Несмотря на свое наименование – «стойкий», олово к прочным металлам не относится. Оно слишком легкое и ковкое, чтобы его можно было применять для производства любых несущих конструкций. А вот ковкость при относительно низкой температуре и пластичность делают вещество весьма популярным в соответствующей области. О том, как можно использовать олово, где купить его для пайки, какие припои с ним возможны — все это и даже больше вы узнаете из данной статьи.
История открытия
Прежде чем говорить о производстве сплава нужно разобраться с тем, откуда появились его главные составляющие. По археологическим находкам историки установили, что впервые свинец появился 6 тыс. лет назад. Он содержался в серебряных рудах.
Благородный металл использовался для изготовления украшений, посуды, столовых приборов. Свинец считался отходом и поэтому не использовался. Однако постепенно люди заметили свойства этого материала. Сегодня он используется при производстве:
- сплавов;
- аккумуляторов;
- конструкций, защищающих от радиоактивного излучения;
- красящих составов, припоев для радиоэлектроники;
- защитной оболочки для проводов.
Этот материал применяют в автомобилестроении.
Олово появилось около 3500 лет назад. Изначально оно использовалось для изготовления столовых приборов. В современной промышленности этот материал используется для создания консервных банок. Началось это с 1810 года, когда люди научились хранить продукты с помощью металлических емкостей. Олово используется при изготовлении радиаторов для автомобилей, подшипников.
Олово часто применяется для изготовления деталей промышленного оборудования. Это связано с его повышенным показателем твердости, прочности. Соединения этого металла со свинцом используется при создании подшипников, так как смесь считается износоустойчивой.
Историческая справка.
Олово начали применять, вероятно, еще во времена Гомера и Моисея. Открытие его было связано, скорее всего, со случайным восстановлением наносного касситерита (оловянного камня); наносные отложения встречаются на поверхности или близко к ней, и оловянные руды намного легче восстанавливаются, чем руды других металлов. Древние бритты были хорошо знакомы с оловом: в Корнуолле на юго-западе Англии были обнаружены древние горны со шлаком. Металл был, очевидно, малодоступен и дорог, т.к. оловянные предметы редко встречаются среди римских и греческих древностей, хотя об олове говорится в Библии в Четвертой книге Моисеевой (Числа), а слово касситерит, которое и сегодня используется для обозначения оксидной оловянной руды, – греческого происхождения. Малакка и Восточная Индия упоминаются как источники олова в арабской литературе 8–9 вв. и различными авторами в 16 в. в связи с Великими географическими открытиями. История оловянных разработок в Саксонии и Богемии относится еще к 12 в., но в 17 в. 30-летняя война (1618–1648) разрушила эту промышленность. Производство впоследствии возобновили, но вскоре оно пришло в упадок из-за открытия богатых месторождений в Америке.
Состав и структура
Соединения часто содержат не только два основных компонента, но и легирующие добавки. Основной из них является сурьма. Соединением может содержать до 15% этого вещества. Другими легирующими добавками является серебро, кадмий висмут. Серебро, сурьма действуют одинаково. Их добавляют, когда нужно увеличить температуру плавления материала. Если нужно сделать смесь менее тугоплавкой, она насыщается висмутом, кадмием.
Когда нужно создать износоустойчивый материал, который будет выдерживать постоянное трение, смесь дополняется медью. Благодаря множеству легирующих добавок, которые можно использовать при производстве сплавов олово и свинца, соединения используют в разных направлениях промышленности.
Плавление сплава
Где используется
Металл востребован как самостоятельный материал, в сплавах, соединениях.
Его химические и физические свойства позволяют изготавливать безопасные, стойкие к ржавению изделия и покрытия.
Оловянный солдатик в форме после литья
Металл
Чистый металл востребован как:
- Тара пищевых продуктов.
- Упаковочная фольга.
- Анод в химических источниках тока.
Это также покрытие медных проводов. Металл защищает медную «начинку» от губительного воздействия серы, содержащейся в изоляционном материале.
Оловянный кубок из г. Гданьска (Польша)
Олово – самый экологически чистый из легких цветных металлов.
Соединения
Соединения металла нашли применение в разных сегментах хозяйственного комплекса:
- Авиа- и машиностроение. Присадка в сплавах титана.
- Электротехника. Сверхпроводящий провод (соединение с ниобием).
- Оптика. Абразив для финальной обработки поверхности стекла.
- Легкая промышленность. Желтый краситель для шерсти.
- Сельское хозяйство. Пестициды.
- Декор. Компонент «золотых» красок.
Изомеры искусственного происхождения используют в медицине как источник гамма-излучения.
Треть добываемого олова идет на изготовление посуды. Еще 60% «забирают» подшипники, упаковочная фольга, припои. Менее 7% остается на другие цели.
Перспективы
Исследуется потенциал двумерных слоев олова, созданных по технологии получения графена. Название материала созвучно «родителю» – станен.
Свойства и маркировка
Готовые сплавы на основе олова и свинца обладают рядом свойств, которые делают соединение уникальным:
- Температура плавления — до 500 градусов по Цельсию зависимо от процентного содержания легирующих добавок.
- Высокий показатель износоустойчивости.
- Стойкость к окислению выше, чем у чистых материалов.
Существует два вида соединений свинца: баббиты и припои. Первые обозначаются буквой «Б». Далее указываются буквы легирующих добавок, процентное содержание основного вещества, количество дополнительных компонентов.
Достоинства и недостатки
Преимущества олова заключаются в следующих характеристиках металла:
- в высокой коррозионной стойкости, а также в невосприимчивости к воздействию солей и целого ряда органических кислот;
- в неспособности вступать в реакцию с серой, которая может содержаться в других материалах (это позволяет сочетать олово и, к примеру, пластик в одних и тех же изделиях);
- в отсутствии токсичности – качество, позволяющее использовать Sn в пищевой промышленности.
Олово характеризуется следующими недостатками:
- низкая температура перехода в жидкое состояние;
- подверженность «оловянной чуме».
Классификация
Особенно распространены сплавы олова и свинца, имеющие название баббиты. Их можно разделить на несколько групп:
- Оловянные — обозначаются как Б83, Б89. Содержат сурьму, свинец. Олово выступает основой. Применяется при изготовлении подшипников для промышленного оборудования. Однако основной металл считается дорогим, поэтому часто используются более дешёвые аналоги.
- Свинцовые — обозначаются как Б16. Сплавы на основе свинца считаются более выгодными аналогами оловянных соединений. Высокий показатель износоустойчивости позволяет изготавливать из них детали для станков, подвижных механизмов.
- Кальциевые — твердые частицы, которые входят в состав этого сплава, представляют собой соединение кальция, свинца. Олово выступает как дополнительный компонент.
Марки олова
Металлурги выплавляют металл нескольких марок:
| Марка | Количество примесей (%) |
| ОВЧ-000 | 0,001 |
| О1пч | 0,085 |
| О1 | 0,010 |
| О2 | 0,435 |
| О3 | 1,51 |
| О4 | 3,51 |
Первые четыре марки олова выпускаются в форме чушек, проволоки, прутков. Из О3 и О4 выплавляют чушки. Это исходник для продукции из олова.
Сферы применения
Оловянные сплавы раньше использовались для изготовления посуды, столовых приборов. Сейчас их гораздо чаще применяют для создания консервных банок. Из этого материла в соединении с другими компонентами изготавливают припои, которые бывают нескольких видов:
- Легкоплавкие — температура плавления не превышает 150 градусов по Цельсию.
- Среднеплавкие — становятся жидкими при нагревании от 200 до 500 градусов.
- Тугоплавкие — плавятся при температуре свыше 1100 градусов.
Ещё одна сфера применения сплавов — производство деталей, устойчивых к трению.
Оловянно-свинцовый припой
Физико-химические характеристики
Металл наделен многими достоинствами: пластичен, легок, ковок, нетоксичен.
Химические свойства при обычных температурах не проявляются.
| Свойства атома | |
| Название, символ, номер | О́лово / Stannum (Sn), 50 |
| Атомная масса (молярная масса) | 118,710(7) а. е. м. (г/моль) |
| Электронная конфигурация | [Kr] 4d10 5s2 5p2 |
| Радиус атома | 162 пм |
| Химические свойства | |
| Ковалентный радиус | 141 пм |
| Радиус иона | (+4e) 71 (+2) 93 пм |
| Электроотрицательность | 1,96 (шкала Полинга) |
| Электродный потенциал | −0,136 |
| Степени окисления | +4, +2 |
| Энергия ионизации (первый электрон) | 708,2 (7,34) кДж/моль (эВ) |
| Термодинамические свойства простого вещества | |
| Плотность (при н. у.) | 7,31 г/см³ |
| Температура плавления | 231,91 °C |
| Температура кипения | 2893 K, 2620 °C |
| Уд. теплота плавления | 7,19; кДж/моль |
| Уд. теплота испарения | 296 кДж/моль |
| Молярная теплоёмкость | 27,11 Дж/(K·моль) |
| Молярный объём | 16,3 см³/моль |
| Кристаллическая решётка простого вещества | |
| Структура решётки | тетрагональная |
| Параметры решётки | a=5,831; c=3,181 Å |
| Отношение c/a | 0,546 |
| Температура Дебая | 170,00 K |
Недостатки: малая температура плавления, беззащитность перед «оловянной чумой».
Особенности производства и обработки
Расходное сырьё получается из руды. Например, чтобы получить 1 килограмм чистого материала, необходимо переработать 100 кг руды. Плавятся оба материала при низких температурах. Для изготовления сплава нужно учитывать следующие особенности:
- При изготовлении формы для отливки нужно использовать материал, который не подвержен смачиванию расплавленными расходными металлами.
- Форма должна выдерживать нагрев при температуре свыше 250 градусов.
- Расплавленные металлы быстро окисляются под воздействием окружающей среды. Твердый металл защищён от окисления.
Если речь идёт о изготовлении припоя, то к соединению добавляют сурьму. Некоторые мастера добавляют серебро. Он обладает следующими особенностями:
- Серебро защищает материал от образования ржавчины.
- Из-за добавления благородного металла повышается ценник на готовый припой, но расширяется его функциональность.
Есть припои с добавлением цинка. Однако они редко используются. Цинк активно реагирует на воздействие факторов окружающей среды. Он начинает разрушаться, что приводит к нарушению целостности изделия. Лучше использовать смесь сурьмы, олова и свинца. Таким припоем паяют радиодетали, контакты, провода. Изменяя компоненты, мастера добиваются от расходника нужных характеристик. Нельзя забывать про использование флюса.
Сплав олова со свинцом обладает особыми характеристиками. Они изменяются после добавки легирующих компонентов. Применяются готовые соединения для изготовления припоев, износоустойчивых деталей, посуды, столовых принадлежностей, консервных банок.
«Оловянная чума»
При нормальном давлении металл принимает одну из двух модификаций:
- α-Sn. Температура менее +13,2°С. Серый тусклый порошок (серое олово).
- β-Sn. Температура выше +13,2°С. Металл, белое олово.
Серое и белое олово
При температуре воздуха ниже +13,2°С β-олово переформатируется в α-модификацию. Структура решетки меняется, серебристый металл становится серым порошком.
Быстрее всего процесс идет при -33°С. Из-за скорости его окрестили «оловянной чумой». Она погубила армию Наполеона при походе в Россию и множество музейных экспонатов, когда помещения выстывали.
Соединения.
Олово образует различные химические соединения, многие из которых находят важное промышленное применение. Кроме многочисленных неорганических соединений, атом олова способен к образованию химической связи с углеродом, что позволяет получать металлоорганические соединения, известные как оловоорганические (см. также МЕТАЛЛООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ). Водные растворы хлоридов, сульфатов и фтороборатов олова служат электролитами для осаждения олова и его сплавов. Оксид олова применяют в составе глазури для керамики; он придает глазури непрозрачность и служит красящим пигментом. Оксид олова можно также осаждать из растворов в виде тонкой пленки на различных изделиях, что придает прочность стеклянным изделиям (или уменьшает вес сосудов, сохраняя их прочность). Введение станната цинка и других производных олова в пластические и синтетические материалы уменьшает их возгораемость и препятствует образованию токсичного дыма, и эта область применения становится важнейшей для соединений олова. Огромное количество оловоорганических соединений расходуется в качестве стабилизаторов поливинилхлорида – вещества, используемого для изготовления тары, трубопроводов, прозрачного кровельного материала, оконных рам, водостоков и др. Другие оловоорганические соединения используются как сельскохозяйственные химикаты, для изготовления красок и консервации древесины.
