Олово

История

Свойства

Применение

 
    Одно из самых известных применений олова в быту, это пайка. Консервные банки сейчас в основном покрывают лаком (раньше лудили), а посуду чаще делают из более дешевых метериалов. Для пайки, олово обычно продается в виде прутков или проволоки различной толщины (от 8-10 мм и меньше), примерно как на пятом фото. Достаточно часто при этом используется не чистое олово, а его сплавы с другими металлами (свинец, серебро, медь, индий и т.п.). Эти сплавы имеют меньшую температуру плавления и ряд каких-либо еще специальных свойств.


    Низкая температура плавления дает возможность запаять небольшое количество металлического олова в стеклянную ампулу.

 
    Большее количество металла можно достаточно легко расплавить, например, на газовой плите и отлить в форму из графита или какого-либо другого материала, выдерживающего нагрев до 250 градусов и не смачивающегося расплавленным оловом. На воздухе расплавленное олово медленно окисляется с поверхности, но в твердом виде оно устойчиво против атмосферной коррозии. Иногда это используют для нанесения металлических покрытий на жесть, но, в отличие от цинковых, оловянное покрытие является более электроположительным и не дает электрохимической защиты металла. То есть, при нарушении покрытия (царапины и т.п.) коррозия железа в этом месте будет происходить быстрее, чем в случае нелуженого металла.

 
    Для полупроводниковой промышленности требуется олово чистотой 99.999% и выше (чистота технического металла обычно составляет 96-99%). Очистку металла до такой чистоты обычно производят зонной плавкой, а потом отливают металл в виде вот таких слитков (на фото). Если согнуть палочку или продолговатый слиток чистого олова, слышен хруст – так называемый «крик олова». Этот хруст вызывается спонтанным образованием двойниковых кристаллов при деформации слитка. Хрустят при изгибании только достаточно чистые образцы олова (чище 99%), оловянные сплавы такой способностью не обладают. Кроме олова, хруст можно наблюдать еще в еще в случаях индия, ниобия (не пробовал) и кадмия.

 
    Для исследований удобнее использовать гранулированное олово. Оно быстрее вступает в реакции и его удобнее отмерять на весах. Встречаются гранулы разной формы: в виде капелек, чешуек или кусочков неправильной формы. Это зависит от скорости выливания олова из гранулятора, его охлаждения и других факторов.

 
    Одним из уникальных (правда, не всегда полезных) свойств чистого олова является его способность при температуре немного ниже комнатной претерпевать аллотропный переход и превращаться в низкотемпературную модификацию – серое олово (или альфа фазу).
    Серое олово имеет плотность примерно на 20% ниже, чем белое, поэтому кусок металла как бы «распухает» при таком превращении и растрескивается, превращаясь в порошок. Серое олово начинает образовываться при температуре ниже 13.2°C, а максимальная скорость перехода для чистого олова наблюдается при -39°C (примерно 1 мм в час). Большинство примесей снижают скорость превращения белого олова в серое, а некоторые (например, висмут) и вовсе предотвращают аллотропный переход.
    В отличие от пластичного белого олова, альфа модификация хрупкая и легко превращается в порошок, поэтому изделия из олова на на морозе могут просто рассыпаться (что явилось, например, причиной гибели антарктической экспедиции Скотта, а также создавало большие проблемы для армии Наполеона в России зимой).
    Если перехода олова из a-Sn в b-Sn приходится ждать довольно долго, обратную трансформацию можно осуществить за пару секунд. Достаточно просто бросить порошок серого олова в кипяток, и оно сразу превратится в белое. При комнатной температуре серое олово медленно превращается в белое, но небольшая (полпроцента) добавка германия или кремния может стабилизировать серую модификацию, и она будет устойчива вплоть до температуры 50°C. Поскольку аллотропный переход сопровождается изменением плотности, давление оказывает значительное влияние на равновесие серое<=>белое олово. Например, если спрессовать порошок серого олова под давленим 3-5 килобар, получится таблетка обычного белого олова. То есть, под действием давления наблюдается обратный переход.
    На фотографиях показан один и тот же кусок олова до начала трансформации, в процессе и после неё. Я просто взял небольшой пруток чистого металла, с одного конца добавил небольшой кусочек антимонида индия (затравка для начала процесса) и положил олово в холодильник. Через сутки пруток превратился в серое олово примерно на треть, а через трое суток переход завершился полностью.

 
    Хотя олово в настоящее время и редко используется для изготовления посуды, найти, например, оловянный стакан особых проблем не составляет. Стаканы, кофейники, блюдца и т.п. довольно часто встречаются в антикварных магазинах или на барахолках в Европе. Как написано на самом стакане, он изготовлен из 95% олова. Оставшиеся 5% занимает, скорее всего, сурьма, которая добавляется для повышения прочности и твердости сплава.