Оксид олова(IV) (Ktvn; klkfg(IV))

Оксид олова(IV)
Оксид олова(IV)
Общие
Систематическое; наименование	Оксид олова(IV)
Традиционные названия	Окись олова, двуокись олова, диоксид олова; касситерит
Хим. формула	SnO2
Рац. формула	SnO2
Физические свойства
Состояние	белые кристаллы
Молярная масса	150,71 г/моль
Плотность	7,0096 г/см3
Термические свойства
	Температура
• плавления	1630 °C
• кипения	2500 (разл.) °C
• разложения	−
Мол. теплоёмк.	53,2 Дж/(моль·К)
	Энтальпия
• образования	−577,63 кДж/моль
Давление пара	0 ± 1 мм рт.ст.
Химические свойства
	Растворимость
• в воде	нерастворим
Оптические свойства
Показатель преломления	2,006 (D-линия натрия 589,29 нм)
Структура
Кристаллическая структура	тетрагональная типа рутила
Классификация
Рег. номер CAS	18282-10-5
PubChem	29011
Рег. номер EINECS	242-159-0
SMILES	O=[Sn]=O
InChI	InChI=1S/2O.Sn XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N
RTECS	XQ4000000
ChEBI	52991
ChemSpider	26988
Безопасность
ЛД50	крысы, перорально 20 000 мг/кг
Токсичность	низкая
NFPA 704	0 1 0
	Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.

Окси́д о́лова(IV) (диокси́д олова, двуо́кись олова, касситерит) — бинарное неорганическое соединение, оксид металла олова с формулой SnO₂. Белые кристаллы, нерастворимые в воде.

Нахождение в природе

В природе встречается минерал касситерит — SnO₂, основная руда олова, который в чистом виде бесцветен, однако примеси придают ему самые различные цвета.

Получение

Сжигание олова в воздухе или в кислороде при высокой температуре:

{\ce {Sn + O2 ->[>220^oC] SnO2}}

.

Окисление кислородом воздуха монооксида олова:

{\ce {2SnO + O2 ->[220^oC] 2SnO2}}

.

Диспропорционирование при нагревании монооксида олова:

{\ce {2SnO ->[400^oC] SnO2 + Sn}}

.

Окисление олова горячей концентрированной азотной кислотой:

{\ce {Sn + 4HNO3 ->[T] SnO2 + 4NO2 ^ + 2H2O}}

.

Разложение сульфата олова при нагревании:

{\ce {Sn(SO4)2 ->[150-200^oC] SnO2 + 2SO3 ^}}

,

или взаимодействием сульфата олова(IV) с разбавленной щёлочью:

{\ce {Sn(SO4)2 + 4NaOH -> SnO2 v + 2Na2SO4 + H2O}}

.

Прокаливание на воздухе моносульфида олова:

{\ce {SnS + 2O2 ->[T] SnO2 + SO2 ^}}

.

Физические свойства

Оксид олова(IV) из раствора при осаждении выделяется в виде гидрата переменного состава SnO₂·nH₂O, где $1\leq n\leq 2,$ так называемая α-модификация). При стоянии осадка переходит химически пассивную β-модификацию ( $n\leq 1$ ). Соединения со стехиометрическим составом гидратов не выделены.

В воде практически нерастворим, рПР = 57,32. Нерастворим также в этаноле и других не взаимодействующих с веществом растворителях.

При высушивании гидрата диоксида олова образуется аморфный белый порошок с плотностью 7,036 г/см³, переходящий при нагревании в кристаллическую модификацию с плотностью 6,95 г/см³.

Оксид олова(IV) образует прозрачные бесцветные кристаллы тетрагональной сингонии, пространственная группа P 4₂/mnm, параметры ячейки a = 0,4718 нм, c = 0,3161 нм, Z = 2, — кристаллическая структура типа рутила (диоксида титана).

Молярная энтропия So
298 = 49,01 Дж/(моль·К). Теплоёмкость Co
p = 53,2 Дж/(моль·К). Стандартная энтальпия образования ΔHo
обр = −577,63 кДж/моль^[1].

Является широкозонным полупроводником n-типа, при 300 К ширина запрещённой зоны 3,6 эВ, подвижность электронов 7 см²/(В·с), концентрация носителей 3,5·10¹⁴ см⁻³, удельное электрическое сопротивление 3,4·10³ Ом·см. Легирование элементами V группы, например, сурьмой увеличивает электрическую проводимость на 3—5 порядков^[1].

Диамагнитен. Молярная магнитная восприимчивость χ_mol = −4,1·10⁻⁵ моль⁻¹^[4].

Диоксид олова прозрачен в видимом свете, отражает инфракрасное излучение с длиной волны более 2000 нм^[1].

Температура плавления 1630 °C^[1]. При высокой температуре испаряется с разложением на монооксид олова (и его ди-, три- и тетрамеры) и кислород^[1].

Химические свойства

Гидратированная форма переходит в кристаллическую при нагревании:

{\ce {SnO2.nH2O ->[600^oC] SnO2 + nH2O}}

.

Растворяется в концентрированных кислотах:

{\ce {SnO2 + 6HCl -> H2(SnCl6) + 2H2O}}

.

При нагревании растворяется в разбавленных кислотах:

{\ce {SnO2 + 2H2SO4 ->[100^oC] Sn(SO4)2 + 2H2O}}

.

Растворяется в растворах концентрированных щелочей:

{\ce {SnO2 + 2NaOH + 2H2O ->[60-70^oC] Na2[Sn(OH)6]}}

.

При сплавлении с щелочами и карбонатами образует метастаннаты:

{\ce {SnO2 + 2NaOH ->[350-400^oC] Na2SnO3 + H2O}}

,

а с оксидами щелочных металлов образует ортостаннаты:

{\ce {SnO2 + 2K2O ->[500^oC] K4SnO4}}

.

Восстанавливается водородом или углеродом до металлического олова:

{\ce {SnO2 + 2H_2 ->[500-600^oC] Sn + 2H2O}}

,

{\ce {SnO2 + 2C ->[800-900^oC] Sn + 2CO}}

.

Применение

В качестве катализатора

В сочетании с оксидами ванадия его используют в качестве катализатора для окисления ароматических соединений в синтезе карбоновых кислот и ангидридов кислот, катализатора реакций замещения и гидролиза.

В датчиках газообразных горючих газов.

Плёнки из диоксида олова, нанесённые на стекло или керамику применяются в датчиках горючих газов в воздухе — метана, пропана, оксида углерода и других горючих газов. Нагретый до температуры в несколько сотен градусов Цельсия материал в присутствии горючих газов обратимо частично восстанавливается с изменением стехиометрического соотношения в сторону обеднения кислородом, что приводит к снижению электрического сопротивления плёнки^[5]. Для применения в датчиках газа изучалось легирование диоксида олова различными соединениями, например, оксидом меди(II)^[6].

В электронной промышленности

Основное применение соединения для создания прозрачных токопроводящих плёнок в различных приборах — жидкокристаллических дисплеях, фотогальванических элементах и в других приборах. Нанесение плёнки вещества производится из газовой фазы разложением летучих соединений олова, для повышения электропроводности соединение обычно легируют сурьмой и соединениями фтора.

Также применяется для создания прозрачных проводящих обогревательных противообледенительных плёнок на стеклянной поверхности окон транспортных средств.

Применяется в материалах контактов электрических коммутационных аппаратов, например, серебряных контактов электромагнитных реле — в материал вводят Шаблон:Nobr2—14 % диоксида олова. Ранее для этой цели использовали весьма токсичный оксид кадмия.

Легирование кобальтом и марганцем дает материал, который можно использовать, например, в высоковольтных варисторах^[7].

Легирование диоксида олова оксидами железа или марганца образует высокотемпературный ферромагнитный материал^[8].

В стекольной и керамической промышленности в качестве белого пигмента

Диоксид олова плохо растворяется в расплавленной силикатной или боросиликатной стекломассе и имеет высокий показатель преломления относительно силикатного связующего, поэтому его микрочастицы в составе стёкол рассеивают свет, придавая стеклянной массе молочно-белый цвет и используется в производстве матовых стёкол, глазурованной керамической настенной плитке, сантехнических фаянсовых изделиях и др.^[9]

Изменяя состав стекломассы и технологию её приготовления можно изменять степень матовости продукта, так как растворимость диоксида олова увеличивается при повышении температуры обжига и увеличении концентрации в стекломассе оксидов щелочных металлов ( ${\ce {Na2O, K2O}}$ ) и оксида бора ${\ce {B2O3}}$ и снижается при увеличении содержания оксидов щелочноземельных металлов ( ${\ce {CaO, BaO}}$ ), оксидов алюминия, цинка и свинца^[10]. Чистый диоксид олова придаёт глазури белый цвет, который можно изменить добавлением оксидов других элементов, например, оксид ванадия придаёт глазури жёлтый цвет, хрома — розовый, сурьмы — серовато-синий^[11].

Покрытия на стекле

Тончайшие плёнки диоксида олова (~0,1 мкм) применяются в качестве адгезионного подслоя для нанесения на поверхность стеклянной посуды (в основном на бутылках, банках, сортовой посуде) полимерного покрытия, например, полиэтиленового. Нанесение таких тонких плёнок производится разложением на поверхности горячего стеклянного изделия летучих соединений олова, например, тетрахлорида олова или оловоорганических соединений, например, трихлорида бутилолова.

В качестве абразивного материала

Микрокристаллы соединения имеют высокую твёрдость и применяется в составе полировальных паст и суспензий для полировки изделий из металлов, стекла, керамики, природных камней.

Безопасность

Соединение малотоксично, ЛД₅₀ для крыс 20 г/кг перорально. Пыль соединения вредно влияет на органы дыхания. Предельно допустимая концентрация пыли в воздухе производственных помещений 2 мг/м³.

Примечания

↑ ¹ ² ³ ⁴ ⁵ ⁶ ⁷ ⁸ ⁹ ¹⁰ Ковтуненко П. В., Нестерова И. Л. Олова оксиды // Химическая энциклопедия : в 5 т. / Гл. ред. И. Л. Кнунянц. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1992. — Т. 3: Меди — Полимерные. — С. 380—381. — 639 с. — 48 000 экз. — ISBN 5-85270-039-8.
↑ Pradyot, Patnaik. Handbook of Inorganic Chemicals (неопр.). — The McGraw-Hill Companies, Inc., 2003. — С. 940. — ISBN 0-07-049439-8.
↑ http://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0616.html
↑ CRC Handbook of Chemistry and Physics / D. R. Lide (Ed.). — 90th edition. — CRC Press; Taylor and Francis, 2009. — P. 4—147. — 2828 p. — ISBN 1420090844.
↑ Joseph Watson The stannic oxide semiconductor gas sensor in The Electrical engineering Handbook 3d Edition; Sensors Nanoscience Biomedical Engineering and Instruments ed R.C Dorf CRC Press Taylor and Francis ISBN 0-8493-7346-8
↑ Wang, Chun-Ming; Wang, Jin-Feng; Su, Wen-Bin. Microstructural Morphology and Electrical Properties of Copper- and Niobium-Doped Tin (IV) oxide Polycrystalline Varistors (англ.) // Journal of the American Ceramic Society^[англ.] : journal. — 2006. — Vol. 89, no. 8. — P. 2502—2508. — doi:10.1111/j.1551-2916.2006.01076.x.[1] Архивная копия от 1 октября 2012 на Wayback Machine
↑ Dibb A.; Cilense M; Bueno P.R; Maniette Y.; Varela J.A.; Longo E. Evaluation of Rare Earth Oxides doping SnO₂.(Co_0.25,Mn_0.75)O-based Varistor System (англ.) // Materials Research : journal. — 2006. — Vol. 9, no. 3. — P. 339—343. — doi:10.1590/S1516-14392006000300015.
↑ A. Punnoose; J. Hays; A. Thurber; M. H. Engelhard; R. K. Kukkadapu; C. Wang; V. Shutthanandan; S. Thevuthasan. Development of high-temperature ferromagnetism in SnO2 and paramagnetism in SnO by Fe doping (англ.) // Physical Review B : journal. — 2005. — Vol. 72, no. 8. — P. 054402. — doi:10.1103/PhysRevB.72.054402. Архивировано 23 сентября 2017 года.
↑ ’The Glazer’s Book’ — 2nd edition. A. B. Searle. The Technical Press Limited. London. 1935.
↑ ’Ceramic Glazes’ Third edition. C. W. Parmelee & C. G. Harman. Cahners Books, Boston, Massachusetts. 1973.
↑ Holleman, Arnold Frederik; Wiberg, Egon (2001), Wiberg, Nils, ed., Inorganic Chemistry, translated by Eagleson, Mary; Brewer, William, San Diego/Berlin: Academic Press/De Gruyter, ISBN 0-12-352651-5.

Литература

Лидин Р. А. и др. Химические свойства неорганических веществ: Учеб. пособие для вузов. — 3-е изд., испр. — М.: Химия, 2000. — 480 с. — ISBN 5-7245-1163-0.
Рипан Р., Четяну И. Неорганическая химия. Химия металлов. — М.: Мир, 1971. — Т. 1. — 561 с.
Справочник химика / Редкол.: Никольский Б. П. и др. — 2-е изд., испр. — М.—Л.: Химия, 1966. — Т. 1. — 1072 с.
Справочник химика / Редкол.: Никольский Б. П. и др. — 3-е изд., испр. — Л.: Химия, 1971. — Т. 2. — 1168 с.

[ХЭ-1] ¹ ² ³ ⁴ ⁵ ⁶ ⁷ ⁸ ⁹ ¹⁰ Ковтуненко П. В., Нестерова И. Л. Олова оксиды // Химическая энциклопедия : в 5 т. / Гл. ред. И. Л. Кнунянц. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1992. — Т. 3: Меди — Полимерные. — С. 380—381. — 639 с. — 48 000 экз. — ISBN 5-85270-039-8.

[pphoic-2] Pradyot, Patnaik. Handbook of Inorganic Chemicals (неопр.). — The McGraw-Hill Companies, Inc., 2003. — С. 940. — ISBN 0-07-049439-8.

[_0de80b4870df6e41-3] ttp://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0616.html

[4] CRC Handbook of Chemistry and Physics / D. R. Lide (Ed.). — 90th edition. — CRC Press; Taylor and Francis, 2009. — P. 4—147. — 2828 p. — ISBN 1420090844.

[5] Joseph Watson The stannic oxide semiconductor gas sensor in The Electrical engineering Handbook 3d Edition; Sensors Nanoscience Biomedical Engineering and Instruments ed R.C Dorf CRC Press Taylor and Francis ISBN 0-8493-7346-8

[6] Wang, Chun-Ming; Wang, Jin-Feng; Su, Wen-Bin. Microstructural Morphology and Electrical Properties of Copper- and Niobium-Doped Tin (IV) oxide Polycrystalline Varistors (англ.) // Journal of the American Ceramic Society^[англ.] : journal. — 2006. — Vol. 89, no. 8. — P. 2502—2508. — doi:10.1111/j.1551-2916.2006.01076.x.[1] Архивная копия от 1 октября 2012 на Wayback Machine

[7] Dibb A.; Cilense M; Bueno P.R; Maniette Y.; Varela J.A.; Longo E. Evaluation of Rare Earth Oxides doping SnO₂.(Co_0.25,Mn_0.75)O-based Varistor System (англ.) // Materials Research : journal. — 2006. — Vol. 9, no. 3. — P. 339—343. — doi:10.1590/S1516-14392006000300015.

[8] A. Punnoose; J. Hays; A. Thurber; M. H. Engelhard; R. K. Kukkadapu; C. Wang; V. Shutthanandan; S. Thevuthasan. Development of high-temperature ferromagnetism in SnO2 and paramagnetism in SnO by Fe doping (англ.) // Physical Review B : journal. — 2005. — Vol. 72, no. 8. — P. 054402. — doi:10.1103/PhysRevB.72.054402. Архивировано 23 сентября 2017 года.

[9] ’The Glazer’s Book’ — 2nd edition. A. B. Searle. The Technical Press Limited. London. 1935.

[10] ’Ceramic Glazes’ Third edition. C. W. Parmelee & C. G. Harman. Cahners Books, Boston, Massachusetts. 1973.

[11] Holleman, Arnold Frederik; Wiberg, Egon (2001), Wiberg, Nils, ed., Inorganic Chemistry, translated by Eagleson, Mary; Brewer, William, San Diego/Berlin: Academic Press/De Gruyter, ISBN 0-12-352651-5.

[1]

[3]

[2]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

п о р Оксиды
H₂O
Li₂O LiCoO₂ Li₃PaO₄ Li₅PuO₆ Ba₂LiNpO₆ LiAlO₂ Li₃NpO₄ Li₂NpO₄ Li₅NpO₆ LiNbO₃	BeO											B₂O₃	С₃О₂ C₁₂O₉ CO C₁₂O₁₂ C₄O₆ CO₂	N₂O NO N₂O₃ N₄O₆ NO₂ N₂O₄ N₂O₅	O	F
Na₂O NaPaO₃ NaAlO₂ Na₂PtO₃	MgO											AlO Al₂O₃ NaAlO₂ LiAlO₂ AlO(OH)	SiO SiO₂	P₄O P₄O₂ P₂O₃ P₄O₈ P₂O₅	S₂O SO SO₂ SO₃	Cl₂O ClO₂ Cl₂O₆ Cl₂O₇
K₂O K₂PtO₃ KPaO₃	CaO Ca₃OSiO₄ CaTiO₃	Sc₂O₃	TiO Ti₂O₃ TiO₂ TiOSO₄ CaTiO₃ BaTiO₃	VO V₂O₃ V₃O₅ VO₂ V₂O₅	FeCr₂O₄ CrO Cr₂O₃ CrO₂ CrO₃ MgCr₂O₄	MnO Mn₃O₄ Mn₂O₃ MnO(OH) Mn₅O₈ MnO₂ MnO₃ Mn₂O₇	FeCr₂O₄ FeO Fe₃O₄ Fe₂O₃	CoFe₂O₄ CoO Co₃O₄ CoO(OH) Co₂O₃ CoO₂	NiO NiFe₂O₄ Ni₃O₄ NiO(OH) Ni₂O₃	Cu₂O CuO CuFe₂O₄ Cu₂O₃ CuO₂	ZnO	Ga₂O Ga₂O₃	GeO GeO₂	As₂O₃ As₂O₄ As₂O₅	SeOCl₂ SeOBr₂ SeO₂ Se₂O₅ SeO₃	Br₂O Br₂O₃ BrO₂
Rb₂O RbPaO₃ Rb₄O₆	SrO	Y₂O₃ YOF YOCl	ZrO(OH)₂ ZrO₂ ZrOS Zr₂О₃Сl₂	NbO Nb₂O₃ NbO₂ Nb₂O₅ Nb₂O₃(SO₄)₂ LiNbO₃	Mo₂O₃ Mo₄O₁₁ MoO₂ Mo₂O₅ MoO₃	TcO₂ Tc₂O₇	Ru₂O₃ RuO₂ Ru₂O₅ RuO₄	RhO Rh₂O₃ RhO₂	PdO Pd₂O₃ PdO₂	Ag₂O Ag₂O₂	Cd₂O CdO	In₂O InO In₂O₃	SnO SnO₂	Sb₂O₃ Sb₂O₄ Hg₂Sb₂O₇ Sb₂O₅	TeO₂ TeO₃	I₂O₄ I₄O₉ I₂O₅
Cs₂O Cs₂ReCl₅O	BaO BaPaO₃ BaTiO₃ BaPtO₃		HfO(OH)₂ HfO₂	Ta₂O TaO TaO₂ Ta₂O₅	WO₂Br₂ WO₂ WO₂Cl₂ WOBr₄ WOF₄ WOCl₄ WO₃	Re₂O ReO Re₂O₃ ReO₂ Re₂O₅ ReO₃ Re₂O₇	OsO Os₂O₃ OsO₂ OsO₄	Ir₂O₃ IrO₂	PtO Pt₃O₄ Pt₂O₃ PtO₂ K₂PtO₃ Na₂PtO₃ PtO₃	Au₂O AuO Au₂O₃	Hg₂O HgO (Hg₃O₂)SO₄ Hg₂O(CN)₂ Hg₂Sb₂O₇ Hg₃O₂Cl₂ Hg₅O₄Cl₂	Tl₂O Tl₂O₃	Pb₂O PbO Pb₃O₄ Pb₂O₃ PbO₂	BiO Bi₂O₃ Bi₂O₄ Bi₂O₅	PoO PoO₂ PoO₃	At
Fr	Ra		Rf	Db	Sg	Bh	Hs	Mt	Ds	Rg	Cn	Nh	Fl	Mc	Lv	Ts
		↓
		La₂O₂S La₂O₃	Ce₂O₃ CeO₂	PrO Pr₂O₂S Pr₂O₃ Pr₆O₁₁ PrO₂	NdO Nd₂O₂S Nd₂O₃ NdHO	Pm₂O₃	SmO Sm₂O₃	EuO Eu₃O₄ Eu₂O₃ EuO(OH) Eu₂O₂S	Gd₂O₃	Tb	Dy₂O₃	Ho₂O₃ Ho₂O₂S	Er₂O₃	Tm₂O₃	YbO Yb₂O₃	Lu₂O₂S Lu₂O₃ LuO(OH)
		Ac₂O₃	UO₂ UO₃ U₃O₈	PaO PaO₂ Pa₂O₅ PaOS	ThO₂	NpO NpO₂ Np₂O₅ Np₃O₈ NpO₃	PuO Pu₂O₃ PuO₂ PuO₃ PuO₂F₂	AmO₂	Cm₂O₃ CmO₂	Bk₂O₃	Cf₂O₃	Es	Fm	Md	No	Lr

Оксид олова(IV)


Общие
Систематическое наименование	Оксид олова(IV)
Традиционные названия	Окись олова, двуокись олова, диоксид олова; касситерит
Хим. формула	SnO₂
Рац. формула	SnO₂
Физические свойства
Состояние	белые кристаллы
Молярная масса	150,71 г/моль
Плотность	7,0096 г/см³^[1]
Термические свойства
Температура
• плавления	1630 °C^[1]
• кипения	2500 (разл.)^[1] °C
• разложения	−
Мол. теплоёмк.	53,2^[1] Дж/(моль·К)
Энтальпия
• образования	−577,63^[1] кДж/моль
Давление пара	0 ± 1 мм рт.ст.^[3]
Химические свойства
Растворимость
• в воде	нерастворим
Оптические свойства
Показатель преломления	2,006 (D-линия натрия 589,29 нм)^[2]
Структура
Кристаллическая структура	тетрагональная типа рутила
Классификация
Рег. номер CAS	18282-10-5
PubChem	29011
Рег. номер EINECS	242-159-0
SMILES	O=[Sn]=O
InChI	InChI=1S/2O.Sn XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N
RTECS	XQ4000000
ChEBI	52991
ChemSpider	26988
Безопасность
ЛД₅₀	крысы, перорально 20 000 мг/кг
Токсичность	низкая
NFPA 704	0 1 0
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.