Белое и серое олово

28.09.2018

Олово (Sn) является элементом 14-й группы периодической таблицы, располагается в пятом периоде, с порядковым номером 50. Входит в группу лёгких металлов. Олово обладает полиморфизмом кристаллов, т.е. имеет две аллотропические модификации: белое и серое олово.

Серое олово является α-фазой, наблюдается при температуре ниже 13,2 °C. Приведём некоторые физические свойства α-фазы:

обладает кубической решёткой типа алмаза (a=0,6491 нм); узкозонный полупроводник в виде порошка серебристого цвета. Ниже -269,43 °C α-Sn наблюдается сверхпроводимость; плотность составляет 5,85 г/см3; выше 13,2 °C осуществляется переход в белое олово.

Белое олово

Белое олово является β-фазой, наблюдается при температуре выше 13,2 °C. Приведём некоторые физические свойства β-Sn:

обладает тетрагональной кристаллической решёткой (a=0,5831 нм, c=0,3181 нм); мягкий, легкоплавкий, блестящий и пластичный металл, обладающий серебристо-белым цветом; плотность составляет 7,29 г/см3; ниже 13,2 °C осуществляется переход в серое олово.

Оловянная чума

При понижении температуры ниже 13,2 °C наблюдается фазовый переход из белого олова в серое, при этом наблюдается уменьшение плотности примерно на 20% и поэтому металл рассыпается в серебристый порошок. Этот процесс называется «оловянной чумой». Это название пришло из старины, когда во время сильных холодов оловянные пряжки, кружки, пуговицы и ложки рассыпались.

Максимальная скорость этого превращения достигается при -39 °C и составляет около 1 мм в час. Однако, наличие примесей может снизить скорость превращения, а в некоторых случаях даже предотвратить переход из β-фазы в α-фазу (например, добавка висмута).

Кроме того, белое олово превращается в серое под действием ионизирующего излучения.

Обратное превращение (из α-фазы в β-фазу) при нормальных условиях также не быстрое дело. Однако, этот процесс можно ускорить: для этого нужно поместить порошок в горячую воду, тогда трансформация займёт всего несколько секунд. Различные добавки также могут привести к большей устойчивости по отношению к переходу.

Достаточное увеличение давления провоцирует переход из серого в белое олово. Поэтому, если спрессовать α-фазу под давлением 3-5 кбар, то осуществится переход в β-фазу.