Просмотр кода страницы Оксид олова(IV)

{{Вещество
 | заголовок                 = <!-- заголовок карточки (по умолч. совпадает с назв. страницы) -->
 | картинка                  =  <!-- имя файла -->
 | картинка3D                = Rutile-unit-cell-3D-balls.png
 | изображение               = SnO2powder.jpg

 | наименование              = Оксид олова(IV) 
 | традиционные названия     = Окись олова, двуокись олова, диоксид олова; касситерит
 | сокращения                = <!-- принятые сокращения названия -->
 | хим. формула              = SnO{{sub|2}}
 | рац. формула              = SnO{{sub|2}} <!-- Рациональная формула-->
 | молярная масса            = 150,71

 | плотность                 = 7,0096 г/см<sup>3</sup><ref name=ХЭ/>
 | предел прочности          = <!-- число, в Н/мм² -->
 | твёрдость                 = <!-- число (безразм.) -->
 | примеси                   = <!-- типичное кол-во, указать единицы -->
 | состояние                 = белые кристаллы
 | динамическая вязкость     = <!-- число, в Па·с (при 20 °C) -->
 | кинематическая вязкость   = <!-- число, в см²/с (при 20 °C) -->

 | темп. плавления           = 1630 °C<ref name=ХЭ>{{ХЭ|автор=Ковтуненко П. В., Нестерова И. Л. |статья= Олова оксиды|том = 3 |страницы = 380—381}}</ref>
 | темп. кипения             = 2500 (разл.)<ref name=ХЭ/>
 | темп. кипения пр.         = <!-- число с указанием единицы измерения, возможно описание условий -->
 | темп. разложения          = − <!-- число, в °C -->
 | темп. вспышки             = <!-- число, в °C -->
 | темп. воспламенения       = <!-- число, в °C -->
 | темп. самовоспламенения   = <!-- число, в °C -->
 | пределы взрываемости      = <!-- число %-->

 | тройная точка             = <!-- ? K (? °C), ? Па -->
 | критическая точка         = <!-- ? K (? °C), ? Па -->
 | теплоёмкость              = 53,2<ref name=ХЭ/>
 | теплоёмкость2             = <!-- число, в Дж/(кг·К) (удельная теп.-ём.) -->
 | теплопроводность          = <!-- число, в Вт/(м·K) -->
 | энтальпия образования     = −577,63<ref name=ХЭ/>
 | удельная теплота парообразования = <!-- число, в Дж/кг -->
 | удельная теплота плавления       = <!-- число, в Дж/кг -->
 | тепловое расширение       = <!-- число (безразм.) -->
 | интервал трансформации    = <!-- число, в ° -->
 | температура размягчения   = <!-- число, в ° -->
 | давление пара             = <!-- число (с указанием ед. изм!); можно добавить любой текст -->

 | конст. диссоц. кислоты    = <!-- число (безразм.) -->
 | растворимость             = нерастворим
 | растворимость1            = <!-- число, в г/100 мл -->
 |   вещество1               = <!-- веществе 1 -->
 | растворимость2            = <!-- число, в г/100 мл -->
 |   вещество2               = <!-- веществе 2 -->
 | растворимость3            = <!-- число, в г/100 мл -->
 |   вещество3               = <!-- веществе 3 -->
 | растворимость4            = <!-- число, в г/100 мл -->
 |   вещество4               = <!-- веществе 4 -->
 | вращение                  = <!-- число, в ° -->
 | изоэлектрическая точка    = <!-- число (безразм.) -->

 | диапазон прозрачности     = <!-- число-число, в нм -->
 | показатель преломления    = 2,006 (D-линия натрия {{nobr|589,29 нм}})<ref name=pphoic>{{книга |год=2003 |заглавие=Handbook of Inorganic Chemicals |издательство=The McGraw-Hill Companies, Inc. |isbn=0-07-049439-8 |страницы=940 |язык=und |автор=Pradyot, Patnaik}}</ref>
 | угол Брюстера             = <!-- число, в ° -->

 | гибридизация              = <!-- ? -->
 | координационная геометрия = <!-- ? -->
 | кристаллическая структура = тетрагональная типа [[рутил]]а<!-- описание решётки -->
 | дипольный момент          = <!-- число, в дебаях -->

 | CAS                       = 18282-10-5
 | PubChem                   = 
 | EINECS                    = <!-- № по EINECS -->
 | SMILES                    = 
 | RTECS                     = XQ4000000

 | ЛД50                      = крысы, перорально {{nobr|20 000}} <!-- число, в мг/кг -->
 | токсичность               = '''низкая'''<!-- краткое описание -->
}}

'''Окси́д о́лова(IV)''' ('''диокси́д олова''', '''двуо́кись олова, касситерит''') — бинарное [[Неорганические соединения|неорганическое соединение]], оксид металла [[Олово|олова]] с формулой SnO{{sub|2}}. Белые кристаллы, нерастворимые в воде.

== Нахождение в природе ==
В природе встречается минерал [[касситерит]] — SnO{{sub|2}}, основная руда олова, который в чистом виде бесцветен, однако примеси придают ему самые различные цвета.

== Получение ==
Сжигание олова в [[воздух]]е или в [[кислород]]е при высокой температуре:

: <chem>Sn + O2 ->[>220^oC] SnO2</chem>.

Окисление кислородом воздуха [[Оксид олова(II)|монооксида олова]]:

: <chem>2SnO + O2 ->[220^oC] 2SnO2</chem>.

[[Диспропорционирование]] при нагревании [[Оксид олова(II)|монооксида олова]]:

: <chem>2SnO ->[400^oC] SnO2 + Sn</chem>.

Окисление олова горячей концентрированной [[Азотная кислота|азотной кислотой]]:

: <chem>Sn + 4HNO3 ->[T] SnO2 + 4NO2 ^ + 2H2O</chem>.

Разложение [[Сульфат олова(IV)|сульфата олова]] при нагревании:

: <chem>Sn(SO4)2 ->[150-200^oC] SnO2 + 2SO3 ^</chem>,

или взаимодействием сульфата олова(IV) с разбавленной [[Щёлочи|щёлочью]]:

: <chem>Sn(SO4)2 + 4NaOH -> SnO2 v + 2Na2SO4 + H2O</chem>.

Прокаливание на воздухе [[Сульфид олова(II)|моносульфида олова]]:

: <chem>SnS + 2O2 ->[T] SnO2 + SO2 ^</chem>.

== Физические свойства ==
Оксид олова(IV) из раствора при осаждении выделяется в виде гидрата переменного состава SnO{{sub|2}}·{{math|''n''}}H{{sub|2}}O, где <math>1 \le n \le 2,</math> так называемая {{math|α}}-модификация). При стоянии осадка переходит химически пассивную {{math|β}}-модификацию (<math>n \le 1</math>). Соединения со [[Стехиометрия|стехиометрическим]] составом гидратов не выделены.

В воде практически нерастворим, {{math|''р''}}[[Произведение растворимости|ПР]] = 57,32. Нерастворим также в [[этанол]]е и других не взаимодействующих с веществом растворителях.

При высушивании гидрата диоксида олова образуется [[Аморфные тела|аморфный]] белый порошок с плотностью {{nobr|7,036 г/см³}}, переходящий при нагревании в кристаллическую модификацию с плотностью {{nobr|6,95 г/см³}}.

Оксид олова(IV) образует прозрачные бесцветные кристаллы {{Крист|синг=4|гр=''P ''4<sub>2</sub>/''mnm''|a=0,4718 |b=|c=0,3161 |alpha=|beta=|gamma=|Z=2 |d=|рп=1|nocat=}}, — кристаллическая структура типа [[рутил]]а ([[Оксид титана(IV)|диоксида титана]]).

Молярная энтропия {{nobr|{{math|''S''{{su|p=o|b=298}}}} {{=}} 49,01 Дж/(моль·К)}}. Теплоёмкость {{nobr|{{math|''C''{{su|p=o|b=''p''}}}} {{=}} 53,2 Дж/(моль·К)}}. Стандартная энтальпия образования {{nobr|{{math|Δ''H''{{su|p=o|b=обр}}}} {{=}} −577,63 кДж/моль}}<ref name=ХЭ/>.

Является широкозонным [[полупроводник]]ом {{math|''n''}}-типа, при {{nobr|300 К}} [[ширина запрещённой зоны]] {{nobr|3,6 эВ}}, подвижность электронов {{nobr|7 см<sup>2</sup>/(В·с)}}, концентрация носителей {{nobr|3,5·10<sup>14</sup> см<sup>−3</sup>}}, [[удельное электрическое сопротивление]] {{nobr|3,4·10<sup>3</sup> Ом·см}}. Легирование элементами V группы, например, [[Сурьма|сурьмой]] увеличивает электрическую проводимость на 3—5 порядков<ref name=ХЭ/>.

[[Диамагнетики|Диамагнитен]]. Молярная [[магнитная восприимчивость]] {{nobr|{{math|χ<sub>mol</sub>}} {{=}} −4,1·10<sup>−5</sup> моль<sup>−1</sup>}}<ref>{{CRC90|p=4—147}}</ref>.

Диоксид олова прозрачен в видимом свете, отражает [[инфракрасное излучение]] с длиной волны более {{nobr|2000 нм}}<ref name=ХЭ/>.

Температура плавления 1630 °C<ref name=ХЭ/>. При высокой температуре испаряется с разложением на [[монооксид олова]] (и его ди-, три- и тетрамеры) и кислород<ref name=ХЭ/>.

== Химические свойства ==
Гидратированная форма переходит в кристаллическую при нагревании:

: <chem>SnO2.nH2O ->[600^oC] SnO2 + nH2O</chem>.

Растворяется в концентрированных кислотах:

: <chem>SnO2 + 6HCl -> H2(SnCl6) + 2H2O</chem>.

При нагревании растворяется в разбавленных кислотах:

: <chem>SnO2 + 2H2SO4 ->[100^oC] Sn(SO4)2 + 2H2O</chem>.

Растворяется в растворах концентрированных щелочей:

: <chem>SnO2 + 2NaOH + 2H2O ->[60-70^oC] Na2[Sn(OH)6]</chem>.

При сплавлении с щелочами и карбонатами образует мета[[станнаты]]:

: <chem>SnO2 + 2NaOH ->[350-400^oC] Na2SnO3 + H2O</chem>,

а с оксидами щелочных металлов образует ортостаннаты:

: <chem>SnO2 + 2K2O ->[500^oC] K4SnO4</chem>.

* Восстанавливается [[водород]]ом или [[углерод]]ом до металлического олова:

: <chem>SnO2 + 2H_2 ->[500-600^oC] Sn + 2H2O</chem>,
: <chem>SnO2 + 2C ->[800-900^oC] Sn + 2CO</chem>.

== Применение ==
;В качестве катализатора
В сочетании с оксидами ванадия его используют в качестве [[катализатор]]а для окисления [[Ароматические соединения|ароматических соединений]] в синтезе [[Карбоновые кислоты|карбоновых кислот]] и [[ангидрид]]ов 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 — [[метан]]а, [[пропан]]а, [[Оксид углерода(II)|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<ref>''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}}</ref>. Для применения в датчиках газа изучалось легирование диоксида олова различными соединениями, например, [[Оксид меди(II)|оксидом меди(II)]]<ref>{{статья|автор=Wang, Chun-Ming; Wang, Jin-Feng; Su, Wen-Bin|заглавие=Microstructural Morphology and Electrical Properties of Copper- and Niobium-Doped Tin (IV) oxide Polycrystalline Varistors|год=2006|язык=en|издание={{Нп3|Journal of the American Ceramic Society}}|тип=journal|том=89|номер=8|страницы=2502—2508|doi=10.1111/j.1551-2916.2006.01076.x}}[http://www.scielo.br/pdf/mr/v9n3/31795.pdf] {{Wayback|url=http://www.scielo.br/pdf/mr/v9n3/31795.pdf|date=20121001163945}}</ref>.

;В электронной промышленности
Основное применение соединения для создания прозрачных токопроводящих плёнок в различных приборах — [[Жидкокристаллический дисплей|жидкокристаллических дисплеях]], [[Солнечная батарея|фотогальванических элементах]] и в других приборах. Нанесение плёнки вещества производится из газовой фазы разложением летучих соединений олова, для повышения электропроводности соединение обычно легируют [[Сурьма|сурьмой]] и соединениями [[фтор]]а.

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 {{nobr2—14 %}} диоксида олова. Ранее для этой цели использовали весьма токсичный [[оксид кадмия]].

Легирование [[кобальт]]ом и [[Марганец|марганцем]] дает материал, который можно использовать, например, в высоковольтных [[варистор]]ах<ref>{{статья |заглавие=Evaluation of Rare Earth Oxides doping SnO<sub>2</sub>.(Co<sub>0.25</sub>,Mn<sub>0.75</sub>)O-based Varistor System |издание=Materials Research |том=9 |номер=3 |страницы=339—343 |doi=10.1590/S1516-14392006000300015 |язык=en |тип=journal |автор=Dibb A.; Cilense M; Bueno P.R; Maniette Y.; Varela J.A.; Longo E. |год=2006}}</ref>.

Легирование диоксида олова оксидами железа или марганца образует высокотемпературный ферромагнитный материал<ref>{{статья |заглавие=Development of high-temperature ferromagnetism in SnO2 and paramagnetism in SnO by Fe doping |издание=[[Physical Review|Physical Review B]] |том=72 |номер=8 |страницы=054402 |doi=10.1103/PhysRevB.72.054402 |ссылка=http://digitalcommons.unl.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1170&context=usdoepub |язык=en |тип=journal |автор=A. Punnoose; J. Hays; A. Thurber; M. H. Engelhard; R. K. Kukkadapu; C. Wang; V. Shutthanandan; S. Thevuthasan |год=2005 |archivedate=2017-09-23 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20170923011251/http://digitalcommons.unl.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1170&context=usdoepub }}</ref>.

;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, [[Глазурь|глазурованной]] керамической настенной плитке, сантехнических фаянсовых изделиях и др.<ref>’The Glazer’s Book’ — 2nd edition. ''A. B. Searle. The Technical Press Limited.'' London. 1935.</ref>

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 [[Щёлочные металлы|щелочных металлов]] (<chem>Na2O, K2O</chem>) и [[Оксид бора|оксида бора]] <chem>B2O3</chem> и снижается при увеличении содержания оксидов [[Щёлочноземельные металлы|щелочноземельных металлов]] (<chem>CaO, BaO</chem>), оксидов [[Алюминий|алюминия]], [[цинк]]а и [[Свинец|свинца]]<ref>’Ceramic Glazes’ Third edition. C. W. Parmelee & C. G. Harman. ''Cahners Books'', Boston, Massachusetts. 1973.</ref>. 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<ref>''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.</ref>.

;Покрытия на стекле
Тончайшие плёнки диоксида олова {{nobr|(~0,1 мкм)}} применяются в качестве [[Адгезия|адгезионного]] подслоя для нанесения на поверхность стеклянной посуды (в основном на бутылках, банках, сортовой посуде) полимерного покрытия, например, [[полиэтилен]]ового. Нанесение таких тонких плёнок производится разложением на поверхности горячего стеклянного изделия летучих соединений олова, например, [[Хлорид олова(IV)|тетрахлорида олова]] или [[Оловоорганические соединения|оловоорганических соединений]], например, [[Трихлорид бутилолова|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|ЛД<sub>50</sub>]] для крыс {{nobr|20 г/кг}} перорально. Пыль соединения вредно влияет на органы дыхания. [[Предельно допустимая концентрация]] пыли в воздухе производственных помещений {{nobr|2 мг/м³.}}

== Примечания ==
{{примечания}}

== Литература ==
* {{книга
 |автор         = Лидин Р. А. и др.
 |заглавие      = Химические свойства неорганических веществ: Учеб. пособие для вузов
 |издание       = 3-е изд., испр
 |место         = М.
 |издательство  = Химия
 |год           = 2000
 |страниц       = 480
 |isbn          = 5-7245-1163-0
}}
* {{книга
 |автор         = Рипан Р., Четяну И.
 |заглавие      = Неорганическая химия. Химия металлов
 |место         = М.
 |издательство  = Мир
 |год           = 1971
 |том           = 1
 |страниц       = 561
}}
* {{книга
 |заглавие      = Справочник химика
 |издание       = 2-е изд., испр
 |ответственный = Редкол.: Никольский Б. П. и др
 |место         = М.-Л.
 |издательство  = Химия
 |год           = 1966
 |том           = 1
 |страниц       = 1072
}}
* {{книга
 |заглавие      = Справочник химика
 |издание       = 3-е изд., испр
 |ответственный = Редкол.: Никольский Б. П. и др
 |место         = Л.
 |издательство  = Химия
 |год           = 1971
 |том           = 2
 |страниц       = 1168
}}


{{Внешние ссылки}}
{{Оксиды}}
{{Соединения олова}}

[[Категория:Оксиды|олова(IV)]]
[[Категория:Амфотерные оксиды|олова(IV)]]
[[Категория:Полупроводники]]
[[Категория:Диамагнетики]]