TỔNG QUAN VỀ THIẾC

II.1. Tính chất

Thiếc là kim loại mềm, có màu trắng bạc, dễ dát thành lát mỏng 0,005mm. Sn được ưa chuộng trong kỹ thuật và đời sống do Sn có sức chống ăn mòn cao, muối Sn không độc, Sn dễ nấu chảy và có thể luyện thành hợp kim cao cấp.

Khoáng vật Cassiterit (SnO₂) 

II.2. Đặc điểm khoáng vật

Thiếc tồn tại trong khoáng vật thuộc các nhóm oxit, sulfostanat, sulfur, silicat, borat và niobat. Khoáng vật quan trọng nhất của thiếc là cassiterit (SnO₂) chứa 69-78 % Sn, Stannit (Cu₂FeSnS₄) chứa 19-24 % Sn, tilit (PbSnS₂) chứa 30,4 % Sn, cylinđrit (Pb₃Sn₄Sb₂S₁₄) chứa khoảng 25,12 % Sn, franckeit (Pb₃Sn₄Sb₂S₁₄) chứa từ 9,5 - 17,1 % Sn. Tuy nhiên, chỉ có cassiterit và Stannit là tạo thành tụ khoáng. Cassiterit là khoáng vật bền vững trong điều kiện phong hóa, do vậy có thể tạo nên những mỏ sa khoáng lớn, ngược lại Stannit rất dễ bị phá hủy, cho nên chỉ tồn tại trong quặng gốc.

Cassiterit (SnO₂) với thành phần: Sn = 78,62%; O = 21,38%;  tỷ trọng 6,8 – 7,1; độ cứng   6 – 7 . Trong thực tế luôn có Fe, Mn, Ta, Nb, In, Ge, Be, Zr, SiO₂ đôi khi có cả V, Ni, Sb, Se… Tinh thể có dạng lăng trụ thường hình kim đôi khi có dạng tháp đôi. Các mặt lăng trụ thường vết thẳng đứng, còn các mặt của hình tháp lại có vết khía song song với các cạnh của chúng. Rất hay gặp các song tinh cassiterit. Ngoài dạng kết tinh, còn có dạng khác của cassiterit, đó là dạng thiếc thớ gỗ. Thiếc thớ gỗ thường có dạng nhũ hình quả lê, hình giọt nước với cấu tạo tỏa tia đồng tâm do các gel SnO­₂ đông kết.

Stannit (Cu₂FeSnS₄) với thành phần lý thuyết: Cu = 29,6%, Fe = 13%, Sn = 27,6%, S = 29,8%; tỷ trọng 4,3 – 5,2; độ cứng 3 – 4. Hàm lượng thiếc thực tế biến động từ 24,08 – 29,08%; thường có Zn (đến 8,71%), Cd (đến 0,83%), Bi (đến 0,2%), Sb (0,2%), đôi khi có Pb và Ag. Stannit thường rất ít gặp so với cassiterit; nó thường chỉ có mặt trong các thành tạo quặng thiếc thuộc thành hệ cassiterit – sulfur. Ngoài ra, người ta còn tìm thấy gần 40 khoáng vật khác nhau có chứa thiếc, tuy nhiên các khoáng vật này ít phổ biến, và nếu có thì cũng không đủ hàm lượng để khai thác công nghiệp. Hàm lượng thiếc tùy thuộc vào thành phần hóa học của khoáng vật.

BảngII.1. Bảng thống kê các khoáng vật chứa thiếc

Tên khoáng vật	Công thức khoáng vật	Tỷ trọng	Độ cứng	Hàm lượng thiếc      (%)
Cassiterite	SnO2	6.4 – 7.1	6 – 7	78.77
Oulankaite	(Pd,Pt)5(Cu,Fe)4SnTe2S2	10.27	3.5 – 4	8.94
Canfieldite	Ag8SnS6	6.28	2.5	10.11
Kuramite	Cu3SnS4	4.56	5	27.13
Ferrokesterite	Cu2(Fe,Zn)SnS4		4	27.46
Stannite	Cu2FeSnS4	4.3 – 4.5	3.5 – 4	27.61
Kesterite	Cu2(Zn,Fe)SnS4	4.54 – 4.59	4.5	32.65
Cernyite	Cu2CdSnS4	4.776	4	24.40
Velikite	Cu2HgSnS4	5.45	4	20.66
Hocassiteritrtite	Ag2FeSnS4	4.77	4	22.89
Pirtquitasite	Ag2ZnSnS4	4.822	4	22.48
Sakuraiite	(Cu,Zn,Fe,In,Sn)4S4		4	2.8
Petrukite	(Cu,Fe,Zn)2(Sn,In)S4	4.61	4.5	25.00
Rhodostannite	Cu2FeSn3S8		4	41.83
Toyohaite	Ag2FeSn3S8	4.94	4	40.28
Stannoidite	Cu8Fe3Sn2S12	4.29	4	18.29
Volfsonite	Cu10Cu2+Fe2+Fe3+2Sn3S16		4	20.52
Chatkalbitite	Cu6FeSn2S8	5	4.5	25.50
Mawsonite	Cu6Fe2SnS8	4.66	3.5 – 4	13.67
Hemuscovitsite	Cu6SnMoS8	4.47	4	13.93
Kiddcreekite	Cu6SnWS8		4	12.62
Vinciennite	Cu10Fe4Sn(As,Sb)S16	4.29	4.5	7.47
Nekrasovite	Cu26V2(Sn,As,Sb)6S32	4.62	4.5 – 5	10.39
Colusite	Cu12V(As,Sb,Sn,Ge)3S16	4.2	3 – 4	4.26
Stibiocolusite	Cu13V(Sb,As,Sn)3S16		4 – 4.5	2.20
Herzenbergite	SnS	5.197	2	78.73
Stistaite	SnSb	6.91	3	49.37
Mohite	Cu2SnS3	4.86	4	34.71
Tealbitlite	PbSnS2	6.4	1.5 – 2	30.44
Sulfurredaite	PbSnS3	5.54 – 5.88	2.5 – 3	30.41
Potosiite	Pb6Sn2FeSb2S14	6.2	2.5	10.65
Levyclaudite	Pb8Sn7Cu3(Bi,Sb)3S28		2.5 – 3	19.97
Franckeite	(Pb,Sn)6FeSn2Sb2S14	5.5 – 5.9	2.5	13.68
Cylindrite	Pb3Sn4FeSb2S14	5.4 – 5.42	2.5	25.74
Yuanjiangite	AuSn	11.7 – 11.9	3.5 – 4	37.60
Ottemannite	Sn2S3	4.835	2	71.17
Berndtite	SnS2	4.5	1 – 2	64.92
Vurroite	Pb21SnAs11Bi11S50Cl8Se			1.24

II.3. Đặc điểm địa hóa

Thiếc có tên Latinh là stannum, ký hiệu Sn, là nguyên tố hóa học nhóm IV trong hệ thống tuần hoàn Mendeleev.

Thiếc kim loại có màu trắng bạc, kết tinh ở dạng tứ diện. Khối lượng nguyên tử 118,69. Trọng lượng riêng 7,3g/cm³. Nhiệt độ chảy 231,9ºC. Nhiệt độ sôi 2270ºC. Thiếc thuộc kim loại khan hiếm.

Thiếc có hai dạng thụ hình là αSn và βSn. Ở nhiệt độ thường, thiếc tồn tại ở dạng βSn, đó là một loại thiếc trắng mà mọi người đều biết. Ở nhiệt dộ dưới +13,2 ºC, αSn bền hơn, là một loại bột dạng tinh thể rất mịn có màu xám. Thiếc trắng (βSn) biến thành thiếc xám (αSn) xảy ra rất nhanh ở nhiệt độ -33 ºC. Quá trình biến hóa đó mang một cái tên hình tượng là “bệnh dịch hạch thiếc”.

Sn có trị số Clack 2,5.10^-4%. Sn có 10 đồng vị với mức độ phổ biến %: Sn¹¹²  - 0,96%; Sn¹¹⁴  -  0,66%; Sn¹¹⁵  - 0,35%; Sn¹¹⁶ - 14,3%; Sn¹¹⁷ - 7,61%; Sn¹¹⁸ - 24,04; Sn¹¹⁹ - 8,58%; Sn¹²⁰ - 32,85%; Sn¹²² - 4,72%; Sn¹²⁴ - 5,94%.

Thiếc có tính bền hóa học cao, trong đá magma axit cao hơn đá mafic. Ở nhiệt độ dưới   100 ºC thiếc không bị oxy hóa, ở bề mặt bị phủ một lớp mỏng SnO₂. Thiếc đẩy hydro rất chậm từ dung dịch pha loãng H₂SO₄ và HCl, tan nhanh trong H₂SO₄ nóng đậm đặc và kiềm đậm đặc, tan trong HNO₃ ngay cả trong dung dịch nóng và nguội. Trong các hợp chất, thiếc có hóa trị Sn⁴⁺ và Sn²⁺. Trong điều kiện nội sinh, thiếc di chuyển được nhờ có F và B liên quan với hoạt động magma axit.

Thiếc là nguyên tố linh động, dễ di chuyển vì bản chất hai mặt, vừa là ion dương trong muối đơn và phức, vừa là ion âm trong stanat và sulfostanat, nên dung dịch chứa thiếc có thể di chuyển đi xa lên phần trên của vỏ Trái đất. Có lẽ vì thế mà khoáng hoá thiếc liên quan với magma axit có thể đi lên phần cao nhất của vỏ Trái đất, tồn tại trong vỏ sial, hoặc đến phần nóc của thể magma liên quan với chúng. Ở dưới sâu bên dưới vỏ sial, các đá magma nghèo hoặc không có thiếc (Sn – deficient magma).

Thiếc là nguyên tố lưỡng tính, vừa có tính ưa đá vừa có tính ưa đồng. Kích thước bán kính ion Sn⁴⁺ (0,074mm) gần với kích thước bán kính ion Nb⁵⁺, Ta⁵⁺, và Ti⁴⁺ nên thường tạo thành những hỗn hợp đồng hình trong các titanat và tatalo – niobat cũng như dưới dạng hỗn hợp đồng hình của thiếc trong quặng xám (đến 1,5%).

Tính ưa đá của thiếc thể hiện ở sự thường xuyên có mặt trong các khoáng vật tạo đá như biotit, muscovit, felspat, sphen, hiếm hơn còn gặp trong amphibol, pyroxen, granat.

Trong môi trường axit tính ưa đồng thể hiện ở sự tham gia của Sn⁴⁺ trong các phức anion thành tạo stanat và sulfostanat. Ngoài ra thiếc còn có mặt trong các hợp phần của bor (gunsit, nordensendin…) và các khoáng vật skarn khác.

THÔNG TIN KHÁC

Thiếc,  50Sn
Tính chất chung
Tên, ký hiệu	Thiếc, Sn
Phiên âm	/ˈtɪn/
Hình dạng	Có hai màu tùy cấu trúc phân tử là bạc (dạng beta) hay xám (dạng alpha)
Thiếc trong bảng tuần hoàn
Ge ↑ Sn ↓ Pb Indi ← Thiếc → Antimon
Số nguyên tử (Z)	50
Khối lượng nguyên tử chuẩn (Ar)	118,710
Phân loại	kim loại
Nhóm, phân lớp	14, p
Chu kỳ	Chu kỳ 5
Cấu hình electron	[Kr] 4d10 5s2 5p2
mỗi lớp	2, 8, 18, 18, 4
Tính chất vật lý
Màu sắc	Bạc hoặc xám
Trạng thái vật chất	Chất rắn
Nhiệt độ nóng chảy	505,08 K ​(231,93 °C, ​449,47 °F)
Nhiệt độ sôi	2875 K ​(2602 °C, ​4716 °F)
Mật độ	(Bạc) 7,365 g·cm−3(ở 0 °C, 101.325 kPa) (Xám) 5,769 g·cm−3
Mật độ ở thể lỏng	ở nhiệt độ nóng chảy: 6,99 g·cm−3
Nhiệt lượng nóng chảy	(Bạc) 7,03 kJ·mol−1
Nhiệt lượng bay hơi	(Bạc) 296,1 kJ·mol−1
Nhiệt dung	(Bạc) 27,112 J·mol−1·K−1
Áp suất hơi P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k ở T (K) 1497 1657 1855 2107 2438 2893
Tính chất nguyên tử
Trạng thái ôxi hóa	4, 2, -4 ​Lưỡng tính
Độ âm điện	1,96 (Thang Pauling)
Năng lượng ion hóa	Thứ nhất: 708,6 kJ·mol−1 Thứ hai: 1411,8 kJ·mol−1 Thứ ba: 2943,0 kJ·mol−1
Bán kính cộng hoá trị	thực nghiệm: 140 pm
Bán kính liên kết cộng hóa trị	139±4 pm
Bán kính Van der Waals	217 pm
Thông tin khác
Cấu trúc tinh thể	​Bốn phương (Bạc), Lập phương dạng kim cương (Xám)
Độ giãn nở nhiệt	22,0 µm·m−1·K−1 (ở 25 °C)
Độ dẫn nhiệt	66,8 W·m−1·K−1
Điện trở suất	ở 0 °C: 115 n Ω·m
Tính chất từ	Nghịch từ (Xám)[1], Thuận từ(Bạc)
Mô đun Young	50 GPa
Mô đun cắt	18 GPa
Mô đun nén	58 GPa
Hệ số Poisson	0,36
Độ cứng theo thang Mohs	1,5
Độ cứng theo thang Brinell	51 MPa
Số đăng ký CAS	7440-31-5