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).
Давным-давно было замечено, что при сильных холодах посуда,
сделанная из олова, покрывается специфическими «язвами», которые, разрастаясь,
постепенно приводят к превращению такой посуды в порошок. Причем стоило
«простудившейся» миске прикоснуться к здоровой, та тоже покрывалась пятнами и
рассыпалась. Долго люди не могли понять сути происходящего. В конце прошлого
века в России был такой случай. Из Голландии в Россию был отправлен
железнодорожный состав, доверху груженный брусками олова. По прибытии в Москву в
открытых вагонах грузчики вместо ожидаемого металла обнаружили… серый порошок.
Объяснить это необычное явление удалось лишь много позже, когда на помощь
ученым-металловедам пришел рентгеновский анализ, давший возможность проникнуть в
суть кристаллического строения веществ. В частности, олово может принимать
различные кристаллические формы. Известное нам белое олово — пластичный металл,
при температуре ниже 13°С образует новую модификацию, обладающую свойствами
полупроводников, — олово серое, в кристаллической решетке которого атомы
располагаются менее плотно. Одна модификация переходит в другую тем быстрее, чем
ниже температура окружающей среды. При –33°С скорость превращений становится
максимальной. Олово трескается и превращается в порошок.
Именно это превращение и получило название «оловянная чума».
«Вылечить» же металл, столь необходимый для пайки проводов и
электронной аппаратуры, возможно, если добавить в него стабилизатор, например
висмут.
Первое видео: кусочек белого олова с затравкой из серого олова
охлажден до -38°C. Размер клеточки во всех видеороликах - 1 сантиметр.
"Оловянная чума" началась примерно через полчаса после охлаждения. Частота
съемки - 6 фотографий в час. Видно,что металл увеличивается в объеме,
"разбухает" и рассыпается на кусочки.
Для следующего видео, взят более
аккуратный брусок олова, проточенный на токарном станке и увеличили
частоту съемки примерно в три раза (20 фотографий в час). Это, видео получилось
более плавным, смена кадров почти не заметна. Одна
секунда видео соответствует одному часу реального времени. На всех видео хорошо
видно, что цвет образующегося серого олова действительно серый и хорошо отличим
от исходного метала.
На третьем ролике, кусочек олова имеет форму диска.
В центр диска поместил затравку, но хорошо видно, что
превращение началось сразу в несколких местах образца.