物理

[元素周期表] 锡

锡 (Tin)

基本信息

• 元素符号: Sn

• 原子序数: 50

• 原子量: 118.710

• 位置: 位于元素周期表第五周期，第14族（IVA族），属于贫金属（后过渡金属），位于锗和铅之间。

• 电子构型: [Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p²

原子结构

• 电子特征: 5s轨道满电子，5p轨道两个电子。常见氧化态为+2、+4，其中+4更稳定。Sn(II)具有还原性，易被氧化为Sn(IV)。

• 天然同位素: 由¹¹²Sn、¹¹⁴Sn、¹¹⁵Sn、¹¹⁶Sn、¹¹⁷Sn、¹¹⁸Sn、¹¹⁹Sn、¹²⁰Sn、¹²²Sn、¹²⁴Sn十种稳定同位素组成，是自然界中稳定同位素数量最多的元素之一。

物理性质

• 外观: 银白色金属（β锡），表面具有明亮的金属光泽。

• 同素异形体: 存在两种主要同素异形体——灰锡（α锡，金刚石立方结构，粉末状）和白锡（β锡，四方晶系金属）。转化温度约13.2°C。低温下白锡可自发转化为灰锡，并伴随体积膨胀和金属粉碎（“锡疫”）。

• 密度: 白锡7.29 g/cm³，灰锡约5.77 g/cm³。

• 熔点与沸点: 熔点231.9°C，沸点2602°C。熔点低于铅高于锗。

• 机械性能: 质地柔软，具有良好的延展性，可轧制成极薄的锡箔（锡纸）。弯曲时会发出特有的“锡叫”声。

化学性质

• 常温稳定性: 常温下在空气中稳定，表面形成极薄的氧化锡保护层（SnO₂）。在潮湿空气中长期暴露可生成疏松的氧化膜，失去金属光泽。

• 高温氧化: 加热至熔点以上时与氧气反应生成氧化锡（SnO₂，白色）。

• 酸溶性: 易溶于浓盐酸（生成SnCl₂和氢气），可溶于稀硫酸和热浓硫酸，与稀硝酸反应缓慢。浓硝酸可使锡表面钝化生成不溶性偏锡酸（H₂SnO₃）。

• 碱反应: 具有两性，可溶于强碱溶液生成锡酸盐（如Na₂SnO₃）并放出氢气。

• 化合物特征: 氯化亚锡（SnCl₂）是强还原剂，易被氧化；氯化锡（SnCl₄）是无色发烟液体。硫化锡（SnS₂）呈金黄色（“金粉”），曾用作颜料。

存在与制备

• 自然丰度: 地壳中丰度约2.2 ppm，在常见金属中属于中等丰度。

• 主要矿石:

  1. 锡石（SnO₂）: 最主要的工业锡矿物。
  2. 硫锡铅矿、黄锡矿等少量次生矿物。

• 制备方法: 锡石经破碎、重力选矿富集→碳还原焙烧（反射炉或电炉）→粗锡精炼（熔析法、电解精炼）得精锡。

安全与环境

• 低毒性: 金属锡本身无毒，被广泛用于食品包装（马口铁）和餐具。无机锡化合物（如SnCl₂、SnCl₄）毒性较低。

• 有机锡毒性: 有机锡化合物（如三丁基锡TBT、三苯基锡TPT）具有高毒性。这类化合物曾广泛用于船舶防污涂料，对海洋生物（尤其是贝类、螺类）的内分泌系统有严重干扰作用（性畸变现象），目前已被全球多国限制或禁用。

• 锡疫现象: 低温环境下白锡转化为灰锡的相变过程可导致锡制品粉化失效。该现象历史上曾造成低温地区锡制管风琴、锡器损坏的案例。

• 职业防护: 锡冶炼和加工过程中产生的锡粉尘长期吸入可能引起良性尘肺（锡末沉着症），一般无明显肺功能损害，但需控制粉尘浓度。

• 环境行为: 无机锡在环境中迁移性较弱，有机锡化合物具有生物富集性和持久性，是受关注的环境污染物。

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