KalayKalay, periyodik cetvelde atom numarası 50 olan elementtir. Simgesi Sn olup Latince stannum dan gelir. Gümüşümsü gri renktedir. Havada kolaylıkla okside olmaz, korozyona karşı dirençlidir. Bu özelliğinden ötürü diğer metallerin (korozyondan korumak amacıyla) kaplanmasında kullanılır. Tarihçesi M.Ö. 3000 yıllarına dayanır. Mısır’da ve Mezopotamya’da bronz alaşımında kalay kullanılmıştır.

Bulunuşu

Dünyada 35 ülkede kalay madenciliği yapılmaktadır. Malezya, Bolivya, Tayland, Endonezya, Nijerya, Demokratik Kongo Cumhuriyeti ve Çin’de işletilmesi ekonomik kalay yatakları vardır. Yerkabuğunda bulunma oranı 2 ppm olup, çinko (94 ppm), bakır (63 ppm), ve kurşun (12 ppm) ile karşılaştırıldığında oldukça nadirdir. Kalay cevherinin büyük çoğunluğu plasiyer yataklardan elde edilir ve bunların en az yarısı güney doğu Asya'da bulunur. Ticari öneme sahip kalay minerali kasiterit'tir (SnO2). Ancak, küçük miktarlarda kalay, stannit, silindirit, frankeit, kanfieldit, teallit gibi diğer kompleks sülfürlü cevherlerden de elde edilebilir. Kalay hurdası da önemli bir kalay kaynağıdır.

Özellikleri

Kalay dövülebilir ve sünek bir metaldir. Kolayca tel ve levha haline getirilebilir. Kuvvetli asitlerden, alkalilerden ve asit tuzlarından etkilenir. Havada ısıtıldığında SnO2 oluşturur. Klor ve oksijenle birleşerek seyreltik asitlerden hidrojeni uzaklaştırır. Oda sıcaklığında dövülebilir olmasına karşın ısıtıldığında kırılganlaşır.

Metalik kalaya 100°C’den yüksek sıcaklıklarda halojenler ve hidrojen sülfür etki eder. Sulu hidroklorik ve hidroflorik asit yavaş, hidrobromik ve nitrik asit ise hızlı olarak kalayla reaksiyona girer. Birçok alkali çözeltiler kalaya etki eder. Yiyeceklerdeki organik asitler kalaya etki etmez.

Allotropları

Kalayın alfa-kalay ve beta-kalay olmak üzere başlıca iki allotropu vardır. Düşük sıcaklıklarda gri veya alfa-kalay kararlı olup, silisyum ve germanyuma benzeyen kübik kristal yapıdadır. 13,2°C nin üzerine ısıtıldığında beyaz veya beta-kalaya dönüşür. Beyaz kalay tetragonal kristalin yapısındadır. Soğutulduğunda yavaşça gri formuna dönüşür ki bu durum kalay hastalığı olarak bilinir. Bu dönüşüm, aluminyum ve çinko gibi empüritelerin (safsızlıkların) varlığından etkilenir ve antimon veya bizmut ilavesiyle önlenebilir.

Eldesi

Kalay metali, cevherinin kömür ile birlikte reverber fırınında redüklenmesi ile üretilir. Mineralinde demir, kükürt, tungsten, nikel, tantal, arsenik, kurşun, bakır ve gümüş bulunur. Bunların giderilmesi için mineral önce öğütülüp suyla yıkanır. Manyetik olan kısım ayrılır. Kavurma yoluyla kükürt ve arsenik ayrılır. Asitle yıkanarak ve sentezlenerek fırınlarda indirgenme işlemi tamamlanır. Saflaştırmak için kademeli olarak ergitme uygulanır. Ayrıca hurda tenekelerden de kalay elde edilir.

Kullanım alanları

Üretilen kalayın yaklaşık %40’ı çelik levhaların kaplanmasında kullanılır. Böylece yiyecek ve konserve kapları olan teneke, daldırma veya elektroliz yoluyla elde edilir. Teneke ve sert kalaydan yapılmış süs veya kullanım eşyaları siyah vernikle kaplanarak sıkça kullanılır.

Bu maksatla ergitilmiş kalay veya kalay-bakır alaşımına daldırılan demir veya çelik teneke levhalar çaydanlık, tepsi ve şamdan gibi çeşitli ev eşyaları biçiminde işlenirler. Bundan sonra bu malzemeler beziryağı, kurutucu maddeler ve boyalarla hazırlanan siyah vernikle cilâlanırlar.

Kalay mekanik olarak zayıf olduğundan bakır, kurşun, çinko, demir, kadmiyum, antimon, nikel, kobalt, titan ve zirkonyum ile alaşım halinde kullanılır. Kurşunlu kalaya lehim denir. Son zamanlarda kalay içermeyen ve alüminyum, silisyum, fosfor, manganez vb. elementlerin bakırla yaptığı ikili alaşımlara bu elementlerin tuncu denmekle beraber, bronz (tunç) ismi ile kalay-bakır alaşımı hatırlanmaktadır. Bronzdaki kalay, korozyonu (paslanmayı) önlemekte ve bakırın mekanik özelliklerini iyileştirmektedir. Buna antimon da katılarak makina yatakları gibi dayanıklı parça ve eşyaların yapımında kullanılır.

Kalay-4-klorür bileşiği özel kaplama, ağartma, duyarlı kâğıt imali işlerinde kullanılır. Makina yağlarının özelliklerinin ıslahında, reaksiyonlarda katalizör olarak, ayna yapımında, sabunlardaki parfümü tesbit etmek için de kullanılır. Kalay-4-oksit seramik sırlarında, tekstilde ve cam üretiminde işe yarar. Kalay-2-klorür kimyasal madde, boya, fosfor, polimer üretiminde indirgeyici olarak ve galvanize edici, ayna sırlayıcı ve yağlama yağlarını temizleyici olarak kullanılır. Kalay sülfat boyamada ve kalay kaplamada kullanılır.

Bazı önemli kalay alaşımları: bronz, babit metali, döküm kalıbı alaşımı, fosfor bronzu, yumuşak lehim, ve beyaz metal'dir.
Tuzlarının içinde en önemlisi kalay klorür olup redükleyicidir. Cam üzerine kalay tuzlarının spreylenmesi yoluyla elektrik iletkenliği olan kaplamalar elde edilebilir. Bu kaplamalar, panel aydınlatmalarında ve donmaya dayanıklı araba ön camlarının yapımında kullanılır.
Pencere camları genellikle, düzgün bir yüzey eldesi amacıyla ergimiş camın, ergimiş kalay üzerinde akması yoluyla üretilir ("Pilkington yöntemi").
Kalay, boruların ve elektrik devrelerinin lehimlenmesinde kullanılır.
Kalay, 3,2 K nin altında süper iletken hale gelir. Nitekim kalay, üzerinde çalışılan ilk süper iletkenlerden biri olup, süper iletkenlerin karakteristik özelliklerinden birisi olan Meissner etkisi, süper iletken kalay kristallerinde keşfedilmiştir. Niobiyum-Kalay alaşımı Nb3Sn, malzemenin yüksek kritik sıcaklığı (18 K) ve kritik manyetik alanı (25 T) nedeniyle, süper iletken manyetler için tel yapımında kullanılır. Birkaç kilogram ağırlığında bir süper iletken manyet, birkaç ton ağırlığında klasik manyetin üretebileceği manyetik alanı yaratabilir

Temel özellikleri
Atom numarası 50
Element serisi Zayıf metaller
Grup, periyot, blok 14, 5, p
Görünüş Gümüşümsü gri

Atom ağırlığı 118,710(7) g/mol
Elektron dizilimi Kr 4d10 5s2 5p2
Enerji seviyesi başına
Elektronlar 2, 8, 18, 18, 4

Fiziksel Özellikleri
Maddenin hali katı
Yoğunluk (beyaz) 7,265 g/cm³
Sıvı haldeki yoğunluğu 6,99 g/cm³
Ergime noktası 505,08 °K
231,93 °C
449,47 °F
Kaynama noktası 2875 °K
2602 °C
4716 °F
Ergime ısısı (beyaz) 7,03 kJ/mol
Buharlaşma ısısı (beyaz) 296,1 kJ/mol
Isı kapasitesi 27,112 (25 °C) J/(mol·K)

Atom özellikleri

Kristal yapısı Tetragonal
Yükseltgenme seviyeleri (4+), (2+)
Elektronegatifliği 1,96 Pauling ölçeği
İyonlaşma enerjisi 708,6 kJ/mol
Atom yarıçapı 145 pm
Atom yarıçapı (hes.) 145 pm
Kovalent yarıçapı 141 pm
Van der Waals yarıçapı 217 pm

Diğer özellikleri

Elektrik direnci 115 nΩ·m (20°C'de)
Isıl iletkenlik 66,8 W/(m·K)
Isıl genleşme 22,0 µm/(m·K) (25°C'de)
Ses hızı 2730 m/s (20°C'de)
Mohs sertliği 1,5
Vickers sertliği ? MPa
Brinell sertliği 51 MPa Kalay