Температура плавления олова и свинца

Температура плавления олова и свинца

Одним из наиболее распространенных металлов во всем мире можно назвать олово. Оно использовалось кузнецами на протяжении многих столетий для изготовления самых различных вещей. Еще до появления металлургической промышленности кузнецы знали, при какой температуре плавится олово, какими физико-химическими свойствами оно обладает. Важным моментом является то, что сплав олова и меди можно считать первым проявлением развития металлургии как отдельной отрасли. Первое искусственное соединение, созданное человеком, во многом зависело от достаточно низкой температуры плавления соединяемых металлов.

• Получение и применение
• Проведение плавки металла
• Изготовление припоя

Плавка олова

Олово достаточно легко расплавить в больших количествах и отлить в форму из графита или любого другого материала. Средняя температура плавления олова не превышает 240°C. Основные требования к материалу для форм заключаются в следующем:

• вещество не должно смачиваться жидким оловом;
• материал должен выдерживать температуру в 250°C, не разрушаясь и не меняя своей формы.

Расплавленный металл способен окисляться на открытом воздухе, а твердое вещество довольно устойчиво к кислородной коррозии. Иногда это свойство используется для нанесения металлического слоя на жестяные изделия. Но в отличие от цинкового напыления, оловянное не придает изделию электрохимическую защиту – в случае царапины коррозия быстрее разъест поверхность с оловянным покрытием, а не с цинковым.

Характеристика олова

Плавится при 232 °C, кипит при 2600 °C, отлично сплавляется с разными металлами, благодаря высокой пластичности хорошо поддается ковке. Паяльное олово используется в качестве припоя, так как оно хорошо смачивает металлы. Промышленное получение олова значительно сложнее чем свинца, поэтому оно гораздо дороже.

В отличие от свинца олово выглядит гораздо привлекательнее. Этот серебристо-белый металл безопасен для здоровья человека. Оловом часто покрывают поверхности металлических изделий в местах, где они контактируют с пищей: посуду, консервную жесть, пищевую фольгу и другие. Однако оловянная пыль и пары при вдыхании могут вызвать опасное влияние на человеческий организм. Кроме производства тары для продуктов питания, олово широко используется в разных припоях и других сплавах, например, в антифрикционных и подшипниковых. Этот материал значительно легче свинца, его плотность 7,3 г/куб.см.

Олово полиморфно, то есть оно может существовать в различных модификациях в зависимости от температуры. При температуре ниже 13 °C белое олово (β-модификация) переходит в серое олово (α-модификацию). В результате этого фазового перехода блестящие оловянные изделия рассыпаются в порошок серого цвета. Причем при контакте с порошком белое олово как бы заражается от него и превращается в серое. Такое явление получило название «оловянная чума».

По некоторым данным, именно оно стало главной причиной гибели экспедиции Роберта Скотта на Южный полюс. Керосин, хранившийся на промежуточных складах, вытек из канистр, пропаянных по швам оловом, которое рассыпалось в порошок на морозах Антарктики. Таким образом, члены экспедиции остались почти без топлива.

Плотность припоев и баббитов, их теплопроводность и КТлР

В таблицах даны теплофизические свойства некоторых припоев и баббитов (антифрикционных подшипниковых материалов) при комнатной температуре. Представлены такие свойства, как: плотность, коэффициент температурного расширения и теплопроводность.

Указаны свойства следующих припоев и баббитов: ПОС-30, ПОС-18, ПСр45, ПОЦ70, ПОЦ60, 34А, эвтектический силумин; баббиты, Б83, Б16, БКА, Б88, Б89, Б6.

Следует отметить, что плотность припоев, коэффициент температурного расширения (КТлР) и теплопроводность припоев и баббитов имеют близкие значения, за исключением припоя 34А и эвтектического силумина, которые в 2-4 раза легче.

Температура плавления

Особую известность имеют соединения, использующиеся в качестве припоя радиолюбителями. Температура плавления в сплаве ПОС-40 составляет + 235,0 °С. Содержащийся в припоях свинец является довольно мягким материалом, имеющий серый цвет со светлым оттенком. Он плавится при значении + 327,0 °С, что делает его идеальной составляющей для олова. Припой ПОС-61 может плавиться при температуре + 191,0 °С, чем весьма удобен для пайки небольших радиодеталей.

Специалисты знают, при какой температуре олово плавится. Данная величина составляет + 231,9 °С, а при + 231,0°С оно остается твердым. Температурный показатель кипения этого вещества намного выше – 2 600 градусов Цельсия. В зависимости от компонентов, входящих в состав оловянного сплава изменяется температурный показатель плавления. Этот материал превосходно гнется даже в холодном состоянии, а нагреваясь, он начинает приобретать свойства пластилина. Температура плавления свинца и оловянной составляющей разнится, однако их сплавы обладают широким применением. При плавке применяются специальные флюсы, шлаки, а также присадки для получения необходимой степени качества и сорта металла. Из-за его возможности расплавляться при низкой температуре он является стратегически важным сырьем. Сплавы с участием оловянного компонента очень легко обрабатываются и применяются при соединении конструктивных деталей и узлов с герметичным швом. К наиболее известным бытовым соединениям относятся припои, температура плавления в которых олова и свинца зависит от их количества.

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.

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.

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.

Что такое олово

Часто возникают споры о том, олово — это металл или неметалл. Химический элемент олово – Sn, помещается в 14 группе таблицы элементов Д. И. Менделеева в 5 периоде вместе с углеродом, кремнием и германием. Такое расположение указывает на амфотерность вещества: оно проявляет и кислотные, и основные свойства.

Об олове как уникальном элементе расскажет данный видеоролик:

Понятие и особенности

Олово – легкий, ковкий, пластичный металл белого цвета с мягким серебристым блеском. Со временем блеск на изделиях тускнеет, что, как правило, недостатком не считается. Металл относится к редким рассеянным элементам, что затрудняет его добычу.

Применение олова напрямую связано с его свойствами:

• температура плавления олова – +231,9 С;
• температура кипения – 2600 С;
• температура литья – 260–300 С, что и обуславливает превосходную ковкость, как самого металла, так и сплавов из него;
• теплопроводность при нормальной температуре – 65,8 Вт/(м•К);
• удельная электропроводность – 8,69 МСм/м;
• сопротивление разрыву – до 20 МПа.

Все свойства металлов оцениваются при нормальной температуре, то есть, при 20 С. Соответственно, данные применимы для той модификации вещества, которая устойчива при этой температуре.

Олово совершенно нетоксично, не воздействует на человеческий организм, а потому применяется в пищевой промышленности. Использование оловянной посуды или трубопровода для водоснабжения тоже вреда не причинят.

В человеческом организме элемент встречается в основном в костях, где способствует процессу нормального обновления костной ткани. Олово относится к макроэлементам: для нормального функционирования человеку необходимо от 2 до 10 мг в сутки. На деле металл попадает в организм с пищей в куда большем количестве, но, так как кишечник в состоянии усвоить не более 3–5% поступлений, то отравление невозможно.

Недостаток макроэлемента в первую очередь замедляет рост, а также обуславливает потерю слуха, облысение, изменение состава костной ткани. А вот поглощение паров олова или пыли, содержащей его соединения, к отравлению привести могут.

Свойства металла

Олово – металл непрочный. Куда больший интерес для современного народного хозяйства представляет его высокая коррозийная стойкость. Оловянное покрытие издавна применяется для защиты металлических предметов, в частности, консервных банок.

Еще одно интересное свойство – способность соединять собой разные металлы, образуя прочную, устойчивую к внешним воздействиям связь. Используют для этого как само олово – в частности, для лужения посуды и предметов быта, так и припои – сплавы металла со свинцом. Сплав относят к категории мягких припоев и активно применяют в электро- и радиотехнике.

По своим качествам и внешнему виду вещество ближе всего к алюминию. На деле сходство это весьма относительное. Оба металла относятся к легким, оба нечувствительны к коррозии и действию погодных факторов. Однако алюминий нестоек к действию кислот и щелочей, даже слабых – уксусной кислоты, например, в то время как олово реагирует только с концентрированными сильными кислотами.

Далее мы расскажем об интересных преимуществах и недостатках олова, его физических и химических свойствах, о производстве и использовании материала.

Плюсы и минусы

В строительстве металл используется весьма ограниченно, поскольку не обладает механической прочностью, стойкостью к разрыву и так далее. Гораздо чаще применение находят сплавы.

• ковкость – имеет значение при изготовлении предметов быта. И посуда, и светильники, и подставки, и декоративные предметы могут выглядеть необыкновенно красиво. При этом температура ковки невелика, а, значит, незначительно удорожает изделие;
• инертность делает металл применимым в пищевой промышленности, поскольку он никак не взаимодействует с органическими кислотами или основаниями;
• низкая температура плавления облегчает процесс нанесения металла на поверхность и снижает энергопотери;
• олово и его сплав со свинцом – самый известный, распространенный и доступный мягкий припой;
• металл и его сплавы являются антифрикционными. Если вращающиеся и соприкасающиеся детали изготовить из самого вещества нельзя, то оловянное покрытие такой части машины значительно снижает трение, а, значит, защищает от преждевременного износа.

• К условным недостаткам металла относят его непрочность. Олово совершено не годится для производства любых деталей и частей, от которых требуется стойкость к нагрузкам;
• это элемент редкий, добыча и выплавка его довольно дороги, так что и само вещество оказывается дорогостоящим.

Сказать точно, сколько стоит 1 кг олова достаточно трудно, так как стоимость металлов постоянно меняется.

О том, что делать, если не липнет олово, расскажет специалист в видео ниже:

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 117m Sn и 119m Sn — источники гамма-излучения, являются мёссбауэровскими изотопами и применяются в гамма-резонансной спектроскопии.
Интерметаллические соединения олова и циркония обладают высокими температурами плавления (до 2000 °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.