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.[2]

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.[2] 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.[3] 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.[4]

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.[5]

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.[4]

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.[2] 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.[6] Thiếc là một chất xúc tác khi oxy có trong dung dịch và giúp tăng tốc độ phản ứng.[2]

Đồng vị

Thiếc là nguyên tố có nhiều đồng vị bền với các khối lượng nguyên tử 112, 114 đến 120, 122 và 124. Trong đó, phổ biến nhất là 120Sn (chiếm 1/3 trong tất cả đồng vị thiếc), 118Sn, và 116Sn, còn đồng vị ít phổ biến nhất là 115Sn. Các đồng vị có số khối chẵn không có nuclear spin trong khi các đồng vị có số khối lẻ có một spin +1/2. Thiếc, với 3 đồng vị phổ biến của nó 115Sn, 117Sn và 119Sn, là các nguyên tố dễ nhận dạng nhất và phân tích bằng NMR spectroscopy, và chemical shift được tham chiếu với SnMe4.[note 1][7]

Việc các đồng vị bền có số khối lớn được cho là sản phẩm trực tiếp của thiếc sở hữu số nguyên tử 50, đây là một số Magic trong vật lý hạt nhân. Có 28 đồng vị phóng xạ đã được biết đến, vượt qua tất cả các nguyên tố khác có số nguyên tử giữa 99 và 137. Bên cạnh 126Sn, có chu kỳ bán rã 230.000 năm, tất cả các đồng vị phóng xạ còn lại có chu kỳ bán rã nhỏ hơn một năm. Đồng vị phóng xạ 100Sn là một trong số ít các hạt nhân sở hữu hạt nhân doubly magic và được phát hiện tương đối gần đây vào năm 1994.[8] 30 trạng thái đồng phân kích thích khác đã được miêu tả cho các đồng vị từ 111 đến 131, đồng vị phóng xạ ổn định nhất là 121mSn, có chu kỳ bán rã 43,9 năm.