитих налазишта. У неким примарним налазиштима могуће је пронаћи и сулфидни минерал [[станит]] (-{Cu<sub>2</sub>FeSnS<sub>4</sub>}-) који такође има одређени значај у производњи калаја. У примарним налазиштима калаја заједно с њим могу се појавити и [[арсен]], [[волфрам]], [[бизмут]], [[сребро]], [[цинк]], [[бакар]] и [[литијум]].

За добијање металног калаја, руда се најпре иситни, те се обогаћује различитим поступцима (просејавањем, електричним и магнетским издвајањем). Након хемијске редукције [[угљеник]]ом, калај се загрева незнатно изнад тачке топљења, тако да се може одвојити од нечистоћа, без могућности да се и нечистоће отопе заједно с њим. Данас се већи део калаја добија рециклирањем или путем [[електролиза|електролизе]].<ref name="usgs" />

У континенталној Земљиној кори, калај је заступљен у количини од око 2,3 -{ppm}-.<ref name="1995wedepohl" />

Тренутне резерве калаја у свету се процењују на 5,6 милиона тона, а годишња производња у 2011. години износила је 263.000 тона.<ref name="usgs 2012" /> Преко 80% калаја се тренутно добија из секундарних налазишта, из песковитих наслага у рекама и обалним подручјима, нарочито су богата подручја од централне Кине, преко [[Тајланд]]а јужно до [[Индонезија|Индонезије]]. Највећа налазишта калаја на Земљи пронађена су 1876. године у долини реке Кинта у [[Малезија|Малезији]]. Тамо се и данас годишње ископа око 2 милиона тона руде.<ref name="clausthal" /> Руда у наслагама из тог налазишта има удео калаја од око 5%. Након неколико фаза обраде и концентрирања до нивоа од 75%, следи процес топљења.

У [[Немачка|Немачкој]] руда калаја има у подручју [[Рудне горе]], где се руда копала од 13. века до 1990. године. Одређена истраживања показала су да се у месту [[Гајер]] налазе руде калаја у количинама око 160 хиљада тона, што се по неким изворима сматра највећим, до данас неискориштеним, рудним налазиштем калаја у свету.<ref name="seidler" /> Иако је удео калаја у тој руди релативно мали (0,27% у налазишту [[Богушов-Горце]], а 0,37% у налазишту Гајер), а са друге стране постоје техничке потешкоће за издвајање метала из такве руде, ипак се сматра да уколико дође до експлоатације, она ће бити економски исплатива. Осим калаја, на тим налазиштима се процењује се да би се као споредни производи могло добити и доста [[цинк]]а, бакра и [[индијум]]а.<ref name="seidler" />

Међу најважније државе произвођаче калаја спадају Кина, након које следе [[Индонезија]] и [[Перу]]. У Европи највећи произвођач је [[Португал]], где се он јавља као споредни производ ВХМС налазишта у руднику -{''Neves Corvo''}-.

Америчка комисија за вредносне папире (СЕЦ) је калај прогласила ''конфликтним минералом''<ref name="secgov2" />, тако да се његова употреба и трговина од стране компанија и фирми мора пријављивати овој институцији. Разлог за то је што се он често увози из [[Демократска Република Конго|Демократске Републике Конго]], где на истоку те земље побуњеници користе новац зарађен продајом руде калаја за наоружавање и финансирање [[рат|оружаних сукоба]].<ref name="secgov" />


== Алотропске модификације ==
== Алотропске модификације ==
Калај гради две алотропске модификације. То су:
Калај гради две алотропске модификације. При [[нормални услови|нормалним условима]] калај се јавља у модификацији β (бета) познатој под називом бели калај, која је постојана само изнад 13,2-{°C}-; има кристалну решетку тетрагоналног састава, густине 7,3 -{g/cm<sup>3</sup>}-.
* α-калај (кубна дијамантна решетка), (''сиви калај'') густине 5,75&nbsp;-{g/cm}-<sup>3</sup>, који је стабилан на температури испод 13,2&nbsp;°-{C}- и има размак трака -{E<sub>G</sub> = 0,1 eV}-
* β-калај (покидана октаедарска решетка, густине 7,31&nbsp;-{g/cm}-<sup>3</sup>, ''бели калај'') постојан до 162&nbsp;°-{C}-
* γ-калај (ромбоедарска решетка, густине 6,54 -{g/cm}-<sup>3</sup>) јавља се на температури изнад 162&nbsp;°-{C}- или при високом притиску.

[[Рекристализационо жарење|Рекристализација]] из β-калаја у α-калај при нижим температурама се назива и ''калајна куга'' или ''музејска болест'', јер се јавља на калајним предметима који се зими чувају у музејима. Брзина преласка у алфа модификацију повећава се снижењем температуре, као и непосредним додиром металног калаја са сивом модификацијом. Ломљењем, савијањем релативно меког калаја, на примјер код калајних шипки, долази до карактеристичног шкрипавог звука, такозваног ''калајног вриска''. Звук настаје трењем β-кристалита један о други. Међутим, звук се јавља само код чистог калаја, док већ [[легуре]] калаја са и најмањим примесама других елемената немају ову особину, на пример мање количине олова и антимона онемогућавају настанак овог звука. Бета калај има спљоштену тетраедарску структуру као просторну структуру ћелије, из којег се додатно граде два једињења.


Калај се пресвлачи слојем оксида, који га штити од спољашњих утицаја, па је он врло отпоран. Концентрисане [[киселине]] и [[база (хемија)|базе]] га ипак нападају дајући гас [[водоник]]. Ипак [[калај(-{IV}-) оксид]] је инертан попут [[титанијум(-{IV}-) оксид]]а. Неплеменити метали, попут [[цинк]]а, редукују калај, те се при том елементарни калај ослобађа у виду сунђерасте супстанце или се ''залепи'' на цинк.
На температури нижој од 13° С прелази у неметалну модификацију α (алфа) густине 5,85 -{g/cm<sup>3</sup>}-. - сиви калај који се већ лаганим додиром претвара у прах. Ово својство калаја назива се ''калајна куга'' или ''музејска болест'' јер се јавља на калајним предметима који се зими чувају у музејима. Брзина преласка у неметалну модификацију повећава се снижењем температуре као и непосредним додиром металног калаја са сивом модификацијом.


== Особине ==
== Особине ==
[[Датотека:Cynowy Danzig ubt.jpeg|мини|лево|Калајна чаша из Гдањска]]
[[Датотека:Cynowy Danzig ubt.jpeg|мини|лево|калајна чаша из Гдањска]]Калај је метал сребрнобеле боје, мале тврдоће. Чист калај (бели калај) је растегљив, врло кован.<ref name="ParkesNeorganskaHemija">{{ParkesNeorganskaHemija}}</ref> При собној температури калај је отпоран на дејство [[вода|воде]] и [[ваздух]]а, слабих киселина и база. Ваљањем се извлачи у танке листиће- станиол. Због доступности, ниске [[тачка топљења|температуре топљења]], лакоћe ливења, добрих механичких особина, а такође и због ниске цене, калајни предмети су били веома популарни. Предмети од калаја су највише коришћени између XIV и XVI века.
[[File:Tin-2.jpg|thumb|Kap očvrsnutog kalaja]]
При собној температури калај је отпоран на дејство [[вода|воде]] и [[ваздух]]а, слабих киселина и база.<ref name="ParkesNeorganskaHemija">{{ParkesNeorganskaHemija}}</ref> Ваљањем се извлачи у танке листиће - станиол. Због доступности, ниске [[температура топљења|температуре топљења]], лакоће ливења, добрих механичких особина, а такође и због ниске цене, калајни предмети су били веома популарни. Предмети од калаја су највише коришћени између -{XIV}- и -{XVI}- века.

=== Физичке особине ===
Калај је метал сребрнобеле боје, мале тврдоће. Чист калај (бели калај) је растегљив, врло кован.<ref name="Hol1985">{{cite book|publisher = Walter de Gruyter|date = 1985|edition = 91–100|pages = 793–800|isbn = 3-11-007511-3|title = Lehrbuch der Anorganischen Chemie|first1 = Arnold F.|last1 = Holleman| last2= Wiberg|first2=Egon|last3=Wiberg|first3=Nils|chapter = Tin| language = German}}</ref> Калај се топи на ниској температури од око 232 °-{C}-, што се даље редукује до 177,3 °-{C}- код 11--{nm}- честица.<ref>[http://www.physorg.com/news/2011-04-ink-tin-nanoparticles-future-circuit.html Ink with tin nanoparticles could print future circuit boards], Physorg, April 12, 2011; {{cite journal|doi=10.1088/0957-4484/22/22/225701|title=Synthesis and characterization of low temperature Sn nanoparticles for the fabrication of highly conductive ink|date=2011|last1=Jo|first1=Yun Hwan|last2=Jung|first2=Inyu|last3=Choi|first3=Chung Seok|last4=Kim|first4=Inyoung|last5=Lee|first5=Hyuck Mo|journal=Nanotechnology|volume=22|issue=22|page=225701|pmid=21454937|bibcode = 2011Nanot..22v5701J }}</ref>

β-калај (метални, бели калај), који је стабилан на и изнад собне температуре, је кован. За разлику од њега, α-калај (неметална форма, или сиви калај), који је стабилан испод 13,2 °-{C}-, је крт. α-калај има [[Дијамантско кубна структура|дијамантску кубну]] [[кристална структура|кристалну структуру]], сличну [[дијамант]]у, [[силицијум]]у или [[германијум]]у. α-Калај нема метална својства, зато што његови атоми формирају ковалентну структуру у којој електрони не могу да се слободно крећу. Он је тамно сиви прах који не налази широку примену, осим неколико специјализованих [[полупроводник|полупроводничких]] апликација.<ref name="Hol1985"/> Ова два [[Алотропска модификација|алотропа]], α-калај и β-калај, су познатија као ''сиви калај'' и ''бели калај'', респективно. Два додатна алотропа, γ и σ, постоје на температурама изнад 161 °-{C}- и притиску од неколико [[Паскал|-{GPa}-]].<ref>{{cite journal|first = A. M.|last = Molodets|author2=Nabatov, S. S. |title = Thermodynamic Potentials, Diagram of State, and Phase Transitions of Tin on Shock Compression|journal = High Temperature|volume = 38|issue = 5|date = 2000|pages = 715–721|doi = 10.1007/BF02755923}}</ref> На ниским температурам, β-калај има тендендију да спонтано прелази у α-калај.<ref>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. 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]].{{cite book|last = Le Coureur|first = Penny|author2=Burreson, Jay |title = Napoleon's Buttons: 17 Molecules that Changed History|place = New York|publisher = Penguin Group USA|date = 2004}}, a persistent legend that probably has no background in real events. {{cite book|last=Öhrström|first=Lars|title=The Last Alchemist in Paris|date=2013|publisher=Oxford University Press|location=Oxford|isbn=978-0-19-966109-1}} {{cite journal|last=Cotton|first=Simon|title=Book review: The last alchemist in Paris|journal=Chemistry World|date=2014}}http://rsc.li/CW_140501</ref> Мада је температура α-β трансформације номинално 13,2 °-{C}-, нечистоће (-{e.g. Al, Zn, etc.}-) снижавају температуру прелаза далеко испод 0 °-{C}- и, додатком -{Sb}- или -{Bi}-, до трансформације може и да не дође, чиме се повећава трајност калаја.<ref name="Schwartz">{{cite book|first = Mel|last = Schwartz |title = Encyclopedia of Materials, Parts and Finishes|edition = 2nd|chapter = Tin and Alloys, Properties|publisher = CRC Press|date = 2002|isbn= 1-56676-661-3}}</ref>

Калај индустријког квалитета са (99,8%) калаја не подлеже трансформацији због инхибиционог ефекта малих количина бизмута, антимона, олова и сребра присутних као нечистоће. Легирајући елементи као што су бакар, антимон, бизмут, кадмијум и сребро повећавају његову тврдоћу. Калај је склон лаком формирању тврде, крте интерметалне фазе, што је обично непожељно. Он генерално не формира широк опсег чврстих раствора у дуригм металима, и постоји мали број елемената који имају знатну чврсту растворљивост у калају. Једноставни [[Еутектик|еутектички]] системи, међутим, се јављају са [[бизмут]]ом, [[галијум]]ом, [[олово]]м, [[талијум]]ом и [[цинк]]ом.<ref name="Schwartz"/>

== Изотопи ==
Калај има укупно 10 природних стабилних [[изотоп]]а. Ти изотопи су: -{<sup>112</sup>Sn, <sup>114</sup>Sn, <sup>115</sup>Sn, <sup>116</sup>Sn, <sup>117</sup>Sn, <sup>118</sup>Sn, <sup>119</sup>Sn, <sup>120</sup>Sn, <sup>122</sup>Sn}- и -{<sup>124</sup>Sn}-. Изотоп -{<sup>120</sup>Sn}- има удео од 32,4% у природној изотопској смеши калаја и најчешћи је. Међу нестабилним изотопима изотоп -{<sup>126</sup>Sn}- има најдуже [[време полураспада]] од 230.000 година.<ref name="nubase" /> Сви остали изотопи имају време полураспада од највише 129 дана, мада постоји [[нуклеарни изомер]] -{<sup>121m</sup>Sn}- који има време полураспада од 44 године.<ref name="nubase" /> Као трејсер у [[нуклеарна медицина|нуклеарној медицини]] се најчешће користе изотопи -{<sup>113</sup>Sn}-, -{<sup>121</sup>Sn}-, -{<sup>123</sup>Sn}- и -{<sup>125</sup>Sn}-. Калај је једини елемент који има три стабилна изотопа са непарним масеним бројем и једини са 10 стабилних изотопа, највише међу свим познатим елементима.


== Примена ==
== Примена ==
Калај се користи за превлачење других [[метал]]а танким слојем, побољшавајући њихову отпорност на корозију. Овај процес се користи за заштиту [[челик|челичних]] судова који се користе у прехрамбеној индустрији као што су нпр. лименке које се праве од белог [[лим]]а који је у ствари калајисани гвоздени лим.
Калај се користи за превлачење других [[метал]]а танким слојем, побољшавајући њихову отпорност на корозију. Овај процес се користи за осигуравање [[челик|челичних]] судова који се користе у прехрамбеној индустрији као што су нпр. [[Лименка|лименке]] које се праве од белог [[лим]]а који је уствари калајисани гвоздени лим.<ref name="tinuse" />

Велике количине клаја употребљавају се за израду легура: [[бронза|бронзе]] (легура са [[бакар|бакром]]), метала за лемљење (легура са [[олово]]м), типографског метала (са [[антимон]]ом и [[олово]]м), британија метала (са антимоном и бакром), а користи се и за израду прибора за јело и за клизне лежајеве. Легура калаја и олова има ниску температуру топљења (нпр. при 60% калаја та температура износи 180&nbsp;°-{C}-) користи се у електротехничкој индустрији.

=== Лем ===
[[Датотека:Ex Lead freesolder.jpg|desno|thumb|Намотај безоловне лем жице]]
Калај се дуго времена користи за лемљења, у облику [[легура]] са [[олово]]м у којој калаја има од 5 до 70% (по тежини). Калај формира еутектичну смешу са оловом која садржи 63% калаја и 37% олова. Такви [[лем]]ови се првенствено користе за лемљење цеви или електричних склопова. Легура калаја и олова има ниску температуру топљења, нпр. при 60% калаја та температура износи око 180&nbsp;°-{C}-. Од како је од 1. јула 2006. године на снагу ступила директива ЕУ о збрињавању електронског и електричког отпада, кориштење олова у оваквим легурама је значајно смањено. Замена олова има доста препрека, укључујући вишу тачку топљења и стварање ''длачица'' од калаја што може изазвати проблеме. Калајна куга се такође може јавити у безоловним лемовима, што доводи до губитка споја између лемљених површина. Иако су пронађене бројне заменске легуре, али и даље остаје проблем интегритета споја.<ref name="health" />

=== Калајисање ===
Калај се врло добро спаја са гвожђем и користи се за превлачење олова, [[цинк]]а, [[челик]]а и других [[метал (хемија)|метала]] танким слојем побољшавајући њихову отпорност на корозију. Калајисани челични контејнери су се доста користили за чување хране у прехрамбеној индустрији, што представља велики део светске потражње за металним калајем. Лименке обложене калајем за чување [[храна|хране]] први пут су произведене у [[Лондон]]у 1812. године.<ref name="education" /> Говорници британског енглеског и данас такве посуде називају „калајним конзервама“ (-{''tin cans''}-).

Велике количине калаја употребљавају се за израду легура: [[бронза|бронзе]] (легура са [[бакар|бакром]]), типографског метала (са [[антимон]]ом и [[олово]]м), британија метала (са антимоном и бакром), а користи се и за израду прибора за јело и за клизне лежајеве.

== Производи ==
На температури нижој од 13°-{C}- метална модификација прелази полагано у неметалну сиву, прашкасту модификацију, а при -40°-{C}- нагло прелази у сиви прах. Због те појаве калајно посуђе постаје с временом неупотребљиво (тзв. калајна куга), зато ваља предмете чувати при температурама изнад 13,5°-{C}-.

Пошто је корозионо отпоран и неотрован и има врло велику електрична проводност и као чврста материја и као растоп, у знатној мери се користи за [[Галавотехника|електроплатинирање]] (тј. за стварање танке заштитне превлаке на многим ковинама, посебно [[Гвожђе|гвозденим]] [[лим]]овима (тј. [[челик]]у)) и у прехрамбеној индустрији за израдбу конзерви за храну и лименки за пиће (тзв. бели лим или амбалажна фолија). На месту оштећене превлаке гвожђе јако кородира, па је храна из тако оштећене лименке штетна по здравље. Ит тог разлога се све више примјењују [[Перклоретилен|ПЕТ]] амбалаже.

=== Легуре ===
Калај је изузетно кован, а растопљен лако раствара многе метале, стварајући легуре. Стога је састојак многих легура које служе као заштитне и украсне превлаке (нпр. украси за божићна дрвца), меки лимови и лако растопне легуре (легуре за лемљење), клизни лежајеви (бели метали), водоотпорне и протупожарне фолије, легуре за израдбу посуђа, различите [[Бронза|бронзе]] и других легура попут [[Британска ковина|британске ковине]], [[Вудова легура|Вудове легуре]].

* Легура калаја, [[Злато|злата]] и [[германијум]]а користи се за лемљење племенитих метала у [[Зуботехника|зуботехници]].
* Тзв. -{бели лим}- је назив за гвоздени лим пресвучен с калајом.


'''Станиол''' ({{jez-nem|Stanniol}} < {{jez-lat|stagnolo}} : листић калаја, према стагно: калај < {{јез-lat|stagnum}}: мешавина сребра и олова) је назив за танке сребрнасте лимове (фолије), тзв. '''станиол'''-фолије калаја, произведени ваљањем. Као такав се не користи због тзв. ''калајне куге'', већ се употребљава легура калаја и [[Олово|олова]] у лемљењу (позната је под називом „лем“). Користи се у електротехници при изради [[кондензатор]]а и за замотавање прехрамбених намирница (чоколаде, десертнога сира, бомбона и др.). У новије доба због олова се замјењује много јефтинијим алуминијским фолијама.
Велике количине калаја употребљавају се за израду легура: [[бронза|бронзе]] (легура са [[бакар|бакром]]), метала за лемљење (легура са [[олово]]м, или, у новије време, због тежње да се отровно олово избаци из употребе, са [[сребро]]м), типографског метала (са [[антимон]]ом и оловом), британија метала (са антимоном и бакром), а користи се и за израду прибора за јело и за клизне лежајеве. Легура калаја и олова има ниску температуру топљења (нпр. при 60% калаја та температура износи 180-{°C}-) користи се у електротехничкој индуструји.


== Једињења ==
== Једињења ==
[[Датотека:TinOreUSGOV.jpg|мини|лево|руда калаја]] Најважнија{{чињеница|date=06. 2014.}} руда је каситерит (SnO<sub>2</sub>) чијом се редукцијом добија елементарни калај. [[Халогени елементи]] се лако једине са калајем, тако са сувим хлором гради калај IV хлорид SnCl<sub>4</sub>, ковалентно једињење са тетраедарском структуром. Употребљава се као мочило при бојењу.
Најважнија руда је кастерит (-{SnO<sub>2</sub>}-) чијом се редукцијом добија елементарни калај. [[Халогени елементи]] се лако једине са калајем, тако са сувим хлором гради калај -{IV}- хлорид -{SnCl<sub>4</sub>}-, ковалентно једињење са тетраедасрском структуром. Употребљава се при бојењу.


Једињења калаја се јављају у оксидацијским стањима +-{II}- и -{IV}-. Једињења калаја(-{IV}-) су нешто стабилнија, а пошто је калај елемент 4. главне групе периодног система, стога ефект инертног електронског пара још увек није тако снажно изражен као код тежих елемената ове групе, на пример код олова. Једињења калаја(-{II}-) се због тога могу лакше превести у једињења калаја(-{IV}-). Многа једињења калаја су неорганске природе, али постоји и једна група калајно-органских спојева (звана ''калај-органили'')
== Извори ==

{{reflist}}
{{refbegin|2}}
=== Оксиди и хидроксиди ===
* [[Kalaj(II) oksid|Калај(-{II}-) оксид]] -{SnO}-
* [[Kalaj(II,IV) oksid|Калај(-{II,IV}-) оксид]] -{Sn<sub>2</sub>O<sub>3</sub>}-
* [[Kalaj(IV) oksid|Калај(-{IV}-) оксид]] -{SnO<sub>2</sub>}-
* [[Kalaj(II) hidroksid|Калај(-{II}-) хидроксид]] -{Sn(OH)<sub>2</sub>}-
* [[Kalaj(IV) hidroksid|Калај(-{IV}-) хидроксид]] -{Sn(OH)<sub>4</sub>, CAS: 12054-72-7}-

=== Халогениди ===
* [[Kalaj(II) fluorid|Калај(-{II}-) флуорид]] -{SnF<sub>2</sub>}-
* [[Kalaj(II) hlorid|Калај(-{II}-) хлорид]] -{SnCl<sub>2</sub>}-
* [[Kalaj(IV) hlorid|Калај(-{IV}-) хлорид]] -{SnCl<sub>4</sub>}-
* [[Kalaj(IV) bromid|Калај(-{IV}-) бромид]] -{SnBr<sub>4</sub>, CAS: 7789-67-5}-
* [[Kalaj(II) jodid|Калај(-{II}-) јодид]] -{SnI<sub>2</sub>, CAS: 10294-70-9}-
* [[Kalaj(IV) jodid|Калај(-{IV}-) јодид]] -{SnI<sub>4</sub>, CAS: 7790-47-8}-

=== Соли ===
* [[Kalaj(II) sulfat|Калај(-{II}-) сулфат]] -{SnSO<sub>4</sub>}-
* [[Kalaj(IV) sulfat|Калај(-{IV}-) сулфат]] -{Sn(SO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>, CAS: 19307-28-9}-
* [[Kalaj(II) nitrat|Калај(-{II}-) нитрат]] -{Sn(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>}-
* [[Kalaj(IV) nitrat|Калај(-{IV}-) нитрат]] -{Sn(NO<sub>3</sub>)<sub>4</sub>}-
* [[Kalaj(II) oksalat|Калај(-{II}-) оксалат]] -{Sn(COO)<sub>2</sub>}-
* [[Kalaj(II) pirofosfat|Калај(-{II}-) пирофосфат]] -{Sn<sub>2</sub>P<sub>2</sub>O<sub>7</sub>, CAS: 15578-26-4}-

=== Халкогениди ===
* [[Kalaj(II) sulfid|Калај(-{II}-) сулфид]] -{SnS}-
* [[Kalaj(IV) sulfid|Калај(-{IV}-) сулфид]] -{SnS<sub>2</sub>}-
* [[Kalaj(II) selenid|Калај(-{II}-) селенид]] -{SnSe, CAS: 1315-06-0}-

=== Органска једињења ===
* [[Дибутил калај лаурат]] (ДБТДЛ) -{C<sub>32</sub>H<sub>64</sub>O<sub>4</sub>Sn, CAS: 77-58-7}-
* [[Дибутил калај оксид]] (ДБТО) -{(H<sub>9</sub>C<sub>4</sub>)<sub>2</sub>SnO, CAS: 818-08-6}-
* [[Дибутил калај диацетат]] -{C<sub>12</sub>H<sub>24</sub>O<sub>4</sub>Sn, CAS: 1067-33-0}-
* [[Дифенил калај дихлорид]] -{C<sub>12</sub>H<sub>10</sub>Cl<sub>2</sub>Sn, CAS: 1135-99-5}-
* [[Трибутил калај хидрид]] -{C<sub>12</sub>H<sub>28</sub>Sn}-
* [[Трибутил калај хлорид]] (ТБТЦЛ) -{(C<sub>4</sub>H<sub>9</sub>)<sub>2</sub>SnCl<sub>2</sub>}-
* [[Трибутил калај флуорид]] (ТБТФ) -{C<sub>12</sub>H<sub>27</sub>FSn, CAS: 1983-10-4}-
* [[Трибутил калај сулфид]] (ТБТС) -{C<sub>24</sub>H<sub>54</sub>SSn<sub>2</sub>, CAS: 4808-30-4}-
* [[Трибутил калај оксид]] (ТБТО) -{C<sub>24</sub>H<sub>54</sub>OSn<sub>2</sub>}-
* [[Трифенил калај хидрид]] -{C<sub>18</sub>H<sub>16</sub>Sn, CAS: 892-20-6}-
* [[Трифенил калај хидроксид]] -{C<sub>18</sub>H<sub>16</sub>OSn, CAS: 76-87-9}-
* [[Трифенил калај хлорид]] -{C<sub>18</sub>H<sub>15</sub>ClSn, CAS: 639-58-7}-
* [[Тетраметил калај]] -{C<sub>4</sub>H<sub>12</sub>Sn}-
* [[Тетраетил калај]] -{C<sub>8</sub>H<sub>20</sub>Sn}-
* [[Тетрабутил калај]] -{C<sub>16</sub>H<sub>36</sub>Sn}-
* [[Тетрафенил калај]] -{(H<sub>5</sub>C<sub>6</sub>)<sub>4</sub>Sn, CAS: 595-90-4}-
* [[Цинк хидрокси станат]] -{ZnSnO<sub>3</sub> 3H<sub>2</sub>O, CAS: 12027-96-2}-
{{refend}}

== Референце ==
{{reflist|2|refs=
<ref name="binder"> Harry H. Binder: ''Lexikon der chemischen Elemente'', S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.</ref>
<ref name="ludwig"> Ludwig Bergmann, Clemens Schaefer, Rainer Kassing: ''Lehrbuch der Experimentalphysik, Band 6: Festkörper''. 2. izd., Walter de Gruyter, Berlin 2005, ISBN 978-3-11-017485-4, str. 361.</ref>
<ref name="crc"> David R. Lide (ur.): ''CRC Handbook of Chemistry and Physics'', 90. izd. (internet verzija: 2010), CRC Press/Taylor and Francis, Boca Raton, FL, ''Properties of the Elements and Inorganic Compounds'', str. 4-142 – 4-147.</ref>
<ref name="zhang">Yiming Zhang, Julian R. G. Evans, Shoufeng Yang: ''Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks''. u: ''Journal of Chemical & Engineering Data''. 56, 2011, str. 328–337, {{doi|10.1021/je1011086}}</ref>
<ref name="etimol">[http://www.vanderkrogt.net/elements/element.php?sym=Sn History & Etymology] na vanderkrogt.net</ref>
<ref name="barke">Jörg Barke: ''Die Sprache der Chymie: am Beispiel von vier Drucken aus der Zeit zwischen 1574-1761'', Tübingen 1991 (= Germanistische Linguistik, 111), str.&nbsp;385.</ref>
<ref name="nubase">G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot, A.H. Wapstra: [http://www.nndc.bnl.gov/amdc/nubase/Nubase2003.pdf ''The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties''] (PDF), u: ''Nuclear Physics''. Bd. A 729, 2003, str.&nbsp;3–128.</ref>
<ref name="1995wedepohl">K.H. Wedepohl: ''The composition of the continental crust''. Geochimica et Cosmoschimica Acta (1995) 59/7, str.&nbsp;1217–1232; {{doi|10.1016/0016-7037(95)00038-2}}.</ref>
<ref name="usgs">[http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/tin/mcs-2010-tin.pdf USGS – Tin Statistics and Information – Mineral Commodity Summaries 2010] (PDF)</ref>
<ref name="usgs 2012">[http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/tin/mcs-2011-tin.pdf USGS – Tin Statistics and Information – Mineral Commodity Summaries 2012] (PDF)</ref>
<ref name="secgov">[http://www.sec.gov/news/press/2012/2012-163.htm SEC Adopts Rule fpr Disclosing Use of Conflict Minerals], {{Simboli jezika|en|engleski}} pristupljeno 3.9.2012.</ref>
<ref name="secgov2">SEC, [http://www.sec.gov/rules/final/2012/34-67716.pdf Conflict Minerals - Final Rule (2012), str. 34f.] (PDF, {{Simboli jezika|en|engleski}})</ref>
<ref name="seidler">Christoph Seidler: [http://www.spiegel.de/wissenschaft/natur/sachsen-riesiges-zinnvorkommen-begeistert-geologen-a-852784.html Probebohrung bestätigt riesiges Zinnvorkommen]. Spiegel Online, 30.&nbsp;august 2012. {{Simboli jezika|de|njemački}}</ref>
<ref name="clausthal">[http://www.min.tu-clausthal.de/www/lager/mrbl/pdf/tin//Tin_chapter_4.pdf Tin chapter] (PDF), str. 112 </ref>
<ref name="health">{{cite journal| author = Black, Harvey|title = Getting the Lead Out of Electronics| journal = Environmental Health Perspectives|volume = 113|issue = 10|year = 2005| pages = A682–5}} {{doi|10.1289/ehp.113-a682}}</ref>
<ref name="tinuse">{{cite web| title = Tin Use Survey 2007|work=ITRI|url = http://web.archive.org/web/20081207093536/http://www.itri.co.uk/pooled/articles/BF_TECHART/view.asp?Q=BF_TECHART_297350|accessdate =21. 11. 2008}}</ref>
<ref name="education">{{cite web | url =https://web.archive.org/web/20110720003748/http://www.mirror.co.uk/news/top-stories/2006/02/09/a-canned-history-of-tinned-food-115875-16682285 |title =A Canned History of Tinned Food}}</ref>
}}


== Литература ==
== Литература ==
{{refbegin|2}}
* <!-- CRC -->{{cite book
|author = CRC contributors
|title = Handbook of Chemistry and Physics
|editor = David R. Lide
|edition = 87th
|year = 2006
|publisher = CRC Press, Taylor & Francis Group
|location = Boca Raton, Florida
|isbn = 0-8493-0487-3
|ref = CITEREFCRC2006}}
* <!-- Em -->{{cite book
|title = Nature's Building Blocks: An A–Z Guide to the Elements
|last = Emsley
|first = John
|publisher = Oxford University Press
|year = 2001
|location = Oxford, England, UK
|isbn = 0-19-850340-7
|chapter = Tin
|pages = 445–450
|url=http://books.google.com/?id=j-Xu07p3cKwC&printsec=frontcover
|ref = CITEREFEmsley2001}}
* <!-- Gr -->{{cite book
|last = Greenwood
|first = N. N.
|last2 = Earnshaw
|first2 = A.
|title = Chemistry of the Elements
|edition = 2nd
|publisher = Butterworth-Heinemann
|location = Oxford
|year = 1997
|isbn = 0-7506-3365-4
|ref = CITEREFGreenwood1997}}
* <!-- He -->{{cite book
|last = Heiserman
|first = David L.
|title = Exploring Chemical Elements and their Compounds
|location = New York
|publisher = TAB Books
|isbn = 0-8306-3018-X
|chapter = Element 50: Tin
|ref = CITEREFHeiserman1992
|year = 1992
}}
* <!-- Mac -->{{cite book
|title = The Encyclopedia of the Chemical Elements
|publisher = Reinhold Book Corporation
|location = New York
|year = 1968
|editor = Clifford A. Hampel
|lccn = 68-29938
|last = MacIntosh
|first = Robert M.
|chapter = Tin
|pages= 722–732
|ref = CITEREF{Author}1968
}}
* <!-- Sw -->{{cite book
|title = Guide to the Elements
|edition = Revised
|first = Albert
|last = Stwertka
|publisher = Oxford University Press
|year = 1998
|chapter = Tin
|isbn = 0-19-508083-1
|ref = CITEREFStwertka1998
}}
{{refend}}

== Спољашње везе ==
== Спољашње везе ==
{{Commonscat|Tin}}
{{Commonscat|Tin}}
* [http://www.periodicvideos.com/videos/050.htm Tin] at ''The Periodic Table of Videos'' (University of Nottingham)
* [http://www.theodoregray.com/PeriodicTable/Elements/050/index.s7.html Theodore Gray's Wooden Periodic Table Table]: Tin samples and castings
* [http://www.basemetals.com/html/sninfo.htm Base Metals: Tin]
* [http://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0613.html CDC - NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards]
* [http://helgilibrary.com/indicators/index/tin-usd-cents-per-kg Tin (USD cents per kg) ]


{{-}}
{{-}}
{{Периодни систем елемената 2}}
{{Периодни систем елемената 2}}

{{Једињења калаја}}
{{Једињења калаја}}
{{Authority control}}


[[Категорија:Калај]]
[[Категорија:Калај]]

Верзија на датум 25. фебруар 2017. у 00:41

Калај
лево: бели, бета, β; десно: сиви, алфа, α
Општа својства
Име, симболкалај, Sn
У периодном систему
Водоник Хелијум
Литијум Берилијум Бор Угљеник Азот Кисеоник Флуор Неон
Натријум Магнезијум Алуминијум Силицијум Фосфор Сумпор Хлор Аргон
Калијум Калцијум Скандијум Титанијум Ванадијум Хром Манган Гвожђе Кобалт Никл Бакар Цинк Галијум Германијум Арсен Селен Бром Криптон
Рубидијум Стронцијум Итријум Цирконијум Ниобијум Молибден Технецијум Рутенијум Родијум Паладијум Сребро Кадмијум Индијум Калај Антимон Телур Јод Ксенон
Цезијум Баријум Лантан Церијум Празеодијум Неодијум Прометијум Самаријум Европијум Гадолинијум Тербијум Диспрозијум Холмијум Ербијум Тулијум Итербијум Лутецијум Хафнијум Тантал Волфрам Ренијум Осмијум Иридијум Платина Злато Жива Талијум Олово Бизмут Полонијум Астат Радон
Францијум Радијум Актинијум Торијум Протактинијум Уранијум Нептунијум Плутонијум Америцијум Киријум Берклијум Калифорнијум Ајнштајнијум Фермијум Мендељевијум Нобелијум Лоренцијум Радерфордијум Дубнијум Сиборгијум Боријум Хасијум Мајтнеријум Дармштатијум Рендгенијум Коперницијум Нихонијум Флеровијум Московијум Ливерморијум Тенесин Оганесон
Ge

Sn

Pb
индијумкалајантимон
Атомски број (Z)50
Група, периодагрупа 14 (угљеникова група), периода 5
Блокp-блок
Категорија  постпрелазни метал
Рел. ат. маса (Ar)118,710(7)[1]
Ел. конфигурација[Kr]4d105s25p2
по љускама
2, 8, 18, 18, 4
Физичка својства
Бојасребрнобела[2]
Агрегатно стањечврсто
Тачка топљења505,08 K (231,93 °‍C)
Тачка кључања2875 K (2602 °‍C)"`UNIQ−−ref−0000000A−QINU`"
Густина7310 kg/m3
Моларна запремина16,29×10−3 m3/mol"`UNIQ−−ref−0000000B−QINU`"
Топлота фузије7,029 kJ/mol
Топлота испаравања295,8 kJ/mol
Притисак паре5,78×10−21 Pa (505 K)
Сп. топл. капацитет228 J/(kg·K)"`UNIQ--ref-0000000C-QINU`"
Атомска својства
Оксидациона стања4, 2
Особине оксидаамфотерни
Електронегативност1,96 (Полинг)
1,72 (Олред)
Енергије јонизације1: 708,6 kJ/mol
2: 1411,8 kJ/mol
3: 2943,0 kJ/mol
(остале)
Атомски радијус145 (145) pm
Ковалентни радијус141 pm
Валсов радијус217 pm
Линије боје у спектралном распону
Спектралне линије
Остало
Кристална структуратетрагонална
Тетрагонална кристална структура за калај

бели (β)
Брзина звука2500 m/s (293,15 K)
Топл. водљивост66,6 W/(m·K)
Сп. ел. водљивост9,17×106 S/m
Мосова тврдоћа1,5
CAS број7440-31-5
референцеВикиподаци

Калај или коситар (Sn, латински stannum) - је метал IVA групе са атомским бројем 50. У природи се јавља у облику једињења. Калај је хемијски сличан са суседним елементима 14. групе, германијумом и оловом, и има два могућа оксидативна стања, +2 и нешто мало стабилније +4. Калај је 49. елемент по заступљености и има више од 10 стаблних изотопа, што је већи број стабилних изотопа од било којег другог елемента. Он је сребрнаст, савитљив метал, који не подлеже лако оксидацији на ваздуху. Он се углавном добија из минерала каситерита, у коме се јавља као калај диоксид, SnO2.

Његова прва легура, која је коришћена у великим размерама још од 3000 п.н.е., је бронза. Она је легура калаја и бакра. Након 600. п.н.е. је произвођен чист калај. Легура са 85–90% калаја и примесама бакра, антимона и олова је коришћена за прављење стоног посуђа од Бронзаног доба до 20. века. У данашње време калај се користи у облику многобројних легура, најпознатија од којих је мекана легура калаја/олова за лемљење, која типично садржи више од 60% калаја. Још једна значајна примена калаја је у противкорозивном облагању челика калајом. Услед његове ниске токсичности, калајисани метал се често користи за паковање хране у конзервама, које су углавном направљене од челика.

Етимологија

Реч калај је у словенске језике, дошла преко турског kalay, док се у балтичким језицима користи назив alavas, у руском Олово (олово), док је његов назив у романским језицима углавном изведен из латинског stannum односно stagnum. У грчком језику назива се Κασσιτερος (Kassiteros), назив који се користи још од Хомеровог доба, у значењу metal из земље Каси (или Kasseterides). Из овог назива изведено је и име коситар, како се и данас назива у хрватском језику. Арапски назив قصدير (касдир) је заправо позајмица из грчког назива.[6]

Историја

Rуда калаја

Метал калај је познат најраније из периода 3500 п.н.е. на шта указују предмети од бронзе нађени у јужном Кавказу, а потичу из Куро-аракске културе. У планинском масиву Таурус у данашњој јужној Турској постоје докази да се тамо копала руда калаја, а откривени су и антички рудник Кестел и место Кестел где се руда прерађивала, оба датирана око 3000 п.н.е. Међутим, остаје неистражено да ли се ради о највећем извору трговине и потрошње калаја у античком добу.

Проналаском начина израде легуре бронзе, чији су састојци калај и бакар, значај калаја је изузетно порастао (бронзано доба). Од 2. миленијума п.н.е. калај се копао у рудницима у великим количинама широм Мале Азије, а највише дуж пута који је касније постао познат као Пут свиле. Од око 1800 п.н.е. (династија Шанг) калај је познат и у древној Кини. Међутим, калај је вероватно био познат и раније, а докази о његовом кориштењу су пронађени у многим налазиштима у Азији, у Јунану и на Малајском полуострву. И у једној египатској гробници из 18. династије (око 1500 п.н.е.) пронађени су предмети од калаја.

Римски писац Плиније Старији дао је калају назив plumbum album (бело олово); док је метал олово био plumbum nigrum (црно олово). Велика потражња за калајем, који је у алхемији био повезан за Јупитером,[7] била је један од узрока римске окупације Британије. У југозападном подручју Корнвола пронађене су, за то време, велика налазишта руде калаја. У латинском језику, калај се звао stannum, те се из њега данас изводи његов хемијски симбол Sn.

Након дугог времена, након што је гвожђе заменило бронзу (гвоздено доба), тек од средине 19. века калај је због индустријске производње белог лима поново добио на значају.

Добијање и распрострањеност

Копање руде калаја у Алтенбергу 1976.
Октаедарска структура кристала каситерита из Сечуана, Кина

Примарна налазишта калаја обухватају налазишта унутар греисена, хидротермалних жила и ретких скарнова и ВХМС налазишта. Пошто је индустријски најважнији минерал калаја каситерит (познат и као калајни камен, SnO2) један врло стабилан и тежак минерал, већи део производње калаја долази из секундарних песковитих налазишта. У неким примарним налазиштима могуће је пронаћи и сулфидни минерал станит (Cu2FeSnS4) који такође има одређени значај у производњи калаја. У примарним налазиштима калаја заједно с њим могу се појавити и арсен, волфрам, бизмут, сребро, цинк, бакар и литијум.

За добијање металног калаја, руда се најпре иситни, те се обогаћује различитим поступцима (просејавањем, електричним и магнетским издвајањем). Након хемијске редукције угљеником, калај се загрева незнатно изнад тачке топљења, тако да се може одвојити од нечистоћа, без могућности да се и нечистоће отопе заједно с њим. Данас се већи део калаја добија рециклирањем или путем електролизе.[8]

У континенталној Земљиној кори, калај је заступљен у количини од око 2,3 ppm.[9]

Тренутне резерве калаја у свету се процењују на 5,6 милиона тона, а годишња производња у 2011. години износила је 263.000 тона.[10] Преко 80% калаја се тренутно добија из секундарних налазишта, из песковитих наслага у рекама и обалним подручјима, нарочито су богата подручја од централне Кине, преко Тајланда јужно до Индонезије. Највећа налазишта калаја на Земљи пронађена су 1876. године у долини реке Кинта у Малезији. Тамо се и данас годишње ископа око 2 милиона тона руде.[11] Руда у наслагама из тог налазишта има удео калаја од око 5%. Након неколико фаза обраде и концентрирања до нивоа од 75%, следи процес топљења.

У Немачкој руда калаја има у подручју Рудне горе, где се руда копала од 13. века до 1990. године. Одређена истраживања показала су да се у месту Гајер налазе руде калаја у количинама око 160 хиљада тона, што се по неким изворима сматра највећим, до данас неискориштеним, рудним налазиштем калаја у свету.[12] Иако је удео калаја у тој руди релативно мали (0,27% у налазишту Богушов-Горце, а 0,37% у налазишту Гајер), а са друге стране постоје техничке потешкоће за издвајање метала из такве руде, ипак се сматра да уколико дође до експлоатације, она ће бити економски исплатива. Осим калаја, на тим налазиштима се процењује се да би се као споредни производи могло добити и доста цинка, бакра и индијума.[12]

Међу најважније државе произвођаче калаја спадају Кина, након које следе Индонезија и Перу. У Европи највећи произвођач је Португал, где се он јавља као споредни производ ВХМС налазишта у руднику Neves Corvo.

Америчка комисија за вредносне папире (СЕЦ) је калај прогласила конфликтним минералом[13], тако да се његова употреба и трговина од стране компанија и фирми мора пријављивати овој институцији. Разлог за то је што се он често увози из Демократске Републике Конго, где на истоку те земље побуњеници користе новац зарађен продајом руде калаја за наоружавање и финансирање оружаних сукоба.[14]

Алотропске модификације

Калај гради две алотропске модификације. То су:

  • α-калај (кубна дијамантна решетка), (сиви калај) густине 5,75 g/cm3, који је стабилан на температури испод 13,2 °C и има размак трака EG = 0,1 eV
  • β-калај (покидана октаедарска решетка, густине 7,31 g/cm3, бели калај) постојан до 162 °C
  • γ-калај (ромбоедарска решетка, густине 6,54 g/cm3) јавља се на температури изнад 162 °C или при високом притиску.

Рекристализација из β-калаја у α-калај при нижим температурама се назива и калајна куга или музејска болест, јер се јавља на калајним предметима који се зими чувају у музејима. Брзина преласка у алфа модификацију повећава се снижењем температуре, као и непосредним додиром металног калаја са сивом модификацијом. Ломљењем, савијањем релативно меког калаја, на примјер код калајних шипки, долази до карактеристичног шкрипавог звука, такозваног калајног вриска. Звук настаје трењем β-кристалита један о други. Међутим, звук се јавља само код чистог калаја, док већ легуре калаја са и најмањим примесама других елемената немају ову особину, на пример мање количине олова и антимона онемогућавају настанак овог звука. Бета калај има спљоштену тетраедарску структуру као просторну структуру ћелије, из којег се додатно граде два једињења.

Калај се пресвлачи слојем оксида, који га штити од спољашњих утицаја, па је он врло отпоран. Концентрисане киселине и базе га ипак нападају дајући гас водоник. Ипак [[калај(IV) оксид]] је инертан попут [[титанијум(IV) оксид]]а. Неплеменити метали, попут цинка, редукују калај, те се при том елементарни калај ослобађа у виду сунђерасте супстанце или се залепи на цинк.

Особине

Калајна чаша из Гдањска
Kap očvrsnutog kalaja

При собној температури калај је отпоран на дејство воде и ваздуха, слабих киселина и база.[15] Ваљањем се извлачи у танке листиће - станиол. Због доступности, ниске температуре топљења, лакоће ливења, добрих механичких особина, а такође и због ниске цене, калајни предмети су били веома популарни. Предмети од калаја су највише коришћени између XIV и XVI века.

Физичке особине

Калај је метал сребрнобеле боје, мале тврдоће. Чист калај (бели калај) је растегљив, врло кован.[16] Калај се топи на ниској температури од око 232 °C, што се даље редукује до 177,3 °C код 11-nm честица.[17]

β-калај (метални, бели калај), који је стабилан на и изнад собне температуре, је кован. За разлику од њега, α-калај (неметална форма, или сиви калај), који је стабилан испод 13,2 °C, је крт. α-калај има дијамантску кубну кристалну структуру, сличну дијаманту, силицијуму или германијуму. α-Калај нема метална својства, зато што његови атоми формирају ковалентну структуру у којој електрони не могу да се слободно крећу. Он је тамно сиви прах који не налази широку примену, осим неколико специјализованих полупроводничких апликација.[16] Ова два алотропа, α-калај и β-калај, су познатија као сиви калај и бели калај, респективно. Два додатна алотропа, γ и σ, постоје на температурама изнад 161 °C и притиску од неколико GPa.[18] На ниским температурам, β-калај има тендендију да спонтано прелази у α-калај.[19] Мада је температура α-β трансформације номинално 13,2 °C, нечистоће (e.g. Al, Zn, etc.) снижавају температуру прелаза далеко испод 0 °C и, додатком Sb или Bi, до трансформације може и да не дође, чиме се повећава трајност калаја.[20]

Калај индустријког квалитета са (99,8%) калаја не подлеже трансформацији због инхибиционог ефекта малих количина бизмута, антимона, олова и сребра присутних као нечистоће. Легирајући елементи као што су бакар, антимон, бизмут, кадмијум и сребро повећавају његову тврдоћу. Калај је склон лаком формирању тврде, крте интерметалне фазе, што је обично непожељно. Он генерално не формира широк опсег чврстих раствора у дуригм металима, и постоји мали број елемената који имају знатну чврсту растворљивост у калају. Једноставни еутектички системи, међутим, се јављају са бизмутом, галијумом, оловом, талијумом и цинком.[20]

Изотопи

Калај има укупно 10 природних стабилних изотопа. Ти изотопи су: 112Sn, 114Sn, 115Sn, 116Sn, 117Sn, 118Sn, 119Sn, 120Sn, 122Sn и 124Sn. Изотоп 120Sn има удео од 32,4% у природној изотопској смеши калаја и најчешћи је. Међу нестабилним изотопима изотоп 126Sn има најдуже време полураспада од 230.000 година.[21] Сви остали изотопи имају време полураспада од највише 129 дана, мада постоји нуклеарни изомер 121mSn који има време полураспада од 44 године.[21] Као трејсер у нуклеарној медицини се најчешће користе изотопи 113Sn, 121Sn, 123Sn и 125Sn. Калај је једини елемент који има три стабилна изотопа са непарним масеним бројем и једини са 10 стабилних изотопа, највише међу свим познатим елементима.

Примена

Калај се користи за превлачење других метала танким слојем, побољшавајући њихову отпорност на корозију. Овај процес се користи за осигуравање челичних судова који се користе у прехрамбеној индустрији као што су нпр. лименке које се праве од белог лима који је уствари калајисани гвоздени лим.[22]

Велике количине клаја употребљавају се за израду легура: бронзе (легура са бакром), метала за лемљење (легура са оловом), типографског метала (са антимоном и оловом), британија метала (са антимоном и бакром), а користи се и за израду прибора за јело и за клизне лежајеве. Легура калаја и олова има ниску температуру топљења (нпр. при 60% калаја та температура износи 180 °C) користи се у електротехничкој индустрији.

Лем

Намотај безоловне лем жице

Калај се дуго времена користи за лемљења, у облику легура са оловом у којој калаја има од 5 до 70% (по тежини). Калај формира еутектичну смешу са оловом која садржи 63% калаја и 37% олова. Такви лемови се првенствено користе за лемљење цеви или електричних склопова. Легура калаја и олова има ниску температуру топљења, нпр. при 60% калаја та температура износи око 180 °C. Од како је од 1. јула 2006. године на снагу ступила директива ЕУ о збрињавању електронског и електричког отпада, кориштење олова у оваквим легурама је значајно смањено. Замена олова има доста препрека, укључујући вишу тачку топљења и стварање длачица од калаја што може изазвати проблеме. Калајна куга се такође може јавити у безоловним лемовима, што доводи до губитка споја између лемљених површина. Иако су пронађене бројне заменске легуре, али и даље остаје проблем интегритета споја.[23]

Калајисање

Калај се врло добро спаја са гвожђем и користи се за превлачење олова, цинка, челика и других метала танким слојем побољшавајући њихову отпорност на корозију. Калајисани челични контејнери су се доста користили за чување хране у прехрамбеној индустрији, што представља велики део светске потражње за металним калајем. Лименке обложене калајем за чување хране први пут су произведене у Лондону 1812. године.[24] Говорници британског енглеског и данас такве посуде називају „калајним конзервама“ (tin cans).

Велике количине калаја употребљавају се за израду легура: бронзе (легура са бакром), типографског метала (са антимоном и оловом), британија метала (са антимоном и бакром), а користи се и за израду прибора за јело и за клизне лежајеве.

Производи

На температури нижој од 13°C метална модификација прелази полагано у неметалну сиву, прашкасту модификацију, а при -40°C нагло прелази у сиви прах. Због те појаве калајно посуђе постаје с временом неупотребљиво (тзв. калајна куга), зато ваља предмете чувати при температурама изнад 13,5°C.

Пошто је корозионо отпоран и неотрован и има врло велику електрична проводност и као чврста материја и као растоп, у знатној мери се користи за електроплатинирање (тј. за стварање танке заштитне превлаке на многим ковинама, посебно гвозденим лимовима (тј. челику)) и у прехрамбеној индустрији за израдбу конзерви за храну и лименки за пиће (тзв. бели лим или амбалажна фолија). На месту оштећене превлаке гвожђе јако кородира, па је храна из тако оштећене лименке штетна по здравље. Ит тог разлога се све више примјењују ПЕТ амбалаже.

Легуре

Калај је изузетно кован, а растопљен лако раствара многе метале, стварајући легуре. Стога је састојак многих легура које служе као заштитне и украсне превлаке (нпр. украси за божићна дрвца), меки лимови и лако растопне легуре (легуре за лемљење), клизни лежајеви (бели метали), водоотпорне и протупожарне фолије, легуре за израдбу посуђа, различите бронзе и других легура попут британске ковине, Вудове легуре.

  • Легура калаја, злата и германијума користи се за лемљење племенитих метала у зуботехници.
  • Тзв. бели лим је назив за гвоздени лим пресвучен с калајом.

Станиол (нем. Stanniol < лат. stagnolo : листић калаја, према стагно: калај < лат. stagnum: мешавина сребра и олова) је назив за танке сребрнасте лимове (фолије), тзв. станиол-фолије калаја, произведени ваљањем. Као такав се не користи због тзв. калајне куге, већ се употребљава легура калаја и олова у лемљењу (позната је под називом „лем“). Користи се у електротехници при изради кондензатора и за замотавање прехрамбених намирница (чоколаде, десертнога сира, бомбона и др.). У новије доба због олова се замјењује много јефтинијим алуминијским фолијама.

Једињења

Најважнија руда је кастерит (SnO2) чијом се редукцијом добија елементарни калај. Халогени елементи се лако једине са калајем, тако са сувим хлором гради калај IV хлорид SnCl4, ковалентно једињење са тетраедасрском структуром. Употребљава се при бојењу.

Једињења калаја се јављају у оксидацијским стањима +II и IV. Једињења калаја(IV) су нешто стабилнија, а пошто је калај елемент 4. главне групе периодног система, стога ефект инертног електронског пара још увек није тако снажно изражен као код тежих елемената ове групе, на пример код олова. Једињења калаја(II) се због тога могу лакше превести у једињења калаја(IV). Многа једињења калаја су неорганске природе, али постоји и једна група калајно-органских спојева (звана калај-органили)

Оксиди и хидроксиди

Халогениди

Соли

Халкогениди

Органска једињења

Референце

  1. ^ Meija, J.; et al. (2016). „Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry. 88 (3): 265—291. doi:10.1515/pac-2015-0305. 
  2. ^ Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente, S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
  3. ^ Yiming Zhang, Julian R. G. Evans, Shoufeng Yang: Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks. u: Journal of Chemical & Engineering Data. 56, 2011, str. 328–337, doi:10.1021/je1011086
  4. ^ David R. Lide (ur.): CRC Handbook of Chemistry and Physics, 90. izd. (internet verzija: 2010), CRC Press/Taylor and Francis, Boca Raton, FL, Properties of the Elements and Inorganic Compounds, str. 4-142 – 4-147.
  5. ^ Ludwig Bergmann, Clemens Schaefer, Rainer Kassing: Lehrbuch der Experimentalphysik, Band 6: Festkörper. 2. izd., Walter de Gruyter, Berlin 2005, ISBN 978-3-11-017485-4, str. 361.
  6. ^ History & Etymology na vanderkrogt.net
  7. ^ Jörg Barke: Die Sprache der Chymie: am Beispiel von vier Drucken aus der Zeit zwischen 1574-1761, Tübingen 1991 (= Germanistische Linguistik, 111), str. 385.
  8. ^ USGS – Tin Statistics and Information – Mineral Commodity Summaries 2010 (PDF)
  9. ^ K.H. Wedepohl: The composition of the continental crust. Geochimica et Cosmoschimica Acta (1995) 59/7, str. 1217–1232; doi:10.1016/0016-7037(95)00038-2.
  10. ^ USGS – Tin Statistics and Information – Mineral Commodity Summaries 2012 (PDF)
  11. ^ Tin chapter (PDF), str. 112
  12. ^ а б Christoph Seidler: Probebohrung bestätigt riesiges Zinnvorkommen. Spiegel Online, 30. august 2012. (језик: немачки)
  13. ^ SEC, Conflict Minerals - Final Rule (2012), str. 34f. (PDF, (језик: енглески))
  14. ^ SEC Adopts Rule fpr Disclosing Use of Conflict Minerals, (језик: енглески) pristupljeno 3.9.2012.
  15. ^ Parkes, G.D. & Phil, D. (1973). Melorova moderna neorganska hemija. Beograd: Naučna knjiga. 
  16. ^ а б Holleman, Arnold F.; Wiberg, Egon; Wiberg, Nils (1985). „Tin”. Lehrbuch der Anorganischen Chemie (на језику: German) (91–100 изд.). Walter de Gruyter. стр. 793—800. ISBN 3-11-007511-3. 
  17. ^ Ink with tin nanoparticles could print future circuit boards, Physorg, April 12, 2011; Jo, Yun Hwan; Jung, Inyu; Choi, Chung Seok; Kim, Inyoung; Lee, Hyuck Mo (2011). „Synthesis and characterization of low temperature Sn nanoparticles for the fabrication of highly conductive ink”. Nanotechnology. 22 (22): 225701. Bibcode:2011Nanot..22v5701J. PMID 21454937. doi:10.1088/0957-4484/22/22/225701. 
  18. ^ Molodets, A. M.; Nabatov, S. S. (2000). „Thermodynamic Potentials, Diagram of State, and Phase Transitions of Tin on Shock Compression”. High Temperature. 38 (5): 715—721. doi:10.1007/BF02755923. 
  19. ^ 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. 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.Le Coureur, Penny; Burreson, Jay (2004). Napoleon's Buttons: 17 Molecules that Changed History. New York: Penguin Group USA. , a persistent legend that probably has no background in real events. Öhrström, Lars (2013). The Last Alchemist in Paris. Oxford: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-966109-1.  Cotton, Simon (2014). „Book review: The last alchemist in Paris”. Chemistry World. http://rsc.li/CW_140501
  20. ^ а б Schwartz, Mel (2002). „Tin and Alloys, Properties”. Encyclopedia of Materials, Parts and Finishes (2nd изд.). CRC Press. ISBN 1-56676-661-3. 
  21. ^ а б G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot, A.H. Wapstra: The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties (PDF), u: Nuclear Physics. Bd. A 729, 2003, str. 3–128.
  22. ^ „Tin Use Survey 2007”. ITRI. Приступљено 21. 11. 2008. 
  23. ^ Black, Harvey (2005). „Getting the Lead Out of Electronics”. Environmental Health Perspectives. 113 (10): A682—5.  doi:10.1289/ehp.113-a682
  24. ^ „A Canned History of Tinned Food”. 

Литература

  • CRC contributors (2006). David R. Lide, ур. Handbook of Chemistry and Physics (87th изд.). Boca Raton, Florida: CRC Press, Taylor & Francis Group. ISBN 0-8493-0487-3. 
  • Emsley, John (2001). „Tin”. Nature's Building Blocks: An A–Z Guide to the Elements. Oxford, England, UK: Oxford University Press. стр. 445—450. ISBN 0-19-850340-7. 
  • Greenwood, N. N.; Earnshaw, A. (1997). Chemistry of the Elements (2nd изд.). Oxford: Butterworth-Heinemann. ISBN 0-7506-3365-4. 
  • Heiserman, David L. (1992). „Element 50: Tin”. Exploring Chemical Elements and their Compounds. New York: TAB Books. ISBN 0-8306-3018-X. 
  • MacIntosh, Robert M. (1968). „Tin”. Ур.: Clifford A. Hampel. The Encyclopedia of the Chemical Elements. New York: Reinhold Book Corporation. стр. 722—732. LCCN 68-29938. 
  • Stwertka, Albert (1998). „Tin”. Guide to the Elements (Revised изд.). Oxford University Press. ISBN 0-19-508083-1. 

Спољашње везе