Kalaj

{{Infokutija hemijski element
| Hemijski element = Kalaj
| Simbol = Sn
| Atomski broj = 50
| Serija = Metali
| Grupa = 14
| Perioda = 5
| Blok = p
| Boja serije = DarkGray
| Slika = 180px
| Izgled = srebreno sivi metal
| Zastupljenost = 3,5 · 10-3
| Atomska masa = 118,710
| Atomski radijus = 145
| Atomski radijus izračunat = 145
| Kovalentni radijus = 139
| Van der Waalsov radijus = 217
| Elektronska konfiguracija = &#x5B;Kr&#x5D; 4d105s25p2
| Izlazna energija = 4,42
| Elektroni u energetskom nivou = 2, 8, 18, 18, 4
| Energija ionizacije_1 = 708,6
| Energija ionizacije_2 = 1411,8
| Energija ionizacije_3 = 2943,0
| Energija ionizacije_4 = 3930,3
| Agregatno stanje = čvrsto
| Mohsova skala tvrdoće = 1,5
| Struktura kristala = tetragonalna
| Gustoća = 5769 (*α-kalaj*)7265 (*β-kalaj*)
| Magnetizam  = (*α-kalaj*) dijamagnetičan (\chi_{m} = −2,3 · 10−5)
(*β-kalaj*) paramagnetičan(\chi_{m} = 2,4 · 10−6)
| Tačka topljenja_K = 505,08
| Tačka topljenja_C = 231,93
| Tačka ključanja_K = 2893
| Tačka ključanja_C = 2620
| Molarni volumen = 16,29 · 10-6
| Toplota isparavanja = 290
| Toplota topljenja = 7,0
| Pritisak pare = 5,78 · 10-21
| Pritisak pare_K = 505
| Brzina zvuka = 2500
| Brzina zvuka_K = 293,15
| Specifična toplota = 228
| Specifična toplota_K =
| Specifična električna provodljivost = 8,69 · 106
| Specifična električna provodljivost_K =
| Toplotna provodljivost = 67
| Toplotna provodljivost_K =
| Oksidacioni broj = (-4) **4**, 2
| Oksidi =
| Elektrodni potencijal = -0,137 V (Sn2+ + 2e- → Sn)
| Elektronegativnost = 1,96
| Oznaka upozorenja = 
| Oznake upozorenja R = 
| Oznake upozorenja S = 
| Radioaktivan = Ne
| Izotopi =

|}}
**Kalaj** je hemijski element koji se označava hemijskim simbolom **Sn** (od ) i ima atomski broj 50. U periodnom sistemu svrstan je u 5. periodu i 4. glavnu grupu (14. grupu, tj. *grupa ugljika*). Spada u teške metale. Ima srebreno-bijelu boju i metalni sjaj, izrazito je mehak, toliko da se čak može i noktom zagrebati. U poređenju s drugim metalima ima veoma nisko talište.

## Historija 
Metal kalaj je poznat najkasnije iz perioda 3500. p. n. e, na šta ukazuju predmeti od bronze nađeni u južnom Kavkazu, a potjeiču iz Kuro-arakske kulture. U planinskom masivu Taurus u današnjoj južnoj Turskoj postoje dokazi da se tamo kopala ruda kalaja, a otkriveni su i antički rudnik Kestel i mjesto Göltepe, gdje se ruda prerađivala, oba datirana oko 3000. p.n.e. Međutim, ostaje neistraženo je li riječ o najvećem izvoru trgovine i potrošnje kalaja u antičkom dobu.

Nakon što je izumljen način izrade legure bronze, čiji su sastojci kalaj i bakar, važnost kalaja izuzetno je porasla (bronzano doba). Od 2. milenija p. n. e. kalaj se kopao u rudnicima u velikim količinama širom Male Azije, a najviše duž puta koji je kasnije postao poznat kao Put svile. Od približno 1800. p. n. e. (dinastija Shang) kalaj je poznat i u drevnoj Kini. Međutim, vjerovatno je bio poznat i ranije, a dokazi o njegovom korištenju nađeni su na mnogim mjestima u Aziji, u Yunnanu i na Malajskom poluostrvu. I u jednoj egipatskoj grobnici iz 18. dinastije (oko 1500. p. n. e.) nađeni su predmeti od kalaja.

Rimski pisac Plinije Stariji dao je kalaju naziv *plumbum album* (bijelo olovo), dok je olovo bilo *plumbum nigrum* (crno olovo). Velika potražnja za kalajem, koji je u alhemiji bio povezan za Jupiterom, bila je jedan od uzroka rimske okupacije Britanije. U jugozapadnom području Cornwalla nađene su, za to vrijeme, velika ležišta rude kalaja. U latinskom jeziku kalaj se zvao *stannum* te se iz njega danas izvodi njegov hemijski simbol **Sn**.

Nakon što je željezo zamijenilo bronzu (željezno doba), tek od sredine 19. stoljeća kalaj je zbog industrijske proizvodnje bijelog lima ponovo dobio na važnosti.

### Etimologija 
Riječ *kalaj* u slavenske jezike, a tako i u bosanski, došla je preko turskog *kalay*, dok se u baltičkim jezicima koristi naziv *alavas*, u ruskom олово (*olovo*), dok je njegov naziv u romanskim jezicima uglavnom izveden iz latinskog *stannum*, odnosno *stagnum*. U grčkom jeziku naziva se κασσιτερος (*Kassiteros*), naziv koji se koristi još od Homerovog doba, u značenju *metal iz zemlje Kassi (ili Kasseterides)*. Iz ovog naziva izvedeno je i ime *kositar*, kako se i danas naziva u hrvatskom jeziku. Arapski naziv قصدير (*kasdir*) zapravo je posuđenica iz grčkog.

## Osobine 
lijevo|thumb|(lijevo) β- i (desno) α-kalaj
Kalaj se može javiti u tri alotropske modifikacije s različitom kristalnom strukturom i gustoćom. To su:
* α-kalaj (kubična dijamantna rešetka), (*sivi kalaj*) gustoće 5,75&nbsp;g/cm3, koji je stabilan na temperaturi ispod 13,2&nbsp;°C i ima razmak vrpci  EG = 0,1 eV
* β-kalaj (pokidana oktaedarska rešetka, gustoće 7,31&nbsp;g/cm3, *bijeli kalaj*) postojan do 162&nbsp;°C
* γ-kalaj (romboedarska rešetka, gustoće 6,54 g/cm3) javlja se na temperaturi iznad 162&nbsp;°C ili pri visokom pritisku.

Rekristalizacija od β-kalaja u α-kalaj pri nižim temperaturama naziva se i *kalajna kuga* ili *muzejska bolest* jer se pojavljuje na kalajnim predmetima koji se zimi čuvaju u muzejima. Brzina prelaska u alfa-modifikaciju povećava se sniženjem temperature, kao i neposrednim dodirom metalnog kalaja sa sivom modifikacijom. Lomljenjem, savijanjem relativno mehkog kalaja, naprimjer kod kalajnih šipki, dolazi do karakterističnog škripavog zvuka, tzv. *kalajnog vriska*. Zvuk nastaje trenjem β-kristalita jedan o drugi. Međutim, zvuk se javlja samo kod čistog kalaja, dok već legure kalaja s i najmanjim primjesama drugih elemenata nemaju ovu osobinu; naprimjer, manje količine olova i antimona onemogućavaju nastanak ovog zvuka. Beta-kalaj ima spljoštenu tetraedarsku strukturu kao prostornu strukturu ćelije, iz kojeg se dodatno grade dva spoja.

Kalaj se presvlači slojem oksida, koji ga štiti od vanjskih utjecaja, pa je on vrlo otporan. Koncentrirane kiseline i baze ga ipak napadaju dajući otpuštajući gas vodik. Ipak kalaj(IV)-oksid je inertan poput titanij(IV)-oksida. Neplemeniti metali, poput cinka, reduciraju kalaj, te se pri tom elementarni kalaj oslobađa u vidu spužvaste supstance ili se *zalijepi* na cink.

### Izotopi 
Kalaj ima ukupno 10 prirodnih stabilnih izotopa. Ti izotopi su: 112Sn, 114Sn, 115Sn, 116Sn, 117Sn, 118Sn, 119Sn, 120Sn, 122Sn i 124Sn. Izotop 120Sn ima udio od 32,4% u prirodnoj izotopskoj smjesi kalaja i najčešći je. Među nestabilnim izotopima izotop 126Sn ima najduže vrijeme poluraspada od 230.000 godina. Svi ostali izotopi imaju vrijeme poluraspada od najviše 129 dana, mada postoji nuklearni izomer 121mSn koji ima vrijeme poluraspada od 44 godine. Kao trejser u nuklearnoj medicini se najčešće koriste izotopi 113Sn, 121Sn, 123Sn i 125Sn. Kalaj je jedini element koji ima tri stabilna izotopa sa neparnim masenim brojem i jedini sa 10 stabilnih izotopa, najviše među svim poznatim elementima.

## Rasprostranjenost 
thumb|lijevo|Kopanje rude kalaja u Altenbergu 1976.
[thumb|lijevo|Oktaedarska struktura kristala [kasiterita iz Sečuana, Kina]]
Primarna nalazišta kalaja obuhvataju nalazišta unutar greisena, hidrotermalnih žila i rijetkih skarnova i VHMS nalazišta. Pošto je industrijski najvažniji mineral kalaja kasiterit (poznat i kao kalajni kamen, SnO2) jedan vrlo stabilan i težak mineral, veći dio proizvodnje kalaja dolazi iz sekundarnih pjeskovitih nalazišta. U nekim primarnim nalazištima moguće je pronaći i sulfidni mineral stanit (Cu2FeSnS4) koji također ima određeni značaj u proizvodnji kalaja. U primarnim nalazištima kalaja zajedno s njim mogu se pojaviti i arsen, volfram, bizmut, srebro, cink, bakar i litij.

U kontinentalnoj Zemljinoj kori, kalaj je zastupljen u količini od oko 2,3 ppm.

Trenutne rezerve kalaja u svijetu se procjenjuju na 5,6 miliona tona, a godišnja proizvodnja u 2011. godini iznosila je 263.000 tona. Preko 80% kalaja se trenutno dobija iz sekundarnih nalazišta, iz pjeskovitih naslaga u rijekama i obalnim područjima, naročito su bogata područja od centralne Kine, preko Tajlanda južno do Indonezije. Najveća nalazišta kalaja na Zemlji pronađena su 1876. godine u dolini rijeke Kinta u Maleziji. Tamo se i danas godišnje iskopa oko 2 miliona tona rude. Ruda u naslagama iz tog nalazišta ima udio kalaja od oko 5%. Nakon nekoliko faza obrade i koncentriranja do nivoa od 75%, slijedi proces topljenja.

U Njemačkoj ruda kalaja ima u rudnom gorju Erzgebirge gdje se ruda kopala od 13. vijeka do 1990. godine. Određena istraživanja pokazala su da se u mjestašcu Geyer nalaze rude kalaja u količinama oko 160 hiljada tona, što se po nekim izvorima smatra najvećim, do danas neiskorištenim, rudnim nalazištem kalaja u svijetu. Iako je udio kalaja u toj rudi relativno mali (0,27% u nalazištu Gottesberg, a 0,37% u nalazištu Geyer), a sa druge strane postoje tehničke poteškoće izdvojiti metal iz takve rude, ipak se smatra da ukoliko dođe do eksploatacije, bit će ekonomski isplativo. Osim kalaja, na tim nalazištima procjenjuje se da bi se kao sporedni proizvodi moglo dobiti i dosta cinka, bakra i indija.

Među najvažnije države proizvođače kalaja spadaju Kina, nakon koje slijede Indonezija i Peru. U Evropi najveći proizvođač je Portugal, gdje se on javlja kao sporedni proizvod VHMS nalazišta u rudniku Neves Corvo.

Američka komisija za vrijednosne papire (SEC) je kasiterit proglasila *konfliktnim mineralom*, tako da se njegova upotreba i trgovina od strane kompanija i firmi mora prijavljivati ovoj instituciji. Razlog za to je što se on često uvozi iz Demokratske Republike Kongo, gdje na istoku te zemlje pobunjenici koriste novac zarađen prodajom rude kalaja za naoružavanje i finansiranje oružanih sukoba.

## Dobijanje 
Za dobijanje metalnog kalaja, ruda se najprije isitni, te se obogaćuje različitim postupcima (prosijavanjem, električnim i magnetskim izdvajanjem). Nakon hemijske redukcije ugljikom, kalaj se zagrijava neznatno iznad tačke topljenja, tako da se može odvojiti od nečistoća, bez mogućnosti da se i nečistoće otope zajedno s njim. Danas se veći dio kalaja dobija recikliranjem ili putem elektrolize.

## Upotreba 
U 2006. godini, oko polovine proizvedenog kalaja u svijetu se potrošilo za lemljenje. Ostatak je potrošen za *kalajisanje* (premaz predmeta tankim slojem kalaja), pravljenje kalajnih hemikalija, pravljenje legura bronze i slično.

### Lem 
desno|thumb|Namotaj bezolovne lem žice
Kalaj se dugo vremena koristi za lemljenja, u obliku legura sa olovom u kojoj kalaja ima od 5 do 70% (po težini). Kalaj formira eutektičnu smjesu sa olovom koja sadrži 63% kalaja i 37% olova. Takvi lemovi se prvenstveno koriste za lemljenje cijevi ili električnih sklopova. Legura kalaja i olova ima nisku temperaturu topljenja, npr. pri 60% kalaja ta temperatura iznosi oko 180&nbsp;°C. Od kako je od 1. jula 2006. godine na snagu stupila direktiva EU o zbrinjavanju elektronskog i električkog otpada, korištenje olova u ovakvim legurama je značajno smanjeno. Zamjena olova ima dosta prepreka, uključujući višu tačku topljenja i stvaranje *dlačica* od kalaja što može izazvati probleme. Kalajna kuga se također može javiti u bezolovnim lemovima, što dovodi do gubitka spoja između lemljenih površina. Međutim, već su pronađene brojne zamjenske legure, ali i dalje ostaje problem integriteta spoja.

### Kalajisanje 
Kalaj se vrlo dobro spaja sa željezom i koristi se za prevlačenje olova, cinka, čelika i drugih metala tankim slojem poboljšavajući njihovu otpornost na koroziju. Kalajisani čelični kontejneri su se dosta koristili za čuvanje hrane u prehrambenoj industriji, što predstavlja veliki dio svjetske potražnje za metalnim kalajem. Limenke obložene kalajem za čuvanje hrane prvi put su proizvedene u Londonu 1812. godine. Govornici britanskog engleskog i danas takve posude nazivaju "kalajnim konzervama" (*tin cans*).

Velike količine kalaja upotrebljavaju se za izradu legura: bronze (legura sa bakrom), tipografskog metala (sa antimonom i olovom), britanija metala (sa antimonom i bakrom), a koristi se i za izradu pribora za jelo i za klizne ležajeve.

## Spojevi 
Spojevi kalaja se javljaju u oksidacijskim stanjima +II i IV. Spojevi kalaja(IV) su nešto stabilniji, a pošto je kalaj element 4. glavne grupe periodnog sistema, stoga efekt inertnog elektronskog para još uvijek nije tako snažno izražen kao kod težih elemenata ove grupe, naprimjer kod olova. Spojevi kalaja(II) se zbog toga mogu lakše prevesti u spojeve kalaja(IV). Mnogi spojevi kalaja su neorganske prirode, ali postoji i jedna grupa kalajno-organskih spojeva (zvanih *kalaj-organili*)

### Oksidi i hidroksidi 
* Kalaj(II)-oksid SnO
* Kalaj(II,IV)-oksid Sn2O3
* Kalaj(IV)-oksid SnO2
* Kalaj(II)-hidroksid Sn(OH)2
* Kalaj(IV)-hidroksid Sn(OH)4, CAS: 12054-72-7

### Halogenidi 
* Kalaj(II)-fluorid SnF2
* Kalaj(II)-hlorid SnCl2
* Kalaj(IV)-hlorid SnCl4
* Kalaj(IV)-bromid SnBr4, CAS: 7789-67-5
* Kalaj(II)-jodid SnI2, CAS: 10294-70-9
* Kalaj(IV)-jodid SnI4, CAS: 7790-47-8

### Soli 
* Kalaj(II)-sulfat SnSO4
* Kalaj(IV)-sulfat Sn(SO4)2, CAS: 19307-28-9
* Kalaj(II)-nitrat Sn(NO3)2
* Kalaj(IV)-nitrat Sn(NO3)4
* Kalaj(II)-oksalat Sn(COO)2
* Kalaj(II)-pirofosfat Sn2P2O7, CAS: 15578-26-4

### Halkogenidi 
* Kalaj(II)-sulfid SnS
* Kalaj(IV)-sulfid SnS2
* Kalaj(II)-selenid SnSe, CAS: 1315-06-0

### Organski spojevi 
* Dibutil kalaj-laurat (DBTDL) C32H64O4Sn, CAS: 77-58-7
* Dibutil kalaj-oksid (DBTO) (H9C4)2SnO, CAS: 818-08-6
* Dibutil kalaj-diacetat C12H24O4Sn, CAS: 1067-33-0
* Difenil kalaj-dihlorid C12H10Cl2Sn, CAS: 1135-99-5
* Tributil kalaj-hidrid C12H28Sn
* Tributil kalaj-hlorid (TBTCL) (C4H9)2SnCl2
* Tributil kalaj-fluorid (TBTF) C12H27FSn, CAS: 1983-10-4
* Tributil kalaj-sulfid (TBTS) C24H54SSn2, CAS: 4808-30-4
* Tributil kalaj-oksid (TBTO) C24H54OSn2
* Trifenil kalaj-hidrid C18H16Sn, CAS: 892-20-6
* Trifenil kalaj-hidroksid C18H16OSn, CAS: 76-87-9
* Trifenil kalaj-hlorid C18H15ClSn, CAS: 639-58-7
* Tetrametil-kalaj C4H12Sn
* Tetraetil-kalaj C8H20Sn
* Tetrabutil-kalaj C16H36Sn
* Tetrafenil-kalaj (H5C6)4Sn, CAS: 595-90-4
* Cink hidroksi-stanat ZnSnO3 3H2O, CAS: 12027-96-2

## Biološki značaj 
Metalni kalaj je neškodljiv za ljudsko zdravlje čak i u većim količinama. Otrovno djelovanje jednostavnijih spojeva kalaja i soli je slabo. Međutim, postoje neki organski spojevi kalaja koji su izuzetno otrovni. Neki od primjera su trialkil spojevi kalaja (naročito TBT od , tributil-kalaj) i trifenil-kalaj koji su se desetljećima koristili u sastavu boja kojim su se premazivali trupovi brodova da bi njihov metal zaštitio od školjki i mikroorganizama. Na taj način u okolinu velikih lučkih gradova dospjele su velike količine TBT u morsku vodu, a koje i danas znatno utječu na brojnost i raznolikost morskih životinja i biljaka. Otrovno djelovanje ovih spojeva manifestira se u denaturiranju nekih bjelančevina putem naizmjeničnog djelovanja sa sumporom iz nekih aminokiselina poput cisteina.

## Reference 

Kategorija:Hemijski elementi
Kategorija:Slabi metali
Kategorija:Minerali samorodnih elemenata