Оловянная чума — это автокаталитическое аллотропное превращение элемента олова , которое вызывает ухудшение состояния оловянных изделий при низких температурах. Оловянную чуму также называют оловянной болезнью , [1] оловянной болезнью , оловянной чумой , [2] или оловянной проказой . [3] Это автокаталитический процесс , ускоряющийся после начала. Впервые он был задокументирован в научной литературе в 1851 году, когда его наблюдали в трубах органов в средневековых церквях, которые испытали прохладный климат. [4]
С принятием Директивы об ограничении использования опасных веществ (RoHS) в Европе и аналогичных правил в других местах традиционные припои из свинца и олова в электронных устройствах были заменены почти чистым оловом, что привело к появлению оловянной вредной бактерии и связанным с ней проблемам, таким как образование оловянных усов . [5] [6]
При 13,2 °C (55,8 °F) и ниже чистое олово превращается из серебристого, пластичного металлического аллотропа β-формы белого олова в хрупкое, неметаллическое, α-форму серого олова с алмазной кубической структурой. Превращение инициируется медленно из-за высокой энергии активации, но присутствие германия (или кристаллических структур аналогичной формы и размера) или очень низкие температуры примерно -30 °C способствуют инициированию. Также наблюдается большое увеличение объема примерно на 27%, связанное с фазовым переходом в неметаллический низкотемпературный аллотроп. Это часто заставляет оловянные предметы (например, пуговицы) разлагаться в порошок во время превращения, отсюда и название оловянная чума . [7] Разложение будет катализировать само себя, поэтому реакция ускоряется, как только она начинается. Простое присутствие оловянной чумы приводит к большему количеству оловянной чумы. Оловянные предметы при низких температурах просто распадутся.
В 1910 году британский полярный исследователь Роберт Скотт надеялся первым достичь Южного полюса , но был побежден норвежским исследователем Руалем Амундсеном . Пешком экспедиция пробиралась через замерзшие пустыни Антарктиды , маршируя за тайниками с едой и керосином, оставленными по пути. В начале 1912 года в первом тайнике не было керосина; банки, запаянные оловом, были пустыми. Причиной пустых банок могла быть оловянная чума. [8] Жестяные банки были извлечены, и при анализе Институтом исследований олова никаких оловянных вредителей обнаружено не было. [9] [10] Некоторые наблюдатели винят некачественную пайку, так как в зданиях Антарктиды были обнаружены жестяные банки возрастом более 80 лет с хорошей пайкой. [ требуется ссылка ]
Часто рассказывают историю о том, как люди Наполеона замерзали в суровую русскую зиму , а их одежда разваливалась, когда пуговицы поедала оловянная чума. Похоже, это городская легенда , поскольку нет никаких доказательств того, что пуговицы вышли из строя, и, таким образом, они не могли быть фактором, способствовавшим провалу вторжения . [11] Пуговицы униформы той эпохи, как правило, были костяными для рядовых и латунными для офицеров. [12] Критики теории указывают, что любое олово, которое могло использоваться, было бы довольно нечистым и, следовательно, более устойчивым к низким температурам. Лабораторные испытания времени, необходимого для того, чтобы нелегированное олово получило значительные повреждения от оловянной вредители при пониженных температурах, составляют около 18 месяцев, что более чем в два раза превышает продолжительность вторжения. [8] Тем не менее, некоторые полки в кампании имели оловянные пуговицы, и температура достигала достаточно низких значений (ниже −40 °C или °F). [11] В данном случае ни один из многочисленных рассказов выживших не упоминает о проблемах с пуговицами, и было высказано предположение, что легенда представляет собой объединение сообщений о блоках олова «Банка», полностью распавшихся на таможенном складе в Санкт-Петербурге в 1868 году, и более ранних русских сообщений о том, что литые пуговицы для военной формы также распались, [13] [10] и отчаянном положении армии Наполеона, превратившей солдат в оборванных нищих. [11] [14]
С принятием в 2006 году Директивы об ограничении использования опасных веществ (RoHS) в Европейском Союзе , Калифорнии, запрещающей большинство видов использования свинца , и подобных правил в других местах, проблема оловянных вредителей вернулась, [15] поскольку некоторые производители, которые ранее использовали сплавы олова и свинца, теперь используют преимущественно сплавы на основе олова. Например, выводы некоторых электрических и электронных компонентов покрыты чистым оловом. В холодной среде оно может измениться на серое олово α-модификации , которое не является электропроводным , и отваливается от выводов. После повторного нагревания оно снова меняется на белое олово β-модификации , которое является электропроводным. Этот цикл может вызвать короткие замыкания и отказ оборудования. Такие проблемы могут быть прерывистыми, поскольку порошкообразные частицы олова перемещаются. Оловянную болезнь можно предотвратить, легируя олово небольшими количествами электроположительных металлов или полуметаллов, растворимых в твердой фазе олова, например, сурьмой или висмутом , которые предотвращают фазовый переход.
Металлические пуговицы были только у офицеров, и они были сделаны из латуни.
{{cite conference}}: CS1 maint: местоположение ( ссылка )