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锡是一种化学元素，符号为 Sn（来自拉丁语：stannum），原子序数为50。锡是一种银色金属。锡足够软，可以用很小的力切割，并且可以用手轻轻弯曲一条锡。弯曲时，由于锡晶体的孪生，可以听到所谓的“锡哭声”；这种特性与固态的铟、镉、锌和汞共有。 纯锡凝固后呈现出与大多数金属相似的镜面外观。在大多数锡合金（例如锡合金）中，金属凝固时呈暗灰色。
锡是元素周期表第14族的后过渡金属。它主要从矿物锡石中获得，其中含有氧化锡，SnO 。 2. 锡与第14族的相邻元素锗和铅具有化学相似性，并且具有两种主要的氧化态，+2和稍微稳定的 +4。锡是地球上第49位最丰富的元素，拥有10种稳定同位素，是元素周期表中稳定同位素数量最多的元素，要归功于其神奇的质子数。 它有两个主要的同素异形体：在室温下，稳定的同素异形体是β-锡，一种银白色的可锻金属；在低温下，它是密度较小的灰色α-锡，具有金刚石立方结构。金属锡在空气和水中不易氧化。 第一种大规模使用的锡合金是青铜，早在公元前 3000年就由1/8锡和7/8铜制成。公元前600年后，生产出纯金属锡。白镴是一种由85% 至90%的锡组成的合金，其余部分通常由铜、锑、铋，有时还有铅和银组成，自青铜时代以来一直用于制作餐具。 在现代，锡用于许多合金中，最显着的是锡/铅软焊料，通常含锡量为 60% 或更多，并用于制造透明导电薄膜 氧化铟锡在光电应用中的应用。另一个大的应用是钢的耐腐蚀镀锡。由于无机锡的低毒性，镀锡钢作为锡罐广泛用于食品包装。一些有机锡化合物可能具有剧毒。 物理特点： 锡是一种柔软、有延展性、延展性和高度结晶的银白色金属。当一根锡条被弯曲时，可以从晶体的孪晶中听到一种被称为“锡哭”的噼啪声。锡的熔化温度约为232°C (450°F)，是第14组中最低的。对于11 nm 颗粒，熔点进一步降低至177.3 °C (351.1 °F)。 β-锡，金属形式或白锡，具有BCT结构，在室温及以上温度下稳定，具有延展性。α-锡，非金属形式或灰锡，在13.2°C (55.8°F) 以下稳定且易碎。α-锡具有金刚石立方 晶体结构，类似于金刚石、硅或锗。α-锡没有金属特性，因为它的原子形成共价结构，其中电子不能自由移动。α-锡是一种暗灰色粉末材料，除了专门的半导体应用外，没有其他常见用途。γ-锡和σ-锡存在于161 °C (322°F) 以上的温度和几个GPa以上的压力下。 在寒冷条件下，β-锡往往会自发转变为α-锡，种现象被称为“锡害”或“锡病”。一些无法证实的消息来源还说，在1812年拿破仑的俄国战役期间，气温变得如此寒冷，以至于士兵制服上的锡扣随着时间的推移而解体，导致了大陆军的失败， 一个永恒的传奇。 α-β 转变温度为13.2°C (55.8°F)，但杂质（例如 Al、Zn 等）使其低于 0°C (32°F)。添加锑或铋后，可能根本不会发生转变，从而提高了耐用性。 商业级的锡（99.8%的锡含量）由于含有少量铋、锑、铅和银杂质的抑制作用而能抵抗转变。铜、锑、铋、镉和银等合金元素增加了锡的硬度。锡很容易形成通常不受欢迎的坚硬、易碎的金属间化合物相。它不会与大多数金属和元素混合到溶液中，因此锡没有太多的固溶度。锡与铋、镓、铅、铊和锌混合良好，形成简单的共晶体系。 锡成为低于 3.72 K 的超导体，并且是最早被研究的超导体之一。迈斯纳效应是超导体的特征之一，最早是在超导锡晶体中发现的。 化学 锡可以抵抗水的腐蚀，但会被酸和碱腐蚀。锡可以高度抛光并用作其他金属的保护层，保护性氧化物（钝化）层可防止进一步氧化。锡充当催化剂，触发含氧溶液的化学反应，并有助于提高化学反应的速度。 同位素 锡有十种稳定同位素，是所有元素中数量最多的。锡的同位素具有112、114、115、116、117、118、119、120、122和124的原子质量。120Sn 几乎占所有锡的三分之一；118Sn 和116Sn 也很常见，而115 Sn 是最不常见的稳定同位素。质量数为偶数的同位素没有核自旋，而质量数为奇数的同位素的自旋为1/2。锡是最容易通过NMR 光谱检测和分析的元素之一，它依赖于分子量，其化学位移以SnMe为大量稳定同位素被认为是锡的原子序数为50的直接结果，是核物理学中的“魔数”。 锡有 31 种不稳定同位素，质量数从99到139不等。除了126Sn的半衰期为23 万年之外，不稳定的锡同位素的半衰期不到一年。100Sn和132Sn是少数具有“双重魔力”原子核的核素中的两种，尽管它们不稳定，但由于它们的中子质子比非常不均匀，是比100Sn轻和比132Sn重的锡同位素的端点。稳定性差很多。另有 30种亚稳态异构体已确定111 和131之间的锡同位素，最稳定的是121m Sn，半衰期为43.9年。 锡的稳定同位素数量的相对差异可以通过它们在恒星核合成过程中的形成方式来解释。116Sn 到120Sn在大多数恒星的s过程（慢中子俘获）中形成，导致它们是最常见的锡同位素，而122Sn 和124Sn 仅在r过程中形成（快速中子俘获）在超新星中并不常见。锡同位素117Sn 至120Sn 也在r过程中产生。112Sn、114Sn 和115 Sn在s或r过程中不能大量制造，并且属于p 核，其起源尚不清楚。关于它们的形成的一些想法包括质子捕获和光分解，115 Sn 可能在s过程中直接部分产生，也可以作为长寿命115 In的女儿。 历史 锡的提取和使用可以追溯到公元前3000年左右的青铜时代初期，当时人们观察到由不同金属含量的多金属矿石形成的铜制品具有不同的物理性质。最早的青铜器物的锡或砷含量低于2%，据信，是由于铜矿石中的微量金属含量而无意合金化的结果。向铜中添加第二种金属可提高其硬度，降低熔化温度，并通过产生流动性更强的熔体来改进铸造工艺，该熔体冷却成更致密、海绵状更少的金属。 这是一项重要的创新，它允许在青铜时代的封闭模具中铸造更复杂的形状。含砷青铜器最早出现在近东，那里的铜矿石中通常含有砷，但很快就意识到了健康风险，并且在青铜时代早期就开始寻找危险性低得多的锡矿石来源。，创造了对稀有锡金属的需求，并形成了一个贸易网络，将遥远的锡来源与青铜时代文化的市场联系起来。 锡石（SnO2)，锡的氧化物形式，很可能是锡的原始来源。其他锡矿石是不太常见的硫化物，例如锡矿，需要更复杂的冶炼过程。锡石通常作为砂矿沉积物堆积在冲积通道中，因为它比伴随的花岗岩更硬、更重且更耐化学腐蚀。锡石通常呈黑色或深色，在河岸很容易看到，些沉积物。冲积（砂矿）沉积物可能通过类似于淘金的方法偶然收集和分离。 化合物和化学 在其绝大多数化合物中，锡的氧化态为 II 或 IV。 无机化合物 已知卤化物具有两种氧化态。对于 Sn(IV)，所有四种卤化物都是众所周知的：SnF4、SnCl4、SnBr4和SnI4。三个较重的成员是挥发性分子化合物，而四氟化物是聚合的。所有四种卤化物也因 Sn(II) 而闻名：SnF2、SnCl 2， SnBr2， 和SnI2。都是聚合固体。在，八种化合物中，只有碘化物是有色的。 氯化锡（II）（也称为氯化亚锡）是最重要的商业卤化锡。举例说明，些化合物的途径，氯与金属锡反应生成 SnCl4而盐酸和锡的反应生成SnCl 2和氢气。或者，SnCl4和Sn 通过称为比例化的过程结合成氯化亚锡： SnCl 4 + Sn → 2 SnCl 2 锡可以形成许多氧化物、硫化物和其他硫属化物衍生物。二氧化锡2（锡石）在空气中加热锡时形成。锡）2是两性的，这意味着它溶于酸性和碱性溶液。锡酸盐，结构为 [ Sn(OH)6] 2− , 像K2[锡(OH)6]，虽然游离的锡酸H2[锡(OH)6] 未知。锡的硫化物以 +2 和 +4 氧化态存在：硫化锡 (II)和硫化锡 (IV)（镶嵌金）。 氢化物 锡烷( SnH4)，锡处于 +4 氧化态，是不稳定的。然而，有机锡氢化物是众所周知的，例如氢化三丁基锡(Sn(C 4 H 9 ) 3 H)。这些化合物释放瞬态三丁基锡自由基，这是锡（III）化合物的罕见例子。 有机锡化合物 有机锡化合物，有时称为锡烷，是具有锡碳键的化合物。在锡化合物中，有机衍生物是商业上最有用的。[39]一些有机锡化合物具有剧毒，已被用作杀生物剂。第一个被报道的有机锡化合物是二乙基二碘化锡 ((C 2 H 5 ) 2 SnI 2 )，由Edward Frankland在 1849年报道。 大多数有机锡化合物是对空气和水稳定的无色液体或固体。它们采用四面体几何形状。可以使用格氏试剂制备四烷基和四芳基锡化合物： 氯化锡4+ 4 RMgBr → R4Sn + 4 MgBrCl 混合卤化物-烷基化合物，比四有机衍生物更常见，商业上更重要，是通过再分布反应制备的： 氯化锡4+ R4锡→ 2 SnCl22 _ 二价有机锡化合物并不常见，但比相关的二价有机锗和有机硅化合物更常见。Sn(II) 所享有的更大稳定性归因于“惰性对效应”。有机锡（II）化合物包括亚锡烷基（分子式：R 2 Sn，如单线态卡宾所示）和亚锡烷基（R 4 Sn 2），它们大致相当于烯烃。两个类别都表现出不寻常的反应。 锡的产生 锡是通过中低质量恒星（质量为太阳质量的0.6至10倍）中的长s过程产生的，最后是通过铟的重同位素的β衰变产生的。锡是地壳中第49位最丰富的元素，含量为2ppm，而锌为75ppm，铜为50ppm，铅为14ppm。 锡不是天然元素，而是必须从各种矿石中提取。锡石（SnO2)是唯一商业上重要的锡来源，尽管少量的锡是从复杂的硫化物中回收的，例如锡矿、圆柱石、方铅矿、坎菲尔石和铁铝石。含锡矿物几乎总是与花岗岩有关，通常氧化锡含量为1%。 由于二氧化锡的比重较高，开采的锡中约有80%来自原生矿脉下游的次生矿床。锡通常是从过去冲到下游并沉积在山谷或大海中的颗粒中回收的。最经济的锡矿开采方式是疏浚、液压开采或露天矿。世界上大部分锡是由砂矿沉积物生产的，其中锡含量可能低至0.015%。 2011年的锡开采量约为253，000吨，主要分布在中国（110，000吨）、印度尼西亚（51，000吨）、秘鲁（34，600吨）、玻利维亚（20，700吨）和巴西（12，000吨）。对锡产量的估计历来因市场和采矿技术而异。据估计，按照目前的消费速度和技术，地球将在40年内耗尽可开采的锡。2006年，根据保守估计的2%年增长率，LesterBrown建议锡可能在20年内用完。 废锡是金属的重要来源。通过再循环回收锡正在迅速增加。尽管美国既没有开采（自1993年以来）也没有冶炼（自1989年以来）锡，但它是最大的二次生产国，2006年回收了近14，000吨。据报道，蒙古有新矿床，2009年，哥伦比亚发现了新的锡矿床。 生产 锡是通过氧化矿石与碳或焦炭的碳热还原来生产的。反射炉和电炉都可以使用。 工业 2007年，全球最大的10家公司生产了世界上大部分的锡。世界上大部分锡在LME交易，来自8个国家，有17个品牌。国际锡业委员会成立于1947年，旨在控制锡的价格。它于1985年解体。1984年，锡生产国协会成立，成员包括澳大利亚、玻利维亚、印度尼西亚、马来西亚、尼日利亚、泰国和扎伊尔。 价格和交换 锡在矿产商品中是独一无二的，因为生产国和消费国之间的复杂协议可以追溯到1921年。早期的协议往往有些非正式，并导致了1956年的“第一个国际锡协议”，是一系列有效崩溃中的第一个1985年。通过，些协议，国际锡业理事会(ITC)对锡价产生了相当大的影响。 ITC在低价时期通过购买锡作为缓冲库存来支持锡价，并能够在高价时期通过从库存中出售来抑制价格。，是一种反自由市场的做法，旨在确保有足够的锡流入消费国，并为生产国带来利润。然而，缓冲库存不够大，在，29年的大部分时间里，锡价上涨，有时甚至大幅上涨，特别是从1973年到1980年，当时猖獗的通货膨胀困扰着许多世界经济体。 在1970年代末和1980年代初，美国减少了其战略锡库存，部分是为了利用历史高位的锡价。1981-82年的经济衰退损害了锡业。锡消费急剧下降。ITC能够通过加速购买其缓冲库存来避免真正的急剧下滑；，项活动需要大量借款。ITC继续借款，直到1985年底达到其信用额度。 紧接着，一场重大的“锡危机”接踵而至——锡在伦敦金属交易所被退市约三年。此后不久，ITC解散，现在处于自由市场环境中的锡价格跌至每磅4美元，并在1990年代保持在该水平附近。到2010年，随着2007-2008年经济危机后的消费反弹，价格再次上涨，伴随着补货和消费的持续增长。 伦敦金属交易所(LME)是锡的主要交易场所。其他锡合约市场是吉隆坡锡市场（KLTM）和印度尼西亚锡交易所（INATIN）。 由于受2021年全球供应链危机的影响，锡价在2020-21年间几乎翻了一番，并创下30多年来的最大年度涨幅。国际锡业协会估计，由于COVID-19疫情扰乱了全球制造业，继2020年下降1.6%之后，2021年全球精炼锡消费量将增长7.2%。 |
