Kalaj

Sa Wikipedije, slobodne enciklopedije
Idi na: navigacija, traži
Kalaj
[Kr] 4d105s25p2 50Sn
   
Periodni sistem elemenata
Općenito
Hemijski element, Simbol, Atomski broj Kalaj, Sn, 50
Serija Metali
Grupa, Perioda, Blok 14, 5, p
Izgled srebreno sivi metal
Zastupljenost 3,5 · 10-3[1] %
Atomske osobine
Atomska masa 118,710 u
Atomski radijus (izračunat) 145 (145) pm
Kovalentni radijus 139 pm
Van der Waalsov radijus 217 pm
Elektronska konfiguracija [Kr] 4d105s25p2
Broj elektrona u energetskom nivou 2, 8, 18, 18, 4
Izlazni rad 4,42[2] eV
1. energija ionizacije 708,6 kJ/mol
2. energija ionizacije 1411,8 kJ/mol
3. energija ionizacije 2943,0 kJ/mol
4. energija ionizacije 3930,3 kJ/mol
Fizikalne osobine
Agregatno stanje čvrsto
Mohsova skala tvrdoće 1,5
Kristalna struktura tetragonalna
Gustoća 5769 (α-kalaj)
7265 (β-kalaj) kg/m3
Magnetizam (α-kalaj) dijamagnetičan
(\chi_{m} = −2,3 · 10−5)
(β-kalaj) paramagnetičan
(\chi_{m} = 2,4 · 10−6)[3]
Tačka topljenja 505,08 K (231,93 °C)
Tačka ključanja 2893 K (2620[4] °C)
Molarni volumen 16,29 · 10-6 m3/mol
Toplota isparavanja 290[4] kJ/mol
Toplota topljenja 7,0 kJ/mol
Pritisak pare 5,78 · 10-21 Pa kod 505 K
Brzina zvuka 2500 m/s kod 293,15 K
Specifična toplota 228 J/(kg · K)
Specifična električna provodljivost 8,69 · 106 S/m
Toplotna provodljivost 67 W/(m · K)
Hemijske osobine
Oksidacijsko stanje (-4) 4, 2
Elektrodni potencijal -0,137 V (Sn2+ + 2e- → Sn)
Elektronegativnost 1,96 (Pauling-skala)
Izotopi
Izo RP t1/2 RA ER (MeV) PR
112Sn

0,97 %

Stabilan
113Sn

sin

115,09 d ε 1,036 113In
114Sn

0,65 %

Stabilan
115Sn

0,34 %

Stabilan
116Sn

14,54 %

Stabilan
117Sn

7,68 %

Stabilan
118Sn

24,23 %

Stabilan
119Sn

8,59 %

Stabilan
120Sn

32,59 %

Stabilan
121Sn

sin

27,06 h β- 0,388 121Sb
122Sn

4,63 %

Stabilan
123Sn

sin

129,2 d β- 1,404 123Sb
124Sn

5,6 %

Stabilan
125Sn

sin

9,64 d β- 2,364 125Sb
126Sn

sin

~230.000 god β- 0,380 126Sb
Sigurnosno obavještenje
Oznake upozorenja
Simbol nepoznat
Obavještenja o riziku i sigurnosti R: nema oznaka upozorenja R
S: nema oznake upozorenja S
Ukoliko je moguće i u upotrebi, koriste se SI osnovne jedinice.
Ako nije drugačije označeno, svi podaci su podaci dobiveni mjerenjima u normalnim uslovima.

Kalaj je hemijski element koji se označava hemijskim simbolom Sn (od lat. stannum) i ima atomski broj 50. U periodnom sistemu nalazi se u 5. periodi i 4. glavnoj grupi (14. grupa, tj. grupa ugljika). Spada u teške metale. Ima srebreno-bijelu boju i metalni sjaj, izrazito je mehak, toliko da se čak može i noktom zagrebati. U poređenju sa drugim metalima, kalaj ima veoma nisko talište.

Etimologija[uredi | uredi izvor]

Riječ kalaj je u slavenske jezike, a tako i u bosanski, došla preko turskog kalay, dok se u baltičkim jezicima koristi naziv alavas, u ruskom Олово (olovo), dok je njegov naziv u romanskim jezicima uglavnom izveden iz latinskog stannum odnosno stagnum. U grčkom jeziku naziva se Κασσιτερος (Kassiteros), naziv koji se koristi još od Homerovog doba, u značenju metal iz zemlje Kassi (ili Kasseterides). Iz ovog naziva izvedeno je i ime kositar, kako se i danas naziva u hrvatskom jeziku. Arapski naziv قصدير (kasdir) je zapravo posuđenica iz grčkog naziva.[5]

Historija[uredi | uredi izvor]

Metal kalaj je poznat najkasnije iz perioda 3500 p.n.e. na šta ukazuju predmeti od bronze nađeni u južnom Kavkazu, a potiču iz Kuro-arakske kulture. U planinskom masivu Taurus u današnjoj južnoj Turskoj postoje dokazi da se tamo kopala ruda kalaja, a otkriveni su i antički rudnik Kestel i mjesto Göltepe gdje se ruda prerađivala, oba datirana oko 3000 p.n.e. Međutim, ostaje neistraženo da li se tamo radi o najvećem izvoru trgovine i potrošnje kalaja u antičkom dobu.

Pronalaskom načina izrade legure bronze, čiji su sastojci kalaj i bakar, značaj kalaj je izuzetno porastao (bronzano doba). Od 2. milenija p.n.e. kalaj se kopao u rudnicima u velikim količinama širom Male Azije, a najviše duž puta koji je kasnije postao poznat kao Put svile. Od oko 1800 p.n.e. (dinastija Shang) kalaj je poznat i u drevnoj Kini. Međutim, kalaj je vjerovatno bio poznati i ranije, a dokazi o njegovom korištenju su pronađeni u mnogim nalazištima u Aziji, u Yunnanu i na Malajskom poluostrvu. I u jednoj egipatskoj grobnici iz 18. dinastije (oko 1500 p.n.e.) pronađeni su predmeti od kalaja.

Rimski pisac Plinije Stariji dao je kalaju naziv plumbum album (bijelo olovo); dok je metal olovo bio plumbum nigrum (crno olovo). Velika potražnja za kalajem, koji je u alhemiji bio povezan za Jupiterom,[6] bila je jedan od uzroka rimske okupacije Britanije. U jugozapadnom području Cornwalla pronađene su, za to vrijeme, velika nalazišta rude kalaja. U latinskom jeziku, kalaj se zvao stannum, te se iz njega danas izvodi njegov hemijski simbol Sn.

Nakon dugog vremena, nakon što je željezo zamijenilo bronzu (željezno doba), tek od sredine 19. vijeka kalaj je zbog industrijske proizvodnje bijelog lima ponovo dobio na značaju.

Osobine[uredi | uredi izvor]

(lijevo) β- i (desno) α-kalaj

Kalaj se može javiti u tri alotropske modifikacije sa različitom kristalnom strukturom i gustoćom. To su:

  • α-kalaj (kubična dijamantna rešetka), (sivi kalaj) gustoće 5,75 g/cm3, koji je stabilan na temperaturi ispod 13,2 °C i ima razmak vrpci EG = 0,1 eV
  • β-kalaj (pokidana oktaedarska rešetka, gustoće 7,31 g/cm3, bijeli kalaj) postojan do 162 °C
  • γ-kalaj (romboedarska rešetka, gustoće 6,54 g/cm3) javlja se na temperaturi iznad 162 °C ili pri visokom pritisku.

Rekristalizacija od β-kalaja u α-kalaj pri nižim temperaturama se naziva i kalajna kuga ili muzejska bolest jer se javlja na kalajnim predmetima koji se zimi čuvaju u muzejima. Brzina prelaska u alfa modifikaciju povećava se sniženjem temperature kao i neposrednim dodirom metalnog kalaja sa sivom modifikacijom. Lomljenjem, savijanjem relativno mehkog kalaja, naprimjer kod kalajnih šipki, dolazi do karakterističnog škripavog zvuka, takozvanog kalajnog vriska. Zvuk nastaje trenjem β-kristalita jedan o drugi. Međutim, zvuk se javlja samo kod čistog kalaja, dok već legure kalaja sa i najmanjim primjesama drugih elemenata nemaju ovu osobinu, naprimjer manje količine olova i antimona onemogućavaju nastanak ovog zvuka. Beta kalaj ima spljoštenu tetraedarsku strukturu kao prostornu strukturu ćelije, iz kojeg se dodatno grade dva spoja.

Kalaj se presvlači slojem oksida, koji ga štiti od vanjskih uticaja, pa je on vrlo otporan. Koncentrirane kiseline i baze ga ipak napadaju dajući otpuštajući gas vodik. Ipak kalaj(IV) oksid je inertan poput titanij(IV) oksida. Neplemeniti metali, poput cinka, reduciraju kalaj, te se pri tom elementarni kalaj oslobađa u vidu spužvaste supstance ili se zalijepi na cink.

Primjena[uredi | uredi izvor]

Kalaj se koristi za prevlačenje drugih metala tankim slojem, poboljšavajući njihovu otpornost na koroziju. Ovaj proces se koristi za osiguravanje čeličnih sudova koji se koriste u prehrambenoj industriji kao što su npr. limenke koje se prave od bijelog lima koji je ustvari kalajisani gvozdeni lim.

Velike količine kalaja upotrebljavaju se za izradu legura: bronze (legura sa bakrom), metala za lemljenje (legura sa olovom), tipografskog metala (sa antimonom i olovom), britanija metala (sa antimonom i bakrom), a koristi se i za izradu pribora za jelo i za klizne ležajeve. Legura kalaja i olova ima nisku temperaturu topljenja (npr. pri 60% kalaja ta temperatura iznosi 180 °C) koristi se u elektrotehničkoj industriji.

Jedinjenja[uredi | uredi izvor]

Najvažnija ruda je kasterit (SnO2) čijom se redukcijom dobija elementarni kalaj. Halogeni elementi se lako jedine sa kalajem, tako sa suhim hlorom gradi kalaj (IV) hlorid SnCl4, kovalentno jedinjenje sa tetraedarskom strukturom. Upotrebljava se kao močilo pri bojenju.

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente, S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
  2. ^ 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.
  3. ^ 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.
  4. ^ a b 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
  5. ^ History & Etymology na vanderkrogt.net
  6. ^ Jörg Barke: Die Sprache der Chymie: am Beispiel von vier Drucken aus der Zeit zwischen 1574-1761, Tübingen 1991 (= Germanistische Linguistik, 111), str. 385.
Commons logo
U Wikimedijinom spremniku se nalazi još materijala vezanih uz: