From Wikipedia, the free encyclopedia
კალა[1][2] (ლათ. Stannum; ქიმიური სიმბოლო — ) — ელემენტთა პერიოდული სისტემის მეხუთე პერიოდის, მეთოთხმეტე ჯგუფის (მოძველებული კლასიფიკაციით — მეოთხე ჯგუფის მთავარი ქვეჯგუფის, IVა) ქიმიური ელემენტი. მისი ატომური ნომერია 50, ატომური მასა — 118.71, tდნ — 231.93 °C, tდუღ — 2602 °C, სიმკვრივე — 7.265 გ/სმ3. თეთრი, მბზინვარე, რბილი, მძიმე და პლასტიკური ლითონი. ბუნებრივი კალა შედგება ათი იზოტოპისაგან , , , , , , , , და . კალა და მისი შენადნობი სპილენძთან — ბრინჯაო— ცნობილია უძველესი დროიდან. კალა ამჟღავნებს ქიმიურ მსგავსებას მისი ჯგუფის ორივე მოსაზღვრე ელემენტთან: გერმანიუმთან და ტყვიასთან, რაც გამოიხატება დაჟანგვის ორი შესაძლებლობით, +2 და +4 (ვალენტობა). კალა 49-ე ყველაზე გავრცელებული ელემენტია. კალა ძირითადად მოიპოვება მინერალ კასიტერიტიდან, რომელიც შეიცავს კალას, კალის დიოქსიდის (SnO2) სახით.
კალა |
50Sn |
118.71 |
4d10 5s2 5p2 |
![]() | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ზოგადი თვისებები | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
მარტივი ნივთიერების ვიზუალური აღწერა | თეთრი, მბზინვარე, რბილი, მძიმე და პლასტიკური ლითონი | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
სტანდ. ატომური წონა Ar°(Sn) |
118.710±0.007 118.71±0.01 (დამრგვალებული) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
კალა პერიოდულ სისტემაში | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ატომური ნომერი (Z) | 50 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ჯგუფი | 14 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
პერიოდი | 5 პერიოდი | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ბლოკი |
![]() | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ელექტრონული კონფიგურაცია | [Kr] 4d10 5s2 5p2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ელექტრონი გარსზე | 2, 8, 18, 18, 4 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ელემენტის ატომის სქემა![]() | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ფიზიკური თვისებები | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
აგრეგეგატული მდგომ. ნსპ-ში | მყარი სხეული | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
დნობის ტემპერატურა |
231.93 °C (505.08 K, 449.47 °F) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
დუღილის ტემპერატურა |
2602 °C (2875 K, 4716 °F) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
სიმკვრივე (ო.ტ.) | 7.265 გ/სმ3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
სიმკვრივე (ლ.წ.) | 6.99 გ/სმ3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
დნობის კუთ. სითბო | 7.03 კჯ/მოლი | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
აორთქ. კუთ. სითბო | 296.1 კჯ/მოლი | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
მოლური თბოტევადობა | 27.112 ჯ/(მოლი·K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ნაჯერი ორთქლის წნევა
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ატომის თვისებები | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ჟანგვის ხარისხი | −4, −3, −2, −1, 0, +1, +2, +3, +4 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ელექტროდული პოტენციალი |
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ელექტროუარყოფითობა | პოლინგის სკალა: 1.96 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
იონიზაციის ენერგია |
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ატომის რადიუსი | ემპირიული: 140 პმ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
კოვალენტური რადიუსი (rcov) | 139±4 პმ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ვან-დერ-ვალსის რადიუსი | 217 პმ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
![]() კალას სპექტრალური ზოლები | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
სხვა თვისებები | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ბუნებაში გვხვდება | პირველადი ნუკლიდების სახით | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
მესრის სტრუქტურა |
ტეტრაგონალური მოცულობაცენტრირებული ![]() | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
მესრის სტრუქტურა |
აჟურული ![]() | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ბგერის სიჩქარე | 2730 m/s (ო. ტ.) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
თერმული გაფართოება | 22.0 µმ/(მ·K) (25 °C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
თბოგამტარობა | 66.8 ვტ/(მ·K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
კუთრი წინაღობა | 115 ნომ·მ (0 °C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
მაგნეტიზმი | პარამაგნეტიკი | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
მაგნიტური ამთვისებლობა | ×10−6 +3.1 სმ3/მოლ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
იუნგას მოდული | 50 გპა | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
წანაცვლების მოდული | 18 გპა | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
დრეკადობის მოდული | 58 გპა | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
პუასონის კოეფიციენტი | 0.36 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
მოოსის მეთოდი | 1.5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ბრინელის მეთოდი | 50–440 მპა | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
CAS ნომერი | 7440-31-5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ისტორია | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
აღმომჩენია | protohistoric, around 35th century BC | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
კალას მთავარი იზოტოპები | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
• |
ნორმალურ პირობებში მარტივი ნივთიერება კალა — პლასტიკური, ჭედადი და ადვილად დნობადი ბრჭყვიალა, მბზინვარე მოვერცხლისფრო-თეთრი ფერის რბილი ლითონია[3]. კალა წარმოქმნის ორ ალოტროპულ მოდიფიკაციას: 13,2 °С ტემპერატურაზე დაბლა მდგრადი α-კალა (ნაცრისფერი კალა) ალმასის ტიპის კუბური კრისტალური მესერით, 13,2 °С ტემპერატურაზე მაღლა მდგრადი β-კალა (თეთრი კალა) ტეტრაგონალური კრისტალური მესრით.
კალა მიეკუთვნება მსუბუქ ლითონებს. ჰაერზე ადვილად არ იჟანგება, რის გამოც გამოიყენება სხვა ლითონების დასაფარად კოროზიისგან დასაცავად. ფართოდ გამოიყენება კალას შენადნობები, განსაკუთრებით ტყვიასთან. კალასა და ტყვიის შენადნობი ადვილად ლღვება დაბალ ტემპერატურაზე და გამოიყენება სადენების ერთმანეთზე მისარჩილავად. კოროზიასთან ბრძოლის კიდევ ერთი მაგალითია, ფოლადის მოკალვა. კალას დაბალი ტოქსიკურობის გამო, მოკალული ფოლადი გამოიყენება საკვების შესაფუთად, კონსერვის ქილების სახით (თუმცა კონსერვის ქილებს ამზადებენ ალუმინისაგანაც).
კალა ადამიანისათვის ცნობილი იყო ჯერ კიდევ ძვ. წ. IV ათასწლეულში ეს ლითონი ნაკლებად მისაწვდომი იყო და ამიტომაც ძვირადღირებული, ამ ლითონის ნაკეთობები იშვიათად გვხვდება ძველ რომსა და ძველ საბერძნეთში. კალა მოხსენიებულია ბიბლიაში, მოსეს მეოთხე წიგნში. კალა (სპილენძთან ერთად) წარმოადგენს ბრინჯაოს ერთ-ერთ კომპონენტს (იხ. სპილენძისა და ბრინჯაოს ისტორია), რომელიც გამოგონილ იქნა ძვ. წ. III ათასწლეულის შუა ან ბოლო პერიოდში. რადგანაც ბრინჯაო წარმოადგენდა ყველაზე მტკიცეს იმ დროისათვის ცნობილ ლითონებსა და შენადნობებს შორის, კალა იყო „სტარტეგიული ლითონი“ მთელი ბრინჯაოს ხანის განმავლობაში, 2000 წელზე მეტი დროის განმავლობაში (მიახლოებით: ძვ. წ. XXXV—XI ს.).
ლათინური სახელწოდება stannum, დაკავშირებულია სანსკრიტულ სიტყვასთან, რომელიც ნიშნავს „მდგრად, მტკიცეს“, თავიდან ის მიესადაგებოდა სიტყვა ტყვიას და ვერცხლს, ხოლო მოგვიანებით კი სხვა მის იმმიტირებელ შენადნობს, რომელიც შეიცავდა მიახლოებით 67 % კალას; IV საუკუნისათვის ამ სიტყვით დაიწყეს უკვე კალის აღნიშვნა.
სიტყვა олово — საერთო სლოვიანურში, რომელსაც გააჩნია შესაბამისობა ბალტიკურ ენებში (შედ. ლიტ. alavas, alvas — „олово“, პრუს. alwis — „ტყვია“). ის არის სუფიქსალური წარმონაქმნი ფუძიდან ol- (შედ. ძველზედაგერმანულ elo — „ყვითელი“, ლათ. albus — „თეთრი“ და სხვა), ასე რომ ლითონს დაარქვეს სახელი ფერიდან გამომდინარე[4].
კალა — იშვიათი გაბნეული ელემენტია, დედამიწის ქერქში გავრცელების მიხედვით ის 47-ე ადგილზეა. კლარკის შემცველობა დედამიწის ქერქში შეადგენს, სხვადასხვა მონაცემებით მასის 2×10−4-დან 8×10−3 %-მდე. კალის ძირითადი მინერალია — კასიტერიტი (კალის ქვა) SnO2, რომელიც შეიცავს 78,8 %-მდე კალას. შედარებით იშვიათია სტანინი (კალის კოლჩედანი) — Cu2FeSnS4 (27,5 % Sn).
კალას მსოფლიო საბადოები მდებარეობენ სამხრეთ-აღმოსავლეთ აზიაში, ძირითადად ჩინეთში, ინდონეზიაში, მალაიზიაში და ტაილანდში. ასევე დიდი საბადოები განლაგებულია სამხრეთ ამერიკასა (ბოლივიაში, პერუში, ბრაზილიაში) და ავსტრალიაში.
კალას ბუნებაში გავრცელება ასახულია შემდეგ ცხრილში[5]:
დაუბინძურებული წყლების ზედაპირზე კალას შემცველობა სუბმიკროგრამულ კონცენტრაციებშია. მიწისქვეშა წყლებში მისი კონცენტრაცია აღწევს მიკროგრამების ერთეულებს დმ³-ში, რომელიც მატულობს კალას საბადოების რაიონებში, ისინი წყლებში ხვდებიან უპირველეს ყოვლისა სულფიდური მინერალების დაშლის ხარჯზე, რომლებიც არამდგრადები არიან ჟანგვის ზონებში. Sn = 2 მგ/დმ³.
კალა წარმოადგენს ამფოტერულ ელემენტს, ანუ ელემენტს, რომელიც ავლენს როგორც მჟავა ასევე ფუძე თვისებებს. კალას ეს თვისება განსაზღვრავს მის გავრცელების თავისებურებებს ბუნებაში. ამ ორმაგი თვისებებიდან გამომდინარე კალა ავლენს ლიტოფილურ, ხალკოფილურ და სიდეროფილურ თვისებებს. კალა თავისი თვისებებით ავლენს სიახლოვეს კვარცთან, რის შედეგად ცნობილია მჭიდრო კავშირი კალას ჟანგს (კასიტერიტი) და მჟავე გრანიტოიდებს (ლიტოფილურობა) შორის. რაც ხშირად იწვევს კალათი გამდიდრებული, დამოუკიდებელ კვარც-კასიტერიტული ძარღვის წარმოქმნას. კალას ფუძე თვისობრივი მოქმედება განპიროვნებულია საკმაოდ მრავალფეროვანი სულფიდური წარმონაქმნებისაგან (ხალკოფილურობა), თვითნაბადი კალას და სხვადასხვაგვარი ინტერლითონური ნაერთების წარმოქმნამდის, რომლებიც ცნობილია ულტრაფუძიან ქანებში (სიდეროფილურობა).
კალას ბუნებაში არსებობის ძირითადი ფორმები მინერალებში და ქანებში - არის გაბნეული (ან ენდოკრიპტონული). მაგრამ კალა ასევე ქმნის მინერალურ ფორმებს, და ამ სახით ხშირად გვხვდება არა მარტო როგორც აქცესორი მჟავე მაგმატიკურ ქანებში, არამედ ქმნის სამრეწველო კონცენტრაციას, უპირატესად დამჟანგავ გარემოში (კასიტერიტი SnO2) და სულფიდურ (სტანინი) ფორმებში[6].
შესაძლებელია გამოვყოთ კალას არსებობის შემდეგი ფორმები ბუნებაში:
სულფიდურ საბადოებში კალა შედის როგორც იზომორფული ელემენტი სფალერიტები (სილინსკის საბადო, რუსეთი, პრიმორიე), ქალკოპირიტები (დუბროვსკის საბადო, რუსეთი, პრიმორიე), პირიტები. კალას მაღალი კონცენტრაცია გამოვლენილია პიროტინებში. ითვლება რომ, შეზღუდული იზომორფიზმის გამო ხდება მყარი ნარევების დაშლა მიკროგამონაყოფებით Cu2+1Fe+2SnS4 ან ტილიტები PbSnS2 და სხვა მინერალები.
მიუხედავად იმისა რომ ქანებში ამ მინერალების კონცენტრაცია ძალიან დაბალია, მაინც გავრცელებულნი არიან გენეტიკური წარმონაქმნების ფართო წრეში. თვითნაბადი ფორმებს შორის კალასთან ერთად გამოვლენილია Fe, Al, Cu, Ti, Cd და სხვა, თუ არ ჩავთვლით ცნობილ პლატინოიდ ლითონებს, ოქროს და ვერცხლს. ეს ელემენტებივე ქმნიან სხვადასხვაგვარ შენადნობებს ერთმანეთთან: (Cu + Sn + Sb), (Pb + Sn + Sb) და სხვა, ასევე მყარი ხსნარები. ინტერლითონური ნაერთებს შორის დადგენილია სტისტაიტი SnSb, ატაკიტი (Pd,Pt)3Sn, შტუმირლიტი Pt(Sn,Bi), ზვიაგინცევიტი (Pd,Pt)3(Pb,Sn), ტაიმირიტი (Pd,Cu,Pt)3Sn და სხვა[7][8].
მოყვანილი კალას და სხვა ელემენტების არსებობის ფორმები გვხვდებიან სხვადასხვა გეოლოგიურ წარმონაქმნებში:
ყველაზე ცნობილ ფორმას წარმოადგენს კალას მთავარი მინერალი — კასიტერიტი SnO2, რომელიც წარმოადგენს კალას ნაერთეს ჟანგბადთან. ბირთვული გამა-რეზონანსული სპექტროსკოპიის მონაცემებით იმყოფება Sn+4.
კასიტერიტი (ბერძნ. kassiteros — კალა) — მთავარი მადნეული მინერალი კალას მისაღებად. თეორიულად შეიცავს კალას 78,62 % Sn. ქმნის მარცვლების ცალკე გამონაყოფებს, ერთიანი მასიურ აგრეგატებს, სადაც მინერალის მარცვლის ზომა აღწევს 3 — 4 მმ და ზოგჯერ მეტსაც.
კასიტერიტის გამონაყოფის ძირითადი ფორმები:
მეორე ადგილზე მდებარეობს კალას ჰიდროჟანგულ ნაერთებს, რომლებიც შეიძლება განხილულ იქნას როგორც პოლიკალანური მჟავების მარილები. მათ მიეკუთვნება მინერალი სუკულაიტი Ta2Sn2+2O [10]; კალას მყარი ხსნარი მაგმატიკური სახით Fe2SnO4 ან Fe3SnO3 (ბრეტშტეინი ი. ს., 1974;ვორონინა ლ. ბ. 1979); „ვარლამოვიტი“ — სტანინის დაჟანგვის პროდუქტი; ითვლება რომ, ის წარმოადგენს კალას ამორფულ და ნახევრადამორფულ ნაერთების ნარევებს, მეტაკალას მჟავები, პოლიკონდენსირებული ფაზები და ჰიდროკასიტერიტული ფაზები. ცნობილია ასევე ჟანგვის ჰიდრატირებული პროდუქტები ჰიდრომარტიტი 3SnOxH2O; მუშისტონიტი (Cu,Zn,Fe)Sn(OH)6; სპილენძის ჰიდროსტანატი CuSn(OH)6 და სხვა.
ცნობილია კალას სილიკატების მრავალმრიცხოვანი ჯგუფი, წარმოდგენილია მალაიაიტით CaSn[SiO5] [11]; პაბსტიტით Ba (Sn, Ti)Si3O9 [12], სტაკაზიტით Ca2Sn2Si6O18x4H2O და სხვა. მალაიაიტი წარმოქმნის სამრეწველო კონცენტრაციასაც.
სხვა ჟანგოვან ნაერთებიდან ცნობილი არის ასევე შპინელიდები, მაგალითად, მინერალი ნიგრეტიტი Sn2Fe4Al16О32 (Peterson E.U., 1986).
ჩართულია კალას და გოგირდის სხვადასხვაგვარი ნაერთები. ეს არის კალას არსებობის მინერალური ფორმის მეორე სამრეწველო მნიშვნელობის ჯგუფი. ყველაზე მნიშვნელოვანი მათ შორის არის სტანინი, მნიშვნელობით მეორე მინერალი. ამას გარდა აღსანიშნავია ფრანკეიტი Pb5Sn3Sb2S14, გერცენბერგიტი SnS, ბერნდტიტი SnS2, ტილიტი PbSnS2 და კესტერიტი Cu2ZnSnS4. გამოვლენილია უფრო რთული სულფიდური ნაერთები კალასა და ტყვიასთან, ვერცხლთან, სპილენძთან, რომელსაც აქვს უფრო მინერალოგიური მნიშვნელობა. მჭიდრო კავშირი კალასა და სპილენძთან განპიროვნებულია კალაშემცველ მადნებთან ხალკოპირიტის ხშირი არსებობა CuFeS2.
სტანინი (ლათ. stannum — კალა), კალას კოლჩედანი, სულფიდების კლასის მინერალი - საერთო ფორმულით Cu2FeSnS4. ის მიღებულია ქალკოპერიტის ფორმულიდან Fe ერთი ატომის შეცვლით Sn-ით. შეიცავს 29,58 % Cu, 12,99 % Fe, 27,5 % Sn და 29,8 S, ასევე მინარევებს Zn, Sb, Cd, Pb და Ag. ფართოდ გავრცელებული მინერალი კალაშემცველ საბადოებში. რუსეთის და შუა აზიის (ტაჯიკეთი) სამადოებთან ერთად ის წარმოადგენს სულფიდური მინერალების მნიშვნელოვან ელემენტს და ხშირად ის ვარლამოვიტთან ერთად შეადგენს მთელი კალას 10—40 %-ს. ხშირ შემთხვევაში შეინიშნება სტანინის დაშლა კასიტერიტის გამოყოფით.
კოლოიდური და კალა-სილიციუმიანი ნაერთები თამაშობენ მნიშვნელოვან როლს კალას გეოქიმიაში, თუმცა დეტალურად ის შესწავლილი არ არის. ელემენტის გეოლოგიაში მნიშვნელოვან ადგილს თამაშობს კოლომორფული ნაერთები და კრისტალური გარდაქმნების პროდუქტები კრისტალურ სხვაობებში. კოლომორფული კასიტერიტი განიხილება როგორც გელისმაგვარი ბლანტი ხსნარების გამოხატვის ფორმები.
დამოუკიდებელმა კვლევარებმა გამოავლინეს ანომალურად მაღალი ხსნადობა SnO2 ქლორ-სილიციუმიან ხსნარებში. მაქსიმალური ხსნადობა მიიღწევა შეფარდებისას .
ნაერთის Sn(OH)4 თვისებების ანალიზით გამოვლენილია თვისება Si(OH)4 პოლიმერიზაციისადმი ბოლოს ნაერთის H2SnkO2k+1, SnkO2k−1(OH)2 წარმოქმნით. ორივე შემთხვევაში შესაძლებელია ჯგუფების (ОН) ჩანაცვლება ანიონებით F და Cl.
ასე რომ, Sn(OH)4 მოლეკულების პოლიმერიზაცია და მათი შეერთება Si(OH)4 მოლეკულენთან მიდის გელის (კოლოიდი) წარმოქმნამდე და ჯაჭვების წარმოქმნამდე HmSn2nSinOp, სადაც m ≤ 8 [13], ან Hs[SiO2n(SnOm)d] (ნეკრასოვი ი. ი. და სხვა, 1973).
არსებული მონაცემები აჩვენებენ, რომ კოლოიდური ფორმა არის ბუნებრივი შუალედური რგოლი ჰიდროთერმული ხსნარებიდან კალას გამოსაყოფად.
კალას გეოქიმიის ყველაზე ნაკლებად შესწავლილი ნაცილია. კონკრეტულად კალაშემცველ ბუნებრივი ხსნარების ანალიზაე ნამუშევრები არ არსებობს. ძირითადად მთლიანად ინფორმაცია დაფუძნებულია ექსპერიმენტალურ კვლევების რეზულტატებზე, რომლებიც მხოლოდ ამბობენ კალას შეასძლებელ ფორმებზე ხსნარებში. მნიშვნელოვანი როლი შეასრულა ამაში აკადემიკოს ბარსუკოვის კვლევის მეთოდებმა[6]
ყველაფრის ერთობლიობა, კალას ექსპერიმენტალურად დადგენილი არსებობის ფორმები ხსნარებში იყოფა ჯგუფებად:
კალას გეოქიმიური აღწერილობა ირიბად აისახება კალაშემცველ საბადოების ფორმაციულ კლასიფიკაციაში და შემოთავაზებულ იქნა რადკევიჩის მიერ შემდრგი დანამატებით.
წარმოების პროცესში კალაშემცველი მადანი (კასიტერიტი) განიცდის ნაწილაკებად დაქუცმაცებას რომლებიც ზომით არიან მიახლოებით ~ 10 მმ, (სამრეწველო წისქვილებში), რის შემდეგაც კასიტერიტი თავისი შედარებით მაღალი სიმკვრივის და მასის გამო გამოეყოფა ცარიელ ქანებს ვიბრაციულ-გრავიტაციული მეთოდით გამამდიდრებელ მაგიდებზე. დამატებით კი გამოიყენება მადნის გამდიდრება/გაწმენდის ფლოტაციური მეთოდი.
მიღებულ კალას მადნის კონცენტრატს შემდეგ ადნობენ ღუმელებში. გამოდნობის პროცესში ღდგება თავისუფალ მდგომარეობამდე უშუალოდ ხის ნახშირის გამოყენებით, რომლის ფენებს აგებენ რიგრიგობით მადანთან ერთად.
მარტივი ნივთიერება კალა პოლიმორფულია. ჩვეულებრივ პირობებში ის არსებობს b-მოდიფიკაციის სახით (თეთრი კალა), მდგრადია 13,2 °C-ის მაღლა. თეთრი კალა — ეს მოვერცხლისფრო-თეთრი, რბილი, პლასტიკური ლითონია, რომელსაც ტეტრაგონალური ელემენტარულ უჯრედებიანი მესერი აქვს, პარამეტრებია a = 0.5831, c = 0.3181 ნმ. კალას ყოველი ატომის საკოორდინაციო გარემოცვა — ოქტაედრია. სიმკვრივე b-Sn 7,228 გ/სმ³. დნობის ტემპერატურა 231,9 °C, დუღილის ტემპერატურა 2270 °C.
გაცივებისას, მაგალითად, ყინვისას გარეთ, თეთრი კალა გადადის a-მოდიფიკაციაში (ნაცრისფერი კალა). ნაცრისფერი კალას აქვს ალმასის სტრუქტურა (კუბურ კრისტალური მესერი პარამეტრებით а = 0,6491 ნმ). ნაცრისფერ კალაში ყოველი ატომის საკოორდინაციო პოლიედრი — ტეტრაედრია, საკოორდინაციო რიცხვია 4. ფაზურ გადასვლას b-Sn a-Sn-ში თანხლებს კუთრი მოცულობის ზრდა 25,6 %-ით (სიმკვრივე a-Sn შეადგენს 5,75 გ/სმ³), რაც იწვევს კალას დაშლას ფხვნილად. ძველ დროში ყინვების დროს კალას ნაკეთობების ფხვნილად გარდაქმნას „კალას ჭირს“ უწოდებდნენ. ამ „ჭირის“ შედეგად ფოლაქები მუნდირებზე, რგოლები, კოვზები იშლებოდნენ, და არმიას შეეძლო ბრძოლისუნარიანობის დაკარგვა. (დაწვრილებით „კალას ჭირის“ საინტერესო ფაქტების შესახებ იხილეთ ქვემოთ ნაჩვენებ წყაროზე).
კალას ორი მოდიფიკაციის სტრუქტურების განსხვავების გამო განსხვავდებიან მათი ელექტროფიზიკური თვისებებიც. ასე რომ, b-Sn — ლითონია, ხოლო a-Sn მიეკუთვნება ნახევარგამტარებს. 3,72 К-ის ქვევით a-Sn გადადის ზეგამტარ მდგომარეობაში. სტანდარტული ელექტროდული პოტენციალი E °Sn2+/Sn ტოლია −0.136 ვ, ხოლო E ორთქლის °Sn4+/Sn2+ 0.151 ვ.
ოთახის ტემპერატურისას კალა, ჯგუფში მეზობელის გერმანიუმის მსგავსად, მდგრადია წყლის ან ჰაერის ზემოქმედებისაგან. ასეთი ინერტულობა აიხსნება ზედაპირზე ოქსიდების ფენის წარმოქმნით. კალას შესამჩნევი ჟანგვა ჰაერზე იწყება 150 °C უფრო მაღალი ტემპერატურის დროს:
Sn + O2 = SnO2.
გახურებისას კალა რეაგირებს უმეტეს არალითონებთან. ამასთან წარმოიქმნებიან ნაერთები ჟანგვის ხარისხით +4, რომელიც კალასათვის უფრო დამახასიათებელია, ვიდრე +2. მაგალითად:
Sn + 2Cl2 = SnCl4
კონცენტრირებულ მარილმჟავასთან კალა ნელა რეაგირებს:
Sn + 4HCl = SnCl4 + H2
ასევე შესაძლებელია ქლორკალა მჟავას წარმოქმნა, შემადგენლობით HSnCl3, H2SnCl4 და სხვა, მაგალითად:
Sn + 3HCl = HSnCl3 + 2H2
გაზავებულ გოგირდმჟავაში კალა არ იხსნება, ხოლო კონცენტრირებულთან — რეაგირებს ძალიან ნელა.
კალასა და აზოტმჟავას რეაქციის პროდუქტის შემადგენლობა დამოკიდებულია მჟავას კონცენტრაციაზე. კონცენტრირებულ აზოტმჟავაში წარმოიქმნება კალას მჟავა b-SnO2·nH2O (ზოგჯერ მის ფორმულას წერენ შემდეგნაირად H2SnO3). ამასთან კალა ავლენს არალითონის თვისებებს:
Sn + 4HNO3 конц. = b-SnO2·H2O + 4NO2 + H2O
კალა გაზავებულ აზოტმჟავასთან ურთიერთქმედებისას ავლენს ლითონის თვისებებს. რეაქციის შედეგად წარმოიქმნება მარილი კალას ნიტრატი (II):
3Sn + 8HNO3 разб. = 3Sn(NO3)2 + 2NO + 4H2O.
კალას გახურებისას, ტყვიის მსგავსად, შეუძლია რეაგირება ტუტეების წყლიან ხსნარებთან. ამასთან გამოიყოფა წყალბადი და წარმოიქმნება ჰიდროქსოკომპლექსი Sn (II), მაგალითად:
Sn + 2KOH +2H2O = K2[Sn(OH)4] + H2
კალას ჰიდრიდი — სტანანი SnH4 — შეიძლება მიღებულ იქნას რეაქციით:
SnCl4 + Li[AlH4] = SnH4 + LiCl + AlCl3.
ეს ჰიდრიდი ძალიან არამდგრადია და ნელა იშლება უკვე 0 °C.
კალას პასუხობს ორი ოქსიდი SnO2 (წარმოიქმნება კალას მჟავეების გაუწყლოებისას) და SnO. ბოლო შეიძლება მივიღოთ კალას ჰიდროქსიდის (II) Sn(OH)2 ნელი გაცხელებით ვაკუუმში:
Sn(OH)2 = SnO + H2O
კალას ოქსიდის (II) ძლიერი გახურებით დისპროპორციონირდება:
2SnO = Sn + SnO2
ჰაერზე შენახვისას კალას მონოქსიდი SnO თანდათან იჟანგება:
2SnO + O2 = 2SnO2.
კალას (IV) მარილების ხსნარების ჰიდროლიზის დროს წარმოიქმნება თეთრი ნალექი - ეგერთ წოდებული a-კალას მჟავა:
SnCl4 + 4NH3 + 6H2O = H2[Sn(OH)6] + 4NH4Cl.
H2[Sn(OH)6] = a-SnO2·nH2O + 3H2O.
ახლად მიღებული a-კალას მჟავა იხსნება მჟავებში და ტუტეებში:
a-SnO2·nH2O + KOH = K2[Sn(OH)6],
a-SnO2·nH2O + HNO3 = Sn(NO3)4 + H2O.
შენახვისას a-კალას მჟავა ბერდება, კარგავს წყალს და გადადის b-კალას მჟავაში, რომელიც გამოირჩევა დიდი ქიმიური ინერტულობით. თვისებების ეს ცვლილებებს უკავშირებენ აქტიური HO-Sn დაჯგუფებების რიცხვის შემცირებას, მათი დგომისა და შეცვლაზე უფრო მეტად ინერტული -Sn-O-Sn- კავშირებით.
კალას მარილების ხსნარებზე Sn(II) სულფიდების ხსნარების ზემოქმედებით გამოიყოფა ნალექი კალას სულფიდი(II):
ეს სულფიდი შეიძლება ადვილად დაიჟანგოს SnS2 მდე, ამონიუმის პოლისულფიდის ხსნარით:
წარმოქმნილი დისულფიდი SnS2 იხსნება ამონიუმის სულფიდის (NH4)2S ხსნარში:
SnS2 + (NH4)2S = (NH4)2SnS3.
ოთხვალენტიანი კალა ქმნის კალაორგანული ნაერთების ფართო კლასს, რომელიც გამოიყენება ორგანული სინთეზისას, როგორც პესტიციდები და სხვა.
13,2 °C ტემპერატურაზე ქვემოთ მიმდინარეობს კალას კუთრი მოცულობის ზრდა 25,6 %-ით, და ის სპონტანურად გადადის სხვა ფაზურ მდგომარეობაში — ნაცრისფერი კალა (α-Sn), კრსტალურ მესერში რომელშიც ატომები განლაგებულნი არიან ნაკლებად მჭიდროდ. ერთი მოდიფიკაცია გადადის სხვაში ისე სწრაფად როგორც უფრო ნაკლებია გარემოს ტემპერატურა. ტემპერატურისას −33 °C გარდაქმნის სიჩქარე მაქსიმალურია. კალა იმსხვრევა და გარდაიქმნება ფხვნილად. ასევე თეთრი და ნაცრისფერი კალას ურთიერთშეხებისას ხდება უკანასკნელის „დასნეულება“. ამ მოვლენების ერთიანობას უწოდებენ „კალას ჭირს“. ამ ფაზური გადასვლის მეცნიერული შესწავლა დაიწყეს 1870 წ. პეტერბურგელი მეცნიერის ი. ფრიცშეს მიერ. დადგენილია რომ, ეს პროცესი არის თეთრი კალას ალოტრიპული გარდაქმნა ნაცრისფერ კალად, ალმასის ტიპის სტრუქტურით.
თეთრი კალა — მოვერცხლისფრო-თეთრი, ბზინვარე ლითონია სპეციფიკური ტეტრაგონალური სტრუქტურით და ელექტრონული s2p2-მდგომარეობით — β-ფაზით. ნაცრისფერი კალა — კოვალენტური კრისტალი ალმასის სტრუქტურით და ელექტრონული sp3-მდგომარეობით — α-ფაზით. კალას ფაზურ გადასვლას თეთრიდან ნაცრისფერში და უკუ თან ახლავს ელექტრო სტრუქტურის გარდაქმნით და ძლიერი (26,6 %) მოცულობითი ეფექტი. თეთრი კალა შეიძლება გაცივებულ იქნას გელურ ტემპერატურამდე (ფაზური α-β-წონასწორობის ტემპერატურა მიახლოებით არის +13,2 °C).
ლიტერატურაში გვხვდება მითითება, იმაზე რომ კალა რომელიც სინჯარაში ხვდება, სადაც ოდესმე იყო საინფექციო ნივთიერება, „დასნებოვნდება“! ნაჩვენებია ექსპერიმენტალურად, რომ თუ რამდენიმე დღეღამით (ოთახის ტემპერატურის დროსაც) მინაზე დავდებთ InSb კრისტალს, მისი აღების შემდეგ ის ინარჩუნებს „მეხსიერებაში“ მის იქ ყოფნას. ეს მინა „ასნეულებს“ თეთრი კალას ნიმუშს. მაგრამ არა უცებ, არამედ რამდენიმე დღის შემდეგ. და არა 100 %-ით ალბათობით. მინის ტემპერატურის მომატებასთან ერთად მკვეთრად იზრდება „ინკუბაციის პერიოდი“ და ეცემა „დასნებოვნების“ ალბათობა. ფირფიტის გარეცხვა წყლით, სპირტით და სხვა წყლის მშთანთქავი ნივთიერებებით ასევე „შლიან“ ამ „მეხსიერებას“. არსებობს ასევე კიდევ ერთი კარგი მოვლენა, დამახასიათებელი „კალას ჭირისათვის“, — ესაა თეთრი კალას „მეხსიერება“ იმის შესახებ რომ, ის ოდესღაც გადადიოდა ნაცრისფერში. ი. ფრიცშემ ჯერ კიდევ 1870 წ. შენიშნა რომ, თეთრი კალა, მიღებული ნაცრისფერი კალას გახურებით, მეორეჯერ გაცივებისას ნაცრისფერ კალად უფრო ადვილად გარდაიქმნება, ვიდრე პირველად. ნიმუში თითქოსდა „იხსენებს“ წინარეისტორიას, რის გამოც ეს მოვლენა, საკმაოდ ფართოდაა ცნობილი, ჩვეულებრივ მას უწოდებენ „მეხსიერებას“. კოენმა „კალას ჭირის“ ერთ-ერთი ნიშნად მიიჩნია კალას „გაფუჭება“ „გამოჯანმრთელების“ შემდეგ[14].
ერთ-ერთი შესაძლებლობას „კალას ჭირის“ თავიდან ასაცილებლად წარმოედგენს კალას შემადგენლობაში სტაბილიზატორების დამატება, მაგალითად ბისმუტის.
საინტერესო ფაქტები:
კალას ჯარისკაცების მასიური გამოჩენა როგორც სათამაშო განეკუთვნება XVI ს., როდესაც ნიუნბერგის მცხოვრებმა ერნსტ ჰენრიხსენმა საფუძველი ჩაუყარა სათამაშო ფიგურების დამზადებას გარკვეული მასშტაბით. კალა კი როგორც მასალა გამოიყენეს XVIII ს-ნის ბოლოს, მის შემდეგ როდესაც გაჩნდა იაფი ფაიანსის ჭურჭელი, და ბევრი ჩამომსხმელი, რომლებმაც დაკარგეს შეკვეთები სასადილო ჭურჭლეულზე, გადაერთვენ კალას ჯარისკაცების და მინიატურების წარმოებაზე.
გერმანიის იმპერიის გაჩენის შემდეგ ბაზარი აავსო პრუსიის არმიის ყველა ეპოქის ჯარისკაცების ფიგურებმა. როგორ არ გამოსახავდნენ მათ: აღლუმზე, ლაშქრობაზე, ბრძოლაში. პირველი მსოფლიო ომის დროს გამოჩნდა სხვადასხვაგვარი აქსესუარები: საარტილერიო ქვემეხები, სატვირთო მანქანები, სამხედრო ხომალდები და სხვა.
ბუნებრივი კალა შედგება ათი სტაბილური ნუკლიდისაგან მასური რიცხვით 112 (ნარევში წონის 0,96 %), 114 (0,66 %), 115 (0,35 %), 116 (14,30 %), 117 (7,61 %), 118 (24,03 %), 119 (8,58 %), 120 (32,85 %), 122 (4,72 %) და 124Sn (5,94 %). ამ ელემენტს გააჩნია ყველაზე მეტი რაოდენობის სტაბილური იზოტოპები, რაც დაკავშირებულია იმ ფაქტთან რომ, 50 (კალას ბირთვის პროტონების რიცხვი) წარმოადგენს მაგიურ რიცხვს — ის ქმნის შევსებულ მჭიდრო გარსს ბირთვში და ამით ამაღლებს კავშირის ენერგიას და ბირთვის სტაბილურობას.
კალას იზოტოპები 117Sn და 119Sn არიან მიოსბაუერის იზოტოპები და გამოიყენება გამა-რეზონანსულ სპექტროსკოპიაში.
ლითონური კალა არატოქსიკურია, რაც იძლევა საშუალებას ის გამოყენებულ იქნას კვების მრეწველობაში. მავნე მინარევები, რომელსაც შეიცავს კალა შენახვისა და გამოყენების ჩვეულებრივ პირობებში, მათ შორის შენადნობებში 600 °С-მდე, არ გამოიყოფიან სამუშაო ზონის ჰაერში, ზღვრულ დასაშვებ ნორმაზე მეტი ვიდრე გათვალისწინებულია სახ. სტანდარტით. დიდი ხნის განმავლობაში (15—20 წლის განმ.) კალას მტვრის ზემოქმედება იწვევს ფილტვებზე ფიბროგენულ ზემოქმედებას და შეიძლება გამოიწვიოს პნევმოკონიოზით დაავადება.
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.