Олово — один из древнейших металлов, известных человеку. Оно входит в состав бронзы, которая дала название целой исторической эпохе продолжительностью более 2 тысяч лет. Оловянные солдатики, оловянные припои, оловянные консервные банки, лужёное железо — вот далеко не полный список изделий, подтверждающих, что металл этот востребован и используется по сей день.
ХАРАКТЕРИСТИКИ ОЛОВА
- Атомный номер: 50
- Атомная масса: 118,710
- Электронная конфигурация: 4d¹⁰ 5s² 5p²
- Количество нейтронов: 68
- Количество электронов: 50
- Температура плавления: 231,91 °C
- Температура кипения: 2620 °C
- Категория: лёгкий металл
ЭПОХА МЕТАЛЛОВ
Знакомство человечества с металлом началось с меди примерно в VII–VI тыс. до н. э. Люди принимали медные самородки за камни и пытались обработать их другими камнями. В результате мягкий металл деформировался, и ему можно было придать форму. Раскалённый, он легче подвергался ковке — так появились первые медные орудия труда.
Спустя ещё некоторое время выяснилось, что сплавление меди с оловом даёт бронзу — более прочный материал, чем чистая медь, — и началась эпоха, которую мы называем бронзовым веком. Он пришёл на смену медному (IV–III тыс. до н. э.) и известен в числе прочего как период возникновения первых великих государств: Древнего Египта и Месопотамии. Их жизнь и экономика во многом зависела от бронзы, при этом олово для неё в те времена добывали в основном на территории современного Афганистана. Британский историк К Б отмечает, что стратегическая ценность олова в позднем бронзовом веке сравнима с ценностью нефти в современном мире. И доступность олова для получения оружейной бронзы должна была заботить царей и фараонов ничуть не меньше, чем заботят ныне президента США разумные цены на бензин.
Переход к железному веку, вполне возможно, был вызван тем, что доступные запасы олова иссякали, и нужно было искать замену бронзе. Первые железные орудия труда, щиты и мечи были не лучше бронзовых аналогов. Бронза продолжала применяться, и позднеантичные цивилизации по-прежнему стремились взять под контроль месторождения олова. Кто-то делал это мирно, используя дипломатию и торговлю. Например, греческие города скупали олово, добывавшееся в шахтах Пиренейского полуострова, и стали фактически монополистами. Другие цивилизации больше полагались на силу оружия. Когда уже во времена Ю Ц стало известно о залежах олова на территории современного Корнуолла, римляне незамедлительно вторглись в Британию.
Окончательное установление римского господства в Британии произошло спустя сто лет, при императоре Клавдии. Provincia Britannia поставляла олово для Римской империи до V века, то есть практически до самого конца. При этом, по-видимому, олово в то время ещё не утратило стратегического значения: александрийские алхимики связывали этот металл с главой греко-римского пантеона — Юпитером.
ОЛОВЯННАЯ ЧУМА
Чистое олово, которое практически не встречается в природе в свободном виде, при температуре ниже 13,2 °C меняет аллотропную модификацию: ковкий серебристо-белый металл становится серым порошком. Трансформация олова ускоряется по мере появления каждой новой порции порошка, словно болезнь, поражающая органы. Отсюда и название этого процесса — оловянная чума. Кроме того, на скорость превращения влияет температура: чем она ниже, тем быстрее идёт процесс.
Сказка Ганса Христиана Андерсена про стойкого оловянного солдатика могла быть ещё печальнее, если бы солдатик, выпав из окна, не попал в желудок рыбы. Рано или поздно с наступлением холодов он заболел бы чумой и рассыпался в прах.
Оловянная чума стала одной из основных причин гибели в 1912 году британской экспедиции к Южному полюсу, возглавляемой Р С. Путешественники остались без горючего, которое вылилось из запаянных оловом баков. В научно-популярной книге П Л и Д Б «Семнадцать молекул, изменивших мир» оловянной чумой объясняется и провал зимней кампании Н в России в 1812 году: из-за сильных морозов оловянные пуговицы на мундирах французских солдат рассыпались в порошок. Как бы то ни было, сам Наполеон и его маршалы часто называли невыносимый русский мороз причиной поражения.
Одним из способов борьбы с «болезнью» олова является его сплавление с другими металлами. Так, например, какое-то время широко применялись свинцово-оловянные сплавы, однако в наши дни вопрос вновь стал актуальным. Из-за токсичности свинца для окружающей среды и здоровья человека его использование во многих странах запрещено.
Переход на чистое олово опять привёл к проблемам, главная из которых даже не в превращении металла при низких температурах в порошок, который не проводит электричество, а в том, что этот порошок может попадать внутрь электронных приборов. Ведь при повышении температуры снова образуется электропроводное металлическое олово, которое может стать причиной коротких замыканий. Борьба с оловянной чумой возвращает нас в бронзовый век, точнее, к идее замены олова и свинцовооловянных сплавов на бронзу
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ
Сейчас бронза, содержащая кроме меди и олова свинец, применяется для литья колоколов и создания органных труб. Тон колокола или трубы можно изменить, скорректировав соотношение компонентов в сплаве.
Антикоррозионные свойства олова делают его незаменимым материалом для изготовления дешёвой тары. Этот металл не ржавеет и проявляет стойкость к воздействию разбавленных кислот.
Если нанести олово тонким слоем на другой металл, его поверхность приобретёт особый блеск и гладкость. Это свойство используется при изготовлении консервных банок. Более трети добываемого в мире олова уходит на производство пищевых ёмкостей.
Нашлось место олову и в высокотехнологичном секторе. Так, интерметаллическое соединение олова с ниобием Nb3Sn применяется в катушках сверхпроводящих магнитов. Оно становится сверхпроводящим при температуре 18 K. Такие магниты весом всего два килограмма способны создать поле с большим напряжением, чем обычный электромагнит весом несколько тонн.
Оксид индия-олова (ITO, (In2O3)0,9- (SnO2)0,1) благодаря сочетанию высокой прозрачности и проводимости широко используется в производстве прозрачных электродов жидкокристаллических экранов, органических светодиодов и сенсорных экранов. Так что металл, который человечество начало использовать ещё пять тысяч лет назад, до сих пор трудится на благо цивилизации.
Чем интерметаллические соединения отличаются от сплавов? Если содержание компонентов сплава незначительно изменить, его свойства останутся прежними, а свойства интерметаллического соединения проявляются только при строго определённом составе.
