Какая температура плавления у олова, свойства элемента

Олово — один из металлов древности, способный сохранять запах и вкус напитков. Легкий металл, серебристо-белый, один из немногих, который человек начал использовать еще в доисторические времена. Его открыли раньше железа, а сплав из меди и олова, скорее всего, первый «искусственный» материал, который создал человек.

Описание металла

Олово — металл редкий, в небольших количествах встречается в рудах и песках, особенно часто встречается слоях, поднимаемых со дна океана. По распространенности среди металлов в земной коре занимает 47-е место.

Для его получения используют руды, содержание данного металла в которых около 0,1%. Сначала руду обогащают (методом магнитной сепарации или гравитационной флотации). Таким образом,

содержание олова повышается до 40–70%

. Потом обжигают концентрат в кислороде для удаления примеси мышьяка и серы. Полученный, таким образом, материал восстанавливают в электропечах с помощью алюминия или угля.

Около 40% мирового производства олова идет на производство консервных банок. Остальное используют в металлургии, для получения разных сплавов. Самый известный сплав — это бронза, состоящая из олова и меди. И только 7% олова производимого в мире используется в виде химических соединений.

Вторичная переработка и использование

Вторичная переработка также имеет место, большинство металла при этом получают из старых консервных банок, в которых его используют в качестве покрытия. В связи с тем, что этот металл может содержать примеси, которые со временем могут переходить в продукт, находящихся в жестяной банке, содержание олова и других элементов в производстве банок для пищевых продуктов строго нормируются.

По санитарным нормам содержание посторонних примесей в олове, предназначенном для лужения консервной жестяной банки, не должно превышать 0,14%, а при этом количество свинца — не более 0,04%. Но все же для профилактических целей используются специальные лаки, которые предохраняют металл от разложения под воздейсвтием органических кислот, сахара, соли.

На каждую банку приходиться примерно 0,5 г этого металла. Но если помножить это, казалось бы, небольшое число на масштабы производства, получкаются десятки тонн. В развитых странах доля «вторичного» олова в производстве составляет примерно 1/3 от общего потребления.

Сплавы и некоторые особенности олова

Применение оловянных сплавов распространено в качестве антифрикционных материалов, то есть материалов, которые обладают низким коэффициентом трения, или способных снизить коэффициент трения других материалов. С помощью антифрикционных материалов можно значительно увеличить срок работы механизмов и машин, уменьшая потери трения.

Еще одна интересная особенность олова (так называемого белого) — это его свойство при снижении температуры до 13.2°С увеличивать объём на 25,6%. При этом образуется, так называемое, серое олово. При достижении температуры -33°С металл трескается и становится порошком. Если произойдет соприкосновение серого и белого металла, произойдет «заражение» белого. Совокупность таких явлений называют «оловянной чумой».

Различные сплавы на основе олова применяются в электротехнике при изготовлении электроконденсаторов. В конденсаторах активно используют станиоль: практически чистый металл в виде тонких листов.

Температура плавления

Широкое распространение олово получило в качестве припоя. Здесь применяют металл с примесями, называемые легкосплавными припоями. Это обусловлено относительно низкой температурой плавления 231,93 °С. В разных случаях отличается количество тех или иных добавок.

Здесь уместно также вспомнитьо свинце, как об основном компоненте, который используется в припое.

Свинец

— крайне мягкий металл светло-серого цвета. Обладает коррозийной стойкостью к множеству реагентам, а также высокую пластичность. Благодаря этому, а также невысокой температуре плавления (327 °С) его широко используют для изготовления изоляционных оболочек электрический кабелей. Также характерной особенностью свинца является способность поглощать рентгеновские лучи, поэтому он применяется в качестве защитных экранов.

Не стоит забывать что различные соединения свинца, а также пары от расплавленного свинца ядовиты. Работать с таким материалом должна происходить в специально оборудованных вентилируемых камерах. Соединения свинца, как и сам свинец также могут проникнуть в организм через кожный покров, поэтому после работы с ним требуется тщательно вымыть руки.

Используется свинец в мягких оловянно-свинцовых припоях.

Приведем список основных стандартов припоев.

  • ПОС. — 90. Температура плавления 220 ° С.
  • ПОС. — 61. Температура плавления 191 ° С.
  • ПОС. — 40. Температура плавления 235 ° С.
  • ПОС. — 33. Температура плавления 247 ° С.
  • ПОС. — 25. Температура плавления 260 ° С.
  • ПОС. — 15. Температура плавления 280 ° С.

Где цифры в названии — это процентное соотношение олова. Оставшаяся часть приходится на свинец и/или другие примеси для придания припою определенных, необходимых характеристик.

Широко применяются оловянно-свинцовые припои практически во всех отраслях промышленности. Для придания различных свойств припоя вводят дополнительные компоненты, такие как сурьма или цинк.

Распространенность этих двух компонентов в легкоплавких припоях обусловлено их температурой плавления:

  • Олово. Температура плавления — 231,93 ° С.
  • Свинец

    . Температура плавления — 327,46 ° С.

Олово — один из важнейших металлов в самых разных областях промышленности, удобный и простой в применении именно благодаря мягкости и удобству работы с ним.

 
Олово — пластичный, ковкий и легкоплавкий блестящий металл серебристо-белого цвета. Используется в основном как безопасное, нетоксичное, коррозионностойкое покрытие в чистом виде или в сплавах с другими металлами. Главные промышленные применения олова — в белой жести (луженое железо) для изготовления тары, в припоях для электроники, в домовых трубопроводах, в подшипниковых сплавах и в покрытиях из олова и его сплавов.Элемент состоит из 10 изотопов с массовыми числами 112, 114-120, 122, 124; последний слабо радиоактивен; изотоп 120Sn наиболее распространен (около 33%).
 

СТРУКТУРА

Олово имеет две аллотропные модификации: a-Sn (серое олово) с гранецентрированной кубической кристаллической решеткой и b-Sn (обычное белое олово) с объемноцентрированной тетрагональной кристаллической решеткой. Фазовый переход b -> a ускоряется при низких температурах (-30° С) и в присутствии зародышей кристаллов серого олова; известны случаи, когда оловянные изделия на морозе рассыпались в серый порошок («оловянная чума»), но это превращение даже при очень низких температурах резко тормозится наличием мельчайших примесей и поэтому редко встречается, представляя скорее научный, чем практический интерес.

СВОЙСТВА

Плотность b-Sn 7,29 г/см3, плотность a-Sn 5.85 г/см3,. Температура плавления 231,9°C, температура кипения 2270°C.
Температурный коэффициент линейного расширения 23·10-6 (0-100 °С); удельная теплоемкость (0°С) 0,225 кдж/(кг·К), то есть 0,0536 кал/(г·°С); теплопроводность (0°С) 65,8 вт/(м·К.), то есть 0,157 кал/(см·сек·°С); удельное электрическое сопротивление (20 °С) 0,115·10-6ом·м, то есть 11,5·10-6 ом·см
. Серое олово является диамагнетиком, а белое — парамагнетиком.

Предел прочности при растяжении 16,6 Мн/м2 (1,7 кгс/мм2); относительное удлинение 80-90%; твердость по Бринеллю 38,3-41,2 Мн/м2(3,9-4,2 кгс/мм2). При изгибании прутков олова слышен характерный хруст от взаимного трения кристаллитов.

Чистое олово обладает низкой механической прочностью при комнатной температуре (можно согнуть оловянную палочку, при этом слышится характерный треск, обусловленный трением отдельных кристаллов друг о друга) и поэтому редко используется.

ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА

Олово — редкий рассеянный элемент, по распространенности в земной коре олово занимает 47-е место. Кларковое содержание олова в земной коре составляет, по разным данным, от 2·10−4 до 8·10−3 % по массе. Основной минерал олова — касситерит (оловянный камень) SnO2, содержащий до 78,8 % олова. Гораздо реже в природе встречается станнин (оловянный колчедан) — Cu2FeSnS4 (27,5 % Sn). Мировые месторождения олова находятся в основном в Китае и Юго-Восточной Азии — Индонезии, Малайзии и Таиланде. Также есть крупные месторождения в Южной Америке (Боливии, Перу, Бразилии) и Австралии.

В России запасы оловянных руд расположены в Чукотском автономном округе (Пыркакайские штокверки; рудник/посёлок Валькумей, Иультин — разработка месторождений закрыта в начале 1990-х годов), в Приморском крае (Кавалеровский район), в Хабаровском крае (Солнечный район, Верхнебуреинский район (Правоурмийское месторождение)), в Якутии (месторождение Депутатское) и других районах.

В процессе производства рудоносная порода (касситерит) подвергается дроблению до размеров частиц в среднем ~ 10 мм, в промышленных мельницах, после чего касситерит за счет своей относительно высокой плотности и массы отделяется от пустой породы вибрационно-гравитационным методом на обогатительных столах. В дополнение применяется флотационный метод обогащения/очистки руды. Таким образом удается повысить содержание олова в руде до 40-70 %. Далее проводят обжиг концентрата в кислороде для удаления примесей серы и мышьяка. Полученный концентрат оловянной руды выплавляется в печах. В процессе выплавки восстанавливается до свободного состояния посредством применения в восстановлении древесного угля, слои которого укладываются поочередно со слоями руды, или алюминием (цинком) в электропечах: SnO2 + C = Sn + CO2. Особо чистое олово полупроводниковой чистоты готовят электрохимическим рафинированием или методом зонной плавки.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

Основная форма нахождения олова в горных породах и минералах — рассеянная (или эндокриптная). Однако олово образует и минеральные формы, и в этом виде часто встречается не только как акцессорий в кислых магматических породах, но и образует промышленные концентрации преимущественно в окисной (касситерит SnO2) и сульфидной (станнин) формах.

В общем можно выделить следующие формы нахождения олова в природе:

  1. Рассеянная форма: конкретная форма нахождения олова в этом виде неизвестна. Здесь можно говорить об изоморфно рассеянной форме нахождения олова вследствие наличия изоморфизма с рядом элементов (Ta, Nb, W — с образованием типично кислородных соединений; V, Cr, Ti, Mn, Sc — с образованием кислородных и сульфидных соединений). Если концентрации олова не превышают некоторых критических значений, то оно изоморфно может замещать названные элементы. Механизмы изоморфизма различны.
  2. Минеральная форма: олово установлено в минералах-концентраторах. Как правило, это минералы, в которых присутствует железо Fe+2: биотиты, гранаты, пироксены, магнетиты, турмалины и т. д. Эта связь обусловлена изоморфизмом, например, по схеме Sn+4 + Fe+2 → 2Fe+3. В оловоносных скарнах высокие концентрации олова установлены в гранатах (до 5,8 вес.%) (особенно в андрадитах), эпидотах (до 2,84 вес.%) и т. д.

    На сульфидных месторождениях олово входит как изоморфный элемент в сфалериты (Силинское месторождение, Россия, Приморье), халькопириты (Дубровское месторождение, Россия, Приморье), пириты. Высокие концентрации олова выявлены в пирротине грейзенов Смирновского месторождения (Россия, Приморье). Считается, что из-за ограниченного изоморфизма происходит распад твёрдых растворов с микровыделениями Cu2+1Fe+2SnS4 или тиллита PbSnS2 и других минералов.

    ПРИМЕНЕНИЕ

    Олово используется в основном как безопасное, нетоксичное, коррозионностойкое покрытие в чистом виде или в сплавах с другими металлами. Главные промышленные применения олова — в белой жести (лужёное железо) для изготовления тары пищевых продуктов, в припоях для электроники, в домовых трубопроводах, в подшипниковых сплавах и в покрытиях из олова и его сплавов. Важнейший сплав олова — бронза (с медью). Другой известный сплав — пьютер — используется для изготовления посуды. Для этих целей расходуется около 33 % всего добываемого олова. До 60 % производимого олова используется в виде сплавов с медью, медью и цинком, медью и сурьмой (подшипниковый сплав, или баббит), с цинком (упаковочная фольга) и в виде оловянно-свинцовых и оловянно-цинковых припоев. В последнее время возрождается интерес к использованию металла, поскольку он наиболее «экологичен» среди тяжёлых цветных металлов. Используется для создания сверхпроводящих проводов на основе интерметаллического соединения Nb3Sn.
    Дисульфид олова SnS2 применяют в составе красок, имитирующих позолоту («поталь»).

    Искусственные радиоактивные ядерные изомеры олова 117mSn и 119mSn — источники гамма-излучения, являются мёссбауэровскими изотопами и применяются в гамма-резонансной спектроскопии.
    Интерметаллические соединения олова и циркония обладают высокими температурами плавления (до 2019 °C) и стойкостью к окислению при нагревании на воздухе и имеют ряд областей применения.

    Олово является важнейшим легирующим компонентом при получении конструкционных сплавов титана.
    Двуокись олова — очень эффективный абразивный материал, применяемый при «доводке» поверхности оптического стекла.
    Смесь солей олова — «жёлтая композиция» — ранее использовалась как краситель для шерсти.

    Олово применяется также в химических источниках тока в качестве анодного материала, например: марганцево-оловянный элемент, окисно-ртутно-оловянный элемент. Перспективно использование олова в свинцово-оловянном аккумуляторе; так, например, при равном напряжении, по сравнению со свинцовым аккумулятором свинцово-оловянный аккумулятор обладает в 2,5 раза большей емкостью и в 5 раз большей энергоплотностью на единицу объёма, внутреннее сопротивление его значительно ниже.
    Исследуются изолированные двумерные слои олова (станен), созданные по аналогии с графеном.

    Олово (англ. Tin) — Sn

    Молекулярный вес 118.71 г/моль
    Происхождение названия от ср. древневерхненемецкого elo — «жёлтый», лат. albus — «белый», так что металл назван по цвету
    IMA статус действителен, описан впервые до 2019 (до IMA)

    КЛАССИФИКАЦИЯ

    Strunz (8-ое издание) 1/A.05-30
    Nickel-Strunz (10-ое издание) 1.AC.10
    Dana (7-ое издание) 1.1.19.1
    Dana (8-ое издание) 1.1.13.1
    Hey’s CIM Ref 1.29

    ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

    Цвет минерала оловянный-белый, серо-белый
    Цвет черты серо-белый
    Прозрачность непрозрачный
    Блеск металлический
    Спайность нет
    Твердость (шкала Мооса) 1.5 — 2
    Прочность ковкий
    Излом зазубренный
    Плотность (измеренная) 7.31 г/см3
    Радиоактивность (GRapi) 0
    Магнетизм серое олово — диамагнетик, белое — парамагнетик

    ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

    Тип изотропный
    Анизотропия умеренная
    Плеохроизм не плеохроирует
    Люминесценция в ультрафиолетовом излучении не флюоресцентный

    КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

    Точечная группа 4/mmm (4/m 2/m 2/m) — дитетрагональная дипирамидальная
    Пространственная группа I 41/amd
    Сингония тетрагональная
    Параметры ячейки a = 5.831Å, b = 5.831Å, c = 3.182Å, α = 90°, β = 90°, γ = 90°
    Двойникование общая по (111)

    mineralpro.ru  

    13.07.2016  

Основным материалом, применяемым при пайке, является специальный сплав, называемый припоем. К одной из важнейших его характеристик относится температура плавления.

Существует множество разнообразных сплавов, используемых в качестве припоев при выполнении паяных соединений металлических изделий. Они имеют различия по химическому составу и по физико-механическим свойствам.

Классификация

В соответствии с государственным стандартом, существует следующее классификационное деление припоев по температуре их плавления:

  • низкотемпературные, их также называют мягкими. Температура плавления этих паяльных сплавов не превышает 450 ℃. В свою очередь, данная категория делится на две подкатегории. Паяльные сплавы, плавящиеся при температуре до 145 ℃ называются особолегкоплавкими, плавящиеся в диапазоне от 145 до 450 ℃ относятся к легкоплавким;
  • высокотемпературные или твёрдые. К ним относятся припои с температурой плавления, превышающей 450 ℃. Этот класс сплавов включает в себя три подкатегории. Среднеплавкими считаются те, которые расплавляются при температуре до 2019 ℃, имеющие точку плавления от 2019 до 2019 ℃ называют высокоплавкими. Присадочные материалы, использующиеся при пайке, которые занимают ещё более высокотемпературные позиции, относятся к тугоплавким.

Таблица 1. Температура плавления припоев:

Марка припоя

Температура плавления, С°
Сплав Вуда 66-70
Сплав Розе 90-98
Припой ПОИН 52 120
Припой ПОСК 50-18 142-145
Припой ПОСВи 36-4 150-170
Припой ПОС-90 183-220
Припой ПОССу 18-0,5 183-277
Припой ПОССу 50-0,5 183-216
Припой ПОС-63 183
Припой ПОССу 25-0,5 183-266
Припой ПОС-40 183-238
Припой ПОС-30 183-238
Припой ПОССу 30-0,5 183-245
Припой ПОССу 40-0,5 183-235
Припой ПОССу 61-0,5 183-189
Припой ПОС-61 183-190
Припой ПОССу-15-05 184-275
Припой ПОССу-15-2 184-275
Припой ПОССу-40-2 185-229
Припой ПОССу 25-2 185-260
Припой ПОССу-30-2 185-250
Припой ПОССу-18-2 186-270
Припой ПОС-60 190
Припой ЦОП-30 200-315
Припой АВИА-1 200
Припой П200А 220-225
Припой ПОЦ-10 220-225
Припой ПОС-50 222
Припой ПОВи 0.5 224-232
Припой ПОМ-1 230-240
Припой ПОМ-3 230-250
Припой ПОСу 95-5 (бессвинцовый) 234-240
Припой ПОССу-95-5 234-240
Припой ПОССу-4-4 239-265
Припой ПОССу-8-3 240-290
Припой ПОС-18 243-277
Припой ПОССу-4-6 244-270
Припой П250А 250-300
Припой АВИА-2 250
Припой ПОС-35 256
Припой ПОС-25 260
Припой ПОС-4 266
Припой ПОССу-10-2 268-285
Припой ПОС-10 268-299
Припой ПОС-20 268-299
Припой ПОССу-5-1 275-308
Припой марки А 300-320
Припой 34А 530-550
Припой 35А 545
Припой П-81 630-660
Припой П-14К 640-680
Припой П-14 640-680
Припой ПМФОЦр 6-4-0,03 640-680
Припой ПМФ-7 714-850
Припой ПМФ-9 750-800
Припой П-47 760-810
Припой ПМЦ-36 800-825
Припой Алармет 211 800-890
Припой П 21 800-830
Припой Л63 850-910
Припой таблетированный Л63 850-900
Припой ПМЦ-54 876-880
Припой ВПР-28 880-980
Припой П100М 900-950
Припой ЛО 60-1 900
Припой П100 900-950
Припой ЛОК 59-1-0,3 900
Припой МНМц 68-4-2 915-970
Припой ЛНМц 49-9-0,2 920
Припой МНМц 9-23,5 925-950
Припой ЛК 62-0,5 960-1020
Припой ВПР-16 960-970
Припой ВПР-4 1000-1050
Припой ВПР-1 1080-1120
Припой ВПР-11-40Н 1100-1120

Основная суть процесса пайки заключается в смачивании расплавленным присадочным материалом поверхностей соединяемых деталей, которые сами при этом не расплавляются. Исходя из этого, температура плавления припоев должна быть ниже, чем соответствующая характеристика спаиваемых металлов.

Состав паяльных сплавов

Физико-механические свойства плавящихся присадочных материалов, в частности, температура их плавления, определяются содержанием компонентов, входящих в их состав.

Обычно такие сплавы состоят из нескольких химических элементов, но название композиций определяется по тому элементу, который является основным и превосходит все остальные по содержанию. Например, припои на основе олова называют оловянными.

Существует большое семейство припоев, содержащих значительные удельные доли свинца и олова. Такие паяльные сплавы принято называть оловянно-свинцовыми.

Для них принято буквенное обозначение ПОС, после которого следует цифра, показывающая процентное содержание олова в составе этого припоя.

Таблица 2. Химический состав припоев:

Марка припоя

Химический состав, %

Олово

Сурьма

Медь

Цинк

Свинец

Алюминий

ПОС-40

39…41

_

_

Остальное

ПОССу40-0,5

39…41

0,05.-0,5

ПОССу40-2

39…41

1.5…2

ПОССуЗО-О.5

29 31

0,05-0,5

—»—

ПОССуЗО-2

29…31

1,5-2

—»—

А

38,6…42,1

1,5-2

56…59

ЦО-12

12

83

ЦА-15

85

15

Компоненты, входящие в состав припоя, оказывают воздействие на физические качества сплава, образуя нечто новое, не присущее каждому из компонентов в отдельности.

При этом наибольшее влияние на результирующие свойства припоя (такие, как температура его плавления) оказывает элемент, имеющий наибольший удельный вес в сплаве.

Так, паяльные сплавы на основе такого легкоплавкого металла, как олово, относятся к низкотемпературным или мягким. Этим подчёркивается связь температуры плавления металла с его механической твёрдостью.

То есть, металлы, которые плавятся при более низкой температуре, являются более мягкими.

Существует множество припоев, которые создаются на основе меди, алюминия, цинка, серебра, золота, платины. Высокотемпературная пайка осуществляется сплавами, в состав которых входят титан, цирконий, молибден и другие металлы.

Выбор припойного материала

Одним из главных критериев выбора сплава для создания паяного соединения металлических деталей является температура его плавления.

То есть, присадочный материал должен расплавляться раньше, чем основной. Но это не единственное условие выбора.

Жидкий расплав должен хорошо смачивать поверхность основного металла. Кроме этого, к паяному соединению предъявляются определённые прочностные требования.

Правильный подбор присадочного материала для пайки позволяет приблизить прочность соединения к прочности основного металла.

Именно по этой причине при пайке какого-либо металлического изделия стараются использовать присадку на основе такого же металла, как металл изделия.

При этом более низкая температура плавления припоя обеспечивается дополнительными компонентами, входящими в его состав.

Правда, следует заметить, что сравнять эти характеристики при пайке не удаётся никогда. То есть, при механических испытаниях на разрушение излом всегда будет происходить в месте соединения.

В некоторых специфических видах пайки прочность соединения играет не главную роль. Например, при пайке ювелирных изделий основной является эстетическая часть работы. Поэтому изделия из золота, серебра и платины паяются только припоями на основе одноимённых металлов, причём той же пробы.

Разогрев

В зависимости от температуры плавления используемого присадочного материала, применяются различные методы нагрева при пайке. В случае с мягкими материалами, содержащими олово, цинк, свинец, основным инструментом при пайке может служить обычный паяльник.

В качестве примера можно привести сборку и ремонт электронных схем, содержащих компоненты, критичные к перегреву. В этой ситуации обычно используются свинцово-оловянные материалы, имеющие невысокую температуру плавления и электрические паяльники небольшой мощности.

Механическая прочность соединений играет здесь второстепенную роль, главным является обеспечение надёжного электрического контакта.

Когда речь идёт о пайке высокотемпературными материалами, паяльник оказывается бессильным. В этих случаях нагрев осуществляется посредством газовых горелок и специальных установок, использующих токи высокой частоты.

Это относится к промышленной пайке в условиях производственных цехов и использованию твёрдых припоев.

В отдельных случаях, когда спаиваемые детали очень массивны, и при использовании обычных средств нагрева достичь плавления не удаётся, применяются специальные печи, куда заготовки помещают целиком. Только таким способом обеспечивают надежную пайку.

Олово получают из руд или обогащенного металлом песка. Таковой имеется в морях Заполярья. Смесь гранул с высоким содержанием олово добывают прямо со дна моря Лаптевых. Извлечение породы ведется с помощью специализированных судов в районе Ванькиной губы. Первую партию песка подняли на поверхность еще в 1976-ом году.

Что такое олово?

Олово – металл. Он занимает 50-е место в таблице химических элементов Дмитрия Менделеева. 50-ый номер находится в 4-ой группе таблице, в ее главной подгруппе. Они входят в пятый период списка. Масса олова равна 118, 710.

Металл редкий и рассеянный. Его в небольших количествах выделяют из руд и песков. По содержанию в коре Земли, олово занимает 47-е место среди химических элементов. Больше всего серебристо-белого металла в кассетирите. Это минерал. В нем олова почти 80%. Кстати, именно доля кассетирита велика в песках, поднимаемых со дна океана. Велика доля легкого металла и в оловянном колчедане, но он редко встречается в природе.

Физические и химические свойства олова

У элемента невысокая планка плавления. Предельная температура олова, при которой металл остается твердым — 231 градус Цельсия. Уже при 231,9 градусах элемент плавится. Эта цифра одинакова для обеих модификаций металла. Он бывает белый и серый. Темный оттенок элемент приобретает, переходя из металлического состояние в порошкообразное. Плотность порошка значительно ниже, она равна 5 850 граммов на кубический сантиметр. Этот показатель более чем на тысячу уступает плотности олова в металлическом состоянии.

В состояние порошка олово переходит только при низких температурах. Метаморфозу называют оловянной чумой. Из-за нее, к примеру, в 1912-ом погибла целая экспедиция. Отправленная на Северный полюс команда «Скотта»  на половине пути осталась без горючего. Керосин вытек из баков. Они были из жести, но спайка была из олова. На холоде оно стало порошком и высыпалось из швов, а вместе с ним вылилось и горючее.

Плавление олова сильно разнится с планкой кипения. Последняя составляет 2 270-ти градусах. Элемент легко гнется и в охлажденном состоянии, а при небольшом нагреве становится словно пластилин. Металл легкий, его вес сравним с алюминием.

Металл покрывает оксид олова. Он образует пленку, защищающую элемент от коррозии. Это свойство олово не теряет даже во влажном воздухе с температурой в 100 градусов Цельсия.

Олово не из списка химически стойких металлов. Оно вступает в реакцию, к примеру, с азотной  и серной кислотами. Реагирует олово и с галогенами.

Применение олова

Люди нашли применение олову еще до нашей эры. Белесый металл  служит человечеству приблизительно с бронзового века. Он назван так в честь сплава, изделия из которого были ведущими в указанную эпоху. Причем здесь олово? Оно входило в состав бронзы. Тогда это был сплав олова и меди. Такова рецептура и сейчас. Правда, теперь иногда добавляют еще алюминий, кремний и свинец. Да и роль бронзы в жизни общества уже не та.

В 21-ом веке легкий металл используют не только для бронзы, но и для припоев. На эти цели идет обычно сплав олова и свинца. Используют также соединения с кадмием и висмутом. Такие составы не рассыплются в порошок даже на холоде, поэтому служат надежной «соединительной тканью» для различных деталей.

Сплав олова со свинцом и сурьмой используют в печатной промышленности. Соединение трех элементов идет на создание типографских шрифтов.

Оловом прокатывают фольгу. Из белого металла делают трубы и прочие элементы, которые должны обладать антикоррозийными свойствами. Поскольку олово не ржавеет, из него делают посуду. Пищевой металл отлично проводит тепло. Элемент не токсичен. Его применяют даже для покрытий емкостей для длительного хранения еды, к примеру, для консервных банок. Кстати, банки покрывают оловом и снаружи. Так всегда поступают с жестяной тарой, что уберегает ее от разрушения.

Посуду из олова делали и в древности. Наши предки также заметили особенность олова не поддаваться коррозии, не ржаветь. Однако, столовые приборы из легкого металла не были распространены. Причина – дороговизна. В прошлые эпохи олово стоило наравне с золотом и даже больше. Так, даже у знатных римлян олово не всегда было в изобилии.

Олово – важный элемент тканевой промышленности. Здесь в ход идут соли металла. Они используются при изготовлении натурального шелка и печатании на ситцевых материях. Белесый элемент пригождается и в медицине. Олово нужно стоматологам для формирования некоторых пломб. Сейчас они отходят в прошлое, но раньше составляли чуть ли не 100% всех зубных «заплаток». Раньше олово применялось и при лечении эпилепсии. Припадки снимали с помощью пилюль из олова и хлора. Этим же способом боролись со многими неврозами. Звучит страшно, но олово содержится в организме человека и без пилюль. Более того, элемент необходим. При его нехватке замедляется, к примеру, рост людей.

Купить металл для тех или иных нужд можно примерно за 1 000 рублей. Это олово, цена на которое установлена с учетом обработки. Тысячу просят за пруты, цилиндры и прочие готовые элементы. Чистое олово купить можно гораздо дешевле, в среднем на 30-40%. Еще бюджетнее порошок металла. Его, к слову,  добавляют в инсектицидные смеси. Так называются химические составы для травли насекомых, к примеру, вредителей сада и огорода. Олова боятся и морские «вредители». Так, на покрытое белым металлом дно кораблей не присасываются моллюски, не разрушая тем самым конструкцию.

 
Олово — металл, служивший человеку с незапамятных времен. Физические свойства олова обеспечили его основополагающую роль в истории человечества. Без него невозможно существование бронзы, остававшейся на протяжении многих веков единственным сплавом, из которого человек изготовлял практически все — от орудий труда до ювелирных украшений.

Олово — металл использующийся человеком с давних времен

Физические свойства олова

При нормальном давлении и температуре 20°C олово идентифицируется как металл с блеском бело-серебристого цвета. Медленно тускнеет на воздухе вследствие образования оксидной пленки.

Для олова, как и для всех металлов, характерна непрозрачность. Свободные электроны металлической кристаллической решетки заполняют межатомное пространство и отражают световые лучи, не пропуская их. Поэтому находясь в кристаллическом состоянии, металл имеет характерный блеск, а в порошкообразном виде этот блеск утрачивает.

Обладает отличной ковкостью, т. е. легко подвергается обработке с помощью давления. Ковкость олову придает его высокая пластичность в сочетании с низким сопротивлением деформации. Пластичность металла позволяет раскатать его в тонкую фольгу, называемую станиолем или оловянной бумагой. Ее толщина колеблется от 0,008 до 0,12 мм. Ранее станиоль находил применение в качестве подложки при изготовлении зеркал и в электротехнике при производстве конденсаторов, пока не был полностью вытеснен алюминиевой фольгой.

У олова свойства достаточно мягкого металла. Его твердость по шкале Бринелля составляет 3,9–4,2 кгс/мм².

Относится к легкоплавким металлам. Температура плавления олова — 231,9°C — способствует быстрому извлечению его из руды. Олово просто сплавляется с другими металлами, что обеспечивает его обширное применение в промышленности.

Плотность при температуре 20°C составляет 7,29 г/см³. По этому показателю олово в 2,7 раза тяжелее алюминия, но легче серебра, золота, платины и приближено к плотности железа (7,87 г/см³).

Металл закипает при высокой температуре, равной 2620°C, долго оставаясь жидким в расплаве.

Химически чистое олово при обычной температуре обладает незначительной прочностью. При растяжении предел механической прочности составляет всего 1,7 кгс/мм², а относительное удлинение — 80–90%. Эти характеристики говорят о том, что деформировать оловянный прут можно без особых усилий в разных направлениях. При этом смещение слоев кристаллической решетки металла относительно друг друга сопровождается специфичным треском.

Полиморфизм олова

Полиморфизм (аллотропия) — физическое явление, основанное на перестроении атомов или молекул веществ в твердом состоянии, что влечет за собой изменение их свойств. Каждая полиморфная модификация устойчиво существует только в строго определенном интервале значений температур и давлений.

Любой металл обладает специфической кристаллической решеткой. При изменении внешних физических условий кристаллическая решетка может меняться. Полиморфизм металлов используют при их термической обработке в промышленности.

Олово — металл по разному реагирующий на химические воздействия

Химические свойства олова определяются его положением в периодической системе элементов Д. И. Менделеева и предусматривают амфотерность, т. е. способность проявлять как основные, так и кислотные свойства. Напрямую зависят от полиморфизма олова физические свойства.

Для металла известны три аллотропные модификации: альфа, бета и гамма. Полиморфная перестройка кристаллических решеток возможна вследствие изменения симметрии электронных оболочек атомов под воздействием разных температур.

  1. Для серого олова (α-Sn) характерна гранецентрированная кубическая кристаллическая решетка. Размер элементарной ячейки решетки здесь большой. Это напрямую отражается на плотности. Она меньше, чем у белого олова: 5,85 и 7,29 г/см³ соответственно. По электропроводности альфа-модификация относится к полупроводникам. По магнетизму — к диамагнетикам, т. к. под внешним магнитным воздействием намагничивается против направления внутреннего магнитного поля. Альфа-олово существует до температуры 13,2°C в виде мелкодисперсного порошка и практического значения не несет.
  2. Белое олово (β-Sn) является самой устойчивой аллотропной модификацией с объемноцентрированной тетрагональной кристаллической решеткой. Существует в диапазоне температурных значений от 13,2 до 161°С. Очень пластично, мягче золота, но тверже свинца. Среди остальных металлов обладает средним значением теплопроводности. Металл относят к проводникам, хотя электропроводность у бета-модификации относительно низкая. Этим свойством пользуются, чтобы уменьшить электропроводность какого-либо сплава путем добавления олова. Является парамагнетиком, т. е. во внешнем магнитном поле намагничивается в направлении внутреннего магнитного поля.
  3. Гамма-модификация (γ-Sn) обладает ромбической кристаллической решеткой, устойчива в диапазоне температур от 161 до 232°С. С увеличением температуры пластичность возрастает, но, достигнув температуры фазового перехода в 161°С, металл полностью утрачивает это свойство. Гамма-модификация имеет большую плотность при высокой степени хрупкости, т. е. сразу рассыпается в порошок, поэтому практического применения не имеет.

Особенности полиморфного перехода β→α

Процесс перехода из одной полиморфной модификации в другую происходит при изменении температуры. При этом наблюдают скачкообразные изменения физико-химических свойств металла.

Выше температуры 161°С бета-олово обратимо превращается в хрупкую гамма-модификацию. Ниже температуры 13°С бета-модификация необратимо переходит в порошкообразное серое олово. Данный полиморфный переход совершается с очень малой скоростью, но стоит только на бета-олово попасть крупинкам альфа-модификации, как плотный металл рассыпается в пыль. Поэтому полиморфный переход β→α иногда называют «оловянной чумой». Обратно альфа-модификация переводится в бета-модификацию только путем переплавки.

Фазовый переход β→α значительно ускоряется при минусовых температурах окружающей среды и сопровождается увеличением удельного объема металла примерно на 25%, что приводит к его рассыпанию в порошок.

У олова есть уникальная реакция на мороз «оловянная чума»

В истории есть случаи, когда оловянные изделия на морозе становились серым порошком, обескураживая своих хозяев. «Оловянная чума» встречается редко и характерна лишь для химически чистого вещества. При наличии даже мельчайших примесей переход металла в порошок сильно замедляется.

Интересно предположение некоторых историков, что победу российскому императору Александру I над французской армией под командованием Наполеона Бонапарта помогла одержать «оловянная чума». При сильных морозах пуговицы на шинелях французов просто рассыпались в прах, и солдаты, замерзая, потеряли боеспособность.

Заключение

Олово обладает всеми типичными физическими свойствами металлов, а его полиморфизм по-своему удивителен. Без уникальной тягучести и пластичности этого металла невозможно представить себе современную промышленность. Почти половина от мировой добычи олова используется для производства пищевой жести. Оставшаяся половина расходуется для изготовления сплавов и различных соединений, применяемых во всех хозяйственных отраслях.

Похожие статьи