Thiếc

Vật lý

Thiếc là một kim loại màu trắng bạc, kết tinh cao, dễ uốn, dễ dát mỏng. Khi một thanh thiếc bị bẻ cong, âm thanh nứt vỡ có thể nghe được do song tinh của các tinh thể.
Thiếc-β (dạng kim loại hay thiếc trắng), ổn định ở mức nhiệt độ phòng và cao hơn, có tính dễ dát mỏng; trong khi thiếc-α (dạng phi kim hay thiếc xám), ổn định ở nhiệt độ dưới 13,2 °C, có tính giòn, và tỷ trọng 7,92g/cm3. Nó có dạng cấu trúc tinh thể kiểu kim cương, tương tự như kim cương, silic hay germani. Thiếc-α không có tính chất kim loại nào cả, chúng bền ở nhiệt độ dưới 14 °C có tỷ trọng 5,85g/cm3. Thiếc trắng là một loại bột màu xám xỉn không có ứng dụng rộng rãi, ngoại trừ một vài ứng dụng làm vật liệu bán dẫn đặc biệt. Hai dạng thù hình là thiếc-α và thiếc-β thường được gọi là thiếc xám và thiếc trắng. Hai dạng thù hình khác là thiếc-γ và thiếc-σ tồn tại ở nhiệt độ trên 161 °C và áp suất trên vài GPa. Mặc dù nhiệt độ biến đổi dạng α-β trên danh nghĩa là ở 13,2 °C, nhưng các tạp chất (như Al, Zn, vv...) hạ thấp nhiệt độ chuyển đổi dưới 0 °C khá sâu, và khi bổ sung Sb hoặc Bi thì sự chuyển đổi có thể không xảy ra, làm tăng độ bền của thiếc.
Sự chuyển đổi này gọi là phân rã thiếc. Phân rã thiếc từng là một vấn đề nghiêm trọng ở Bắc Âu trong thế kỷ XVIII khi các loại đàn đại phong cầm làm từ hợp kim thiếc đôi khi bị ảnh hưởng trong mùa đông lạnh giá. Một vài nguồn đề cập rằng trong suốt chiến dịch ở Nga của Napoleon năm 1812, nhiệt độ trở nên quá lạnh đến nỗi các nút bằng thiếc trên đồng phục của lính phân rã theo thời gian, góp phần vào sự thất bại của Grande Armée.
Thiếc phẩm cấp thương mại (99,8%) có tính kháng biến dạng do ảnh hưởng ức chế của một lượng nhỏ tạp chất bitmut, antimon, chì, và bạc. Các nguyên tố tạo hợp kim như đồng, antimon, bitmut, cadmi, và bạc tăng độ cứng của nó. Thiếc có khuynh hướng dễ dàng tạo ra các pha liên kim loại giòn cứng, là dạng không mong đợi. Nhìn chung, nó không tạo thành các dải dung dịch rắn rộng trong các kim loại khác, và chỉ có một vài nguyên tố có khả năng hòa tan rắn trong thiếc. Các hệ Eutectic xảy ra với bitmut, galli, chì, tali, và kẽm.

Hóa học

Thiếc có tính chống ăn mòn từ nước nhưng có thể dễ hòa tan bởi axit và bazơ. Thiếc có thể được đánh rất bóng và được dùng là lớp phủ bảo vệ cho các kim loại khác. Trong trường hợp này, một lớp ôxit bảo vệ được sử dụng để chống các tác nhân ôxy hóa. Lớp ôxit này được tạo ra từ ôxit thiếc và các hợp kim thiếc khác. Thiếc là một chất xúc tác khi oxy có trong dung dịch và giúp tăng tốc độ phản ứng.

Lịch sử

Thiếc được chiết tách và sử dụng vào đầu thời đại Đồ đồng vào khoảng 3000 TCN, khi quan sát rằng các loại đồng được hình thành trong các quặng đa kim chứa nhiều kim loại khác nhau về các tính chất vật lý. Các vật dụng bằng đồng sớm nhất có hàm lượng thiếc hoặc asen nhỏ hơn 2% và do đó được cho là kết quả không chủ ý của việc tạo thành hợp kim do các kim loại này tồn tại ở dạng vết trong quặng đồng. Việc thêm vào kim loại thứ hai trong đồng làm tăng độ cứng của nó, giảm nhiệt độ nóng chảy, và cải thiện quá trình đúc bằng cách tạo ra những chất lỏng nóng chảy hơn khi lạnh tạo thành kim loại ít rỗng, đặc hơn. Đây là một sáng chế quan trọng cho phép tạo ra các hình đúc phức tạp trong giới hạn công nghệ của thời đại đồ đồng. Các vật dụng Arsenical bronze xuất hiện đầu tiên ở vùng Cận Đông nơi asen được tìm thấy phổ biến cộng sinh với quặng đồng, như rủi ro đến sức khỏe của kim loại này được nhận ra nhanh chóng và người ta tìm nguồn quặng thiếc ít nguy hiểm hơn bắt đầu vào đầu thời đại đồ đồng. Điều này làm tăng tính hiếm của kim loại thiếc và hình thành mạng lưới thương mại liên kết các nguồn tài nguyên thiếc ở xa với các thị trường của các nền văn hóa thời đại Đồ đồng.
Cassiterit (SnO₂), một dạng ôxít thiếc, là nguồn thiếc sơ cấp có thể phổ biến nhất vào thời cổ đại. Các dạng quặng thiếc khác ở dạng sulfua ít phổ biến hơn như stannit thì cần phải có quá trình nung chảy nhiều hơn. Cassiterit thường tích tục trong các lòng dẫn bồi tích ở dạng mỏ sa khoáng do loại quặng này nặng hơn, cứng hơn và bề hóa học hơn loại đá granit chứa nó. Các mỏ này có thể được phát hiện dễ dàng trên các bờ sông vì cassiterit thường có màu đen, tím hoặc màu sẫm khác, đặc điểm này được dùng để nhận dạng trong tìm kiếm vào đầu thời đại đồ đồng. Thiếc được gọi là 'ÓN' thời Ai Cập cổ đại 3000-4000 năm trước và được dùng trong các đường ống bơm.

Hợp chất

Phần lớn thiếc tạo thành các hợp chất ở trạng thái oxit hóa trị II hoặc IV.

Hydrua

Stannane (SnH₄), thiếc ở trạng thái ôxy hóa +4 là dạng không bền. Tuy nhiên, Organotin hydrua cũng được biết đến như tributyltin hydrua (Sn(C₄H₉)₃H). Các hợp chất này là các dạng hiếm hoi của thiếc(III).

Sản xuất

Thiếc được sản xuất từ việc khử quặng ôxít thiếc bằng cacbon hay than cốc trong lò lửa quặt hay lò điện.

Giá và giao dịch

Thiếc là loại khoáng sản duy nhất có các thỏa thuận phức tạp giữa các nhà sản xuất và tiêu thụ kể từ năm 1921. Các thỏa thuận trước đó có khuynh hướng đạt được phần nào chính thức và không thường xuyên; thỏa thuận quốc tế về thiếc đầu tiên năm 1956, và các thỏa thuận sau đó tồn tại cho đến năm 1985. Qua các thỏa thuận này Ủy ban Thiếc quốc tế (ITC) đã có những tác động đáng kể lên giá thiếc. ITC đã trợ giá thiếc trong nhiều giai đoạn rớt giá bằng cách mua thiếc dự trữ và đã kiềm chế giá trong giai đoạn tăng giá khi bán ra từ kho dự trữ. Đây là cách tiếp cận phi thị trường tự do, được thiết kế để đảm bảo đủ lượng cung cấp thiếc cho các nước tiêu thụ và lợi nhuận bền vững cho các nước sản xuất. Tuy nhiên, lượng dự trữ không đủ lớn, và trong vòng 29 năm giá thiếc tăng, đôi khi tăng mạnh, đặc biệt từ 1973 đến 1980 khi lạm phát tràn lan cản trở tăng trưởng của các nền kinh tế trên thế giới.
Trong suốt cuối thập niên 1970 và đầu thập niên 1980, dự trữ thiếc của chính phủ Hoa Kỳ nằm trong tình trạng bán ra, một phần để tận dụng lợi thế giá thiếc cao lịch sử. Suy thoái kinh tế mạnh năm 1981–1982 được chứng minh là khá khắc nghiệt đối với công nghiệp thiếc. Tiêu thụ thiếc giảm mạnh. ITC có thể tránh sự tuột dốc thực sự qua việc tăng mua nhằm dự trữ; hành động này đòi hỏi ITC phải vay nhiều từ các ngân hàng và các công ty kinh doanh kim loại để tăng nguồn lực của họ. ITC tiếp tục vay cho đến cuối năm 1985 khi đạt đến giới hạn tín dụng của họ. Ngay lập tức, "tin khủng hoảng thiếc" theo sau đó, làm cho thiếc bị loại khỏi danh sách niêm yếu trên Sàn giao dịch Kim loại Luân Đôn trong khoảng 3 năm, ITC giải thể ngay sau đó, và giá thiếc lúc này nằm trong môi trường kinh doanh tự do, giảm mạnh đến $4/cân và duy trì quanh mức này trong suốt thập niên 1990. Nó tăng lại vào năm 2010-2011 do sự tiêu thụ lại sau cuộc khủng hoảng kinh tế thế giới năm 2008–2009, dự trữ và tiếp tục tăng tiêu thụ trong các nền kinh tế đang phát triển trên thế giới.
Sàn giao dịch Kim loại Luân Đôn (LME) là nơi giao dịch thiếc. Các thị trường hợp đồng thiếc khác là Kuala Lumpur Tin Market (KLTM) và Indonesia Tin Exchange (INATIN).

Ứng dụng

Thiếc được dùng để tráng lên bề mặt các vật bằng thép, vỏ hộp thực phẩm, nước giải khát, có tác dụng chống ăn mòn, tạo vẻ đẹp không độc hại
Thiếc dùng chế tạo hợp kim
Ví dụ: Hợp kim Sn-Sb-Cu có tính chịu ma sát, dùng để chế tạo ổ trục quay Hợp kim Sn-Pb có nhiệt độ nóng chảy thấp (1800C) dùng để chế tạo thiếc hàn g ăn mòn, tạo vẻ đẹp không độc hại