R:nema oznaka upozorenja R S:nema oznake upozorenja S
Ako je moguće i u upotrebi, koriste seosnovne SI jedinice. Ako nije drugačije označeno, svi podaci dobijeni su mjerenjima u normalnim uvjetima.
Kalaj jehemijski element koji se označavahemijskim simbolomSn (odlatinski:stannum) i ima atomski broj 50. Uperiodnom sistemu svrstan je u5. 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 niskotalište.
Metal kalaj je poznat najkasnije iz perioda 3500. p. n. e, na šta ukazuju predmeti od bronze nađeni u južnomKavkazu, a potjeiču iz Kuro-arakske kulture. U planinskom masivuTaurus u današnjoj južnojTurskoj 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 izradelegurebronze, čiji su sastojci kalaj ibakar, 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 kaoPut svile. Od približno 1800. p. n. e. (dinastija Shang) kalaj je poznat i udrevnoj Kini. Međutim, vjerovatno je bio poznat i ranije, a dokazi o njegovom korištenju nađeni su na mnogim mjestima u Aziji, uYunnanu i naMalajskom poluostrvu. I u jednoj egipatskoj grobnici iz 18. dinastije (oko 1500. p. n. e.) nađeni su predmeti od kalaja.
Rimski pisacPlinije Stariji dao je kalaju nazivplumbum album (bijeloolovo), dok je olovo biloplumbum nigrum (crno olovo). Velika potražnja za kalajem, koji je ualhemiji bio povezan zaJupiterom,[5] bila je jedan od uzroka rimske okupacije Britanije. U jugozapadnom područjuCornwalla nađene su, za to vrijeme, velika ležišta rude kalaja. U latinskom jeziku kalaj se zvaostannum te se iz njega danas izvodi njegov hemijski simbolSn.
Nakon što ježeljezo zamijenilo bronzu (željezno doba), tek od sredine 19. stoljeća kalaj je zbog industrijske proizvodnje bijelog lima ponovo dobio na važnosti.
Riječkalaj u slavenske jezike, a tako i ubosanski, došla je prekoturskogkalay, dok se u baltičkim jezicima koristi nazivalavas, uruskom олово (olovo), dok je njegov naziv u romanskim jezicima uglavnom izveden iz latinskogstannum, odnosnostagnum. Ugrčkom jeziku naziva se κασσιτερος (Kassiteros), naziv koji se koristi još odHomerovog doba, u značenjumetal iz zemlje Kassi (ili Kasseterides). Iz ovog naziva izvedeno je i imekositar, kako se i danas naziva uhrvatskom jeziku.Arapski naziv قصدير (kasdir) zapravo je posuđenica iz grčkog.[6]
Kalaj se može javiti u trialotropske modifikacije s različitom kristalnom strukturom i gustoćom. To su:
α-kalaj (kubična dijamantna rešetka), (sivi kalaj) gustoće 5,75g/cm3, koji je stabilan na temperaturi ispod 13,2°C i ima razmak vrpci EG = 0,1 eV
β-kalaj (pokidana oktaedarska rešetka, gustoće 7,31g/cm3,bijeli kalaj) postojan do 162°C
γ-kalaj (romboedarska rešetka, gustoće 6,54 g/cm3) javlja se na temperaturi iznad 162°C ili pri visokom pritisku.
Rekristalizacija od β-kalaja u α-kalaj pri nižim temperaturama naziva se ikalajna kuga ilimuzejska 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 većlegure kalaja s i najmanjim primjesama drugih elemenata nemaju ovu osobinu; naprimjer, manje količine olova iantimona 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. Koncentriranekiseline ibaze ga ipak napadaju dajući otpuštajući gasvodik. Ipakkalaj(IV)-oksid je inertan poputtitanij(IV)-oksida. Neplemeniti metali, poputcinka, reduciraju kalaj, te se pri tom elementarni kalaj oslobađa u vidu spužvaste supstance ili sezalijepi na cink.
Kalaj ima ukupno 10 prirodnih stabilnihizotopa. Ti izotopi su:112Sn,114Sn,115Sn,116Sn,117Sn,118Sn,119Sn,120Sn,122Sn i124Sn. Izotop120Sn ima udio od 32,4% u prirodnoj izotopskoj smjesi kalaja i najčešći je. Među nestabilnim izotopima izotop126Sn ima najduževrijeme poluraspada od 230.000 godina.[7] Svi ostali izotopi imaju vrijeme poluraspada od najviše 129 dana, mada postojinuklearni izomer121mSn koji ima vrijeme poluraspada od 44 godine.[7] Kao trejser unuklearnoj medicini se najčešće koriste izotopi113Sn,121Sn,123Sn i125Sn. Kalaj je jedini element koji ima tri stabilna izotopa sa neparnim masenim brojem i jedini sa 10 stabilnih izotopa, najviše među svim poznatim elementima.
Kopanje rude kalaja u Altenbergu 1976.Oktaedarska struktura kristalakasiterita iz Sečuana, Kina
Primarna nalazišta kalaja obuhvataju nalazišta unutar greisena, hidrotermalnih žila i rijetkih skarnova i VHMS nalazišta. Pošto je industrijski najvažniji mineral kalajakasiterit (poznat i kao kalajni kamen, SnO2) jedan vrlo stabilan i težakmineral, veći dio proizvodnje kalaja dolazi iz sekundarnih pjeskovitih nalazišta. U nekim primarnim nalazištima moguće je pronaći i sulfidni mineralstanit (Cu2FeSnS4) koji također ima određeni značaj u proizvodnji kalaja. U primarnim nalazištima kalaja zajedno s njim mogu se pojaviti iarsen,volfram,bizmut,srebro,cink,bakar ilitij.
U kontinentalnoj Zemljinoj kori, kalaj je zastupljen u količini od oko 2,3 ppm.[8]
Trenutne rezerve kalaja u svijetu se procjenjuju na 5,6 miliona tona, a godišnja proizvodnja u 2011. godini iznosila je 263.000 tona.[9] Preko 80% kalaja se trenutno dobija iz sekundarnih nalazišta, iz pjeskovitih naslaga u rijekama i obalnim područjima, naročito su bogata područja od centralne Kine, prekoTajlanda južno doIndonezije. Najveća nalazišta kalaja na Zemlji pronađena su 1876. godine u dolini rijeke Kinta uMaleziji. Tamo se i danas godišnje iskopa oko 2 miliona tona rude.[10] 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.
UNjemačkoj ruda kalaja ima u rudnom gorjuErzgebirge 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.[11] 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 dostacinka, bakra iindija.[11]
Među najvažnije države proizvođače kalaja spadaju Kina, nakon koje slijedeIndonezija iPeru. U Evropi najveći proizvođač jePortugal, gdje se on javlja kao sporedni proizvod VHMS nalazišta u rudniku Neves Corvo.
Američka komisija za vrijednosne papire (SEC) je kasiterit proglasilakonfliktnim mineralom[12], 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 izDemokratske Republike Kongo, gdje na istoku te zemlje pobunjenici koriste novac zarađen prodajom rude kalaja za naoružavanje i finansiranjeoružanih sukoba.[13]
Države sa najvećom proizvodnjom kalaja u svijetu (2009. i 2011.) kao i procijenjene rezerve (2011.)[9][14]
Za dobijanje metalnog kalaja, ruda se najprije isitni, te se obogaćuje različitim postupcima (prosijavanjem, električnim i magnetskim izdvajanjem). Nakon hemijske redukcijeugljikom, 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 putemelektrolize.
U 2006. godini, oko polovine proizvedenog kalaja u svijetu se potrošilo za lemljenje. Ostatak je potrošen zakalajisanje (premaz predmeta tankim slojem kalaja), pravljenje kalajnih hemikalija, pravljenje legura bronze i slično.[15]
Kalaj se dugo vremena koristi za lemljenja, u oblikulegura saolovom u kojoj kalaja ima od 5 do 70% (po težini). Kalaj formira eutektičnu smjesu sa olovom koja sadrži 63% kalaja i 37% olova. Takvilemovi 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°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 stvaranjedlačica 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.[16]
Kalaj se vrlo dobro spaja sa željezom i koristi se za prevlačenje olova,cinka,čelika i drugihmetala 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 čuvanjehrane prvi put su proizvedene uLondonu 1812. godine.[17] Govornici britanskog engleskog i danas takve posude nazivaju "kalajnim konzervama" (tin cans).
Velike količine kalaja upotrebljavaju se za izradu legura:bronze (legura sabakrom), tipografskog metala (saantimonom iolovom), britanija metala (sa antimonom i bakrom), a koristi se i za izradu pribora za jelo i za klizne ležajeve.
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 (zvanihkalaj-organili)
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 odengleski:Tributyltin, tributil-kalaj) itrifenil-kalaj koji su se desetljećima koristili u sastavu boja kojim su se premazivali trupovi brodova da bi njihov metal zaštitio od školjki imikroorganizama. Na taj način u okolinu velikih lučkih gradova dospjele su velike količine TBT umorskuvodu, 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 sasumporom iz nekih aminokiselina poputcisteina.
12Yiming Zhang, Julian R. G. Evans, Shoufeng Yang:Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks. u:Journal of Chemical & Engineering Data. 56, 2011, str. 328–337,doi:10.1021/je1011086
↑Jörg Barke:Die Sprache der Chymie: am Beispiel von vier Drucken aus der Zeit zwischen 1574-1761, Tübingen 1991 (= Germanistische Linguistik, 111), str.385.
↑"Tin Use Survey 2007".ITRI. Arhivirano s originala 7. 12. 2008. Pristupljeno 21. 11. 2008.CS1 održavanje: bot: nepoznat status originalnog URL-a (link)
↑Black, Harvey (2005). "Getting the Lead Out of Electronics".Environmental Health Perspectives.113 (10): A682–5.doi:10.1289/ehp.113-a682
↑"A CANNED HISTORY OF TINNED FOOD". Arhivirano s originala 20. 7. 2011. Pristupljeno 25. 4. 2014.CS1 održavanje: bot: nepoznat status originalnog URL-a (link)
